Characterization of spherical supported lipid bilayer membranes

Spherical supported lipid bilayer membranes (SS-BLMs) assembled on silica beads were characterized using fluorescence spectroscopy and 1H high-resolution magic angle spinning (1H HR-MAS) NMR spectroscopy. Particularly, experiments were defined to probe whether there is a water layer between the silica surface and the lipid membrane, and if there is, what are its characteristics including thickness and structure. In the case of fluorescence spectroscopy studies, 5(6)-carboxyfluorescein, a self-quenching fluorophore, was added to the preparation of SS-BLMs assembled through biotin-avidin tethering. These experiments established that there is indeed a water layer between the silica surface and the supported lipid membrane as the fluorescent probe was successfully entrapped in the interfacial water layer between the lipid bilayer membrane and the silica support and released using membrane disruption methods. From the collected fluorescence data, the thickness of the water layer was calculated to be in the range of 33-177 nm. 1H HR-MAS NMR spectroscopy studies were performed on SS-BLMs prepared from 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) only. A lanthanide shift reagent, Pr3+, was used to provide a means to differentiate the choline headgroup NMR signals of the lipids of the inner and outer bilayer leaflets. These measurements established that there is an inner and outer membrane leaflet in the SS-BLMs, but revealed that the populations of outer and inner lipids are not observed in the expected 1:1 ratio as a 1.7:1 ratio was found instead.Des bicouches lipidiques supportées sur supports sphériques (SS-BLMs) assemblées sur des billes de silice ont été caractérisées par spectroscopie de fluorescence et par spectroscopie 1H RMN haute résolution en rotation à l'angle magique (HR-MAS). En particulier, des expériences ont été conçues pour sonder la présence d'une couche d'eau entre la surface de la silice et la membrane lipidique. Si elle existe, ces expériences pourraient aussi permettre de déterminer quelles sont ses caractéristiques, notamment son épaisseur et sa structure. Dans le cas des études de spectroscopie de fluorescence, 5(6)-carboxyfluorescéine, un fluorophore à auto-extinction, a été ajoutée à la préparation de SS-BLMs assemblées à l’aide de l’interaction entre biotine et avidine. Ces expériences ont permis d’établir la présence d’une couche d'eau interfaciale située entre la surface de silice et la membrane lipidique. En effet, le fluorophore a été piégé dans cette couche d’eau et a pu ensuite être libéré en utilisant des procédés pour provoquer la rupture de la membrane. L'épaisseur de la couche d'eau calculée à partir des données de fluorescence varie entre 33 et 177 nm. Les études de spectroscopie 1H RMN HR-MAS ont été pratiquées sur des SS-BLMs préparées exclusivement avec du 1,2-dioléoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC). L’utilisation d’un ion lanthanide, Pr3+, comme agent de déplacement a permis de différencier les signaux RMN des groupes cholines de tête des lipides provenant des feuillets interne et externe de la bicouche lipidique. Ces mesures ont permis d’établir qu'il y a effectivement des feuillets interne et externe dans les SS-BLMs, mais ont aussi révélé que le ratio entre les populations de lipides des feuillets interne et externe n’était pas 1:1 comme attendu, mais plutôt 1.7:1