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Model membranes grafted with long polymers

  • We study the effect on the elastic properties of lipid membranes induced by anchoring of long hydrophilic polymers. Theoretically, two limiting regimes for the membrane spontaneous curvature are expected : i) at low surface polymer concentration (mushroom regime) the spontaneous curvature should scale linearly with the surface density of anchored polymers; ii) at high coverage (brush regime) the dependence should be quadratic. We attempt to test the predictions for the brush regime by monitoring the morphological changes induced on giant vesicles. As long polymers we use fluorescently labeled λ-phage DNA molecules which are attached to biotinylated lipid vesicles with a biotin-avidin-biotin linkage. By varying the amount of biotinylated lipid in the membrane we control the surface concentration of the anchors. The amount of anchored DNA to the membrane is quantified with fluorescence measurements. Changes in the elastic properties of the membrane as DNA grafts to it are monitored via analysis of the vesicle fluctuations. TheWe study the effect on the elastic properties of lipid membranes induced by anchoring of long hydrophilic polymers. Theoretically, two limiting regimes for the membrane spontaneous curvature are expected : i) at low surface polymer concentration (mushroom regime) the spontaneous curvature should scale linearly with the surface density of anchored polymers; ii) at high coverage (brush regime) the dependence should be quadratic. We attempt to test the predictions for the brush regime by monitoring the morphological changes induced on giant vesicles. As long polymers we use fluorescently labeled λ-phage DNA molecules which are attached to biotinylated lipid vesicles with a biotin-avidin-biotin linkage. By varying the amount of biotinylated lipid in the membrane we control the surface concentration of the anchors. The amount of anchored DNA to the membrane is quantified with fluorescence measurements. Changes in the elastic properties of the membrane as DNA grafts to it are monitored via analysis of the vesicle fluctuations. The spontaneous curvature of the membrane increases as a function of the surface coverage. At higher grafting concentrations the vesicles bud. The size of the buds can also be used to assess the membrane curvature. The effect on the bending stiffness is a subject of further investigation.show moreshow less
  • Wir untersuchen, welchen Einfluss die Verankerung von langen, hydrophilen Polymeren in Lipidmembranen auf deren elastische Eigenschaften ausübt. Theoretisch werden zwei Grenzbereiche für die spontane Krümmung der Membran erwartet: i) bei kleinen Oberflächenkonzentrationen des Polymers (Pilzgebiet) sollte die spontane Krümmung linear von der Oberflächendichte des verankerten Polymers abhängen; ii) bei hoher Bedeckung (Bürstengebiet) sollte die Abhängigkeit quadratisch sein. Wir versuchen, Vorhersagen für das Bürstengebiet zu prüfen, indem wir die morphologischen Veränderungen beobachten, die bei Riesen (Giant)- Vesikeln hervorgerufen werden. Als lange Polymere verwenden wir fluoreszenzmarkierte λ-Phage DNA Moleküle, die durch eine Biotin-Avidin-Biotin Verbindung an biotinhaltigen Lipidvesikeln befestigt sind. Wir kontrollieren die Oberflächenkonzentration der Anker durch Variation der Menge an biotinhaltigem Lipid in der Membran. Die Menge der an der Membran verankerten DNA wird durch Fluoreszenzmessungen quantifiziert.Wir untersuchen, welchen Einfluss die Verankerung von langen, hydrophilen Polymeren in Lipidmembranen auf deren elastische Eigenschaften ausübt. Theoretisch werden zwei Grenzbereiche für die spontane Krümmung der Membran erwartet: i) bei kleinen Oberflächenkonzentrationen des Polymers (Pilzgebiet) sollte die spontane Krümmung linear von der Oberflächendichte des verankerten Polymers abhängen; ii) bei hoher Bedeckung (Bürstengebiet) sollte die Abhängigkeit quadratisch sein. Wir versuchen, Vorhersagen für das Bürstengebiet zu prüfen, indem wir die morphologischen Veränderungen beobachten, die bei Riesen (Giant)- Vesikeln hervorgerufen werden. Als lange Polymere verwenden wir fluoreszenzmarkierte λ-Phage DNA Moleküle, die durch eine Biotin-Avidin-Biotin Verbindung an biotinhaltigen Lipidvesikeln befestigt sind. Wir kontrollieren die Oberflächenkonzentration der Anker durch Variation der Menge an biotinhaltigem Lipid in der Membran. Die Menge der an der Membran verankerten DNA wird durch Fluoreszenzmessungen quantifiziert. Änderungen in den elastischen Eigenschaften der Membran bei Anbindung der DNA, werden über eine Analyse der Vesikel-Fluktuationen kontrolliert. Die spontane Krümmung der Membran steigt mit der Oberflächenbeladung. Bei höheren Verankerungen bilden die Vesikel Knospen (budding). Die Größe der Knospen kann ebenfalls zur Bestimmung der Krümmung der Membran verwendet werden. Der Einfluss auf die Biegesteifigkeit ist Thema weiterer Untersuchungen.show moreshow less

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Metadaten
Author:Vesselin Kirolov Nikolov
URN:urn:nbn:de:kobv:517-0001409
Advisor:Rumiana Dimova, Carlos Marques, Reinhard Lipowsky
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2004
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2004/06/25
Release Date:2005/02/10
Tag:anchored polymer; avidin; fluctuations; membrane curvature
RVK - Regensburg Classification:UP 1080
Organizational units:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik und Astronomie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik