Monodisperse Liposomes with Femtoliter Volume Enable Quantitative Digital Bioassays of Membrane Transporters and Cell-Free Gene Expression

脂质体 化学 分散性 聚乙二醇 生物物理学 脂质双层 色谱法 生物化学 生物 有机化学
作者
Naoki Soga,Akira Ota,Kota Nakajima,Rikiya Watanabe,Hiroshi Ueno,Hiroyuki Noji
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (9): 11700-11711 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c04354
摘要

Digital bioassays have emerged as a new category of bioanalysis. However, digital bioassays for membrane transporter proteins have not been well established yet despite high demands in molecular physiology and molecular pharmacology due to the lack of biologically functional monodisperse liposomes with femtoliter volumes. Here, we established a simple and robust method to produce femtoliter-sized liposomes (femto-liposomes). We prepared 106 monodispersed water-in-oil droplets stabilized by a lipid monolayer using a polyethylene glycol-coated femtoliter reactor array device. Droplets were subjected to the optimized emulsion transfer process for femto-liposome production. Liposomes were monodispersed (coefficient of variation = 5–15%) and had suitable diameter (0.6–5.3 μm) and uniform volumes of subfemtoliter or a few femtoliters; thus, they were termed uniform femto-liposomes. The unilamellarity of uniform femto-liposomes allowed quantitative single-molecule analysis of passive and active transporter proteins: α-hemolysin and FoF1-ATPase. Digital gene expression in uniform femto-liposomes (cell-free transcription and translation from single DNA molecules) was also demonstrated, showing the versatility of digital assays for membrane transporter proteins and cell-free synthetic biology.

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