解析纳米尺度膜曲率对脂质迁移性的影响

由于尺寸依赖的膜行为以及光学衍射所施加的实验分辨率限制，纳米尺度曲率的生物物理后果一直难以解析。纳米工程和超分辨技术的最新进展为创建和观测曲率提供了新的能力。特别是，将支撑脂双层覆盖在光刻图案化的基底上，为内吞凹坑提供了一个模型系统。下文所述的实验和模拟描述了通过荧光漂白后恢复 (FRAP)、荧光相关光谱 (FCS)、单粒子追踪 (SPT) 和偏振定位显微镜 (PLM) 来检测膜曲率的可能性。FRAP 和 FCS 依赖于衍射受限的照明和检测。具体而言，FRAP 模拟显示，在出芽过程的任何阶段，直径 50 nm 的膜芽对脂质扩散均无影响。模拟 FCS 则表明，半径 50 nm 的膜芽会产生微小影响，且该影响会因曲率依赖的脂质迁移性变化而被放大。然而，PLM 和 SPT 通过以 <15 nm 空间分辨率和 <20 ms 时间分辨率识别单个脂质的位置，实现了对膜出芽和脂质迁移性的亚衍射极限分辨率观测。通过将单脂质步长映射到膜上的位置，曲率对脂质行为的影响得以解析。