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Elastic moduli of lipid membranes: Reproducibility of AFM measures
Chemistry and Physics of Lipids ( IF 3.4 ) Pub Date : 2020-11-17 , DOI: 10.1016/j.chemphyslip.2020.105011
Jad Eid 1 , Hélène Greige-Gerges 2 , Luca Monticelli 3 , Alia Jraij 2
Affiliation  

Membrane elastic properties play a major role in membrane remodeling events, such as vesicle fusion and fission. They are also crucial in drug delivery by liposomes. Different experimental techniques are available to measure elastic properties. Among them, atomic force microscopy (AFM) presents the unique advantage of being directly applicable to nano-sized liposomes. Unfortunately, different AFM measures reported in the literature show little agreement among each other and are difficult to compare with measures of bending modulus obtained by other experimental techniques or by molecular simulations. In this work we determine the bending rigidity of Egg PC liposomes in terms of Young modulus via AFM measurements, using two different tip shapes and different cantilever force constants. We interpret the measures using the Hertz and Shell models, and observe a clear dependency of the Young modulus values on the tip properties and on the interpretative theory. The effect of the AFM tip shape is less important than the effect of the cantilever force constant, and the mathematical model has a major effect on the interpretation of the data. The Shell theory provides the closest agreement between AFM data and other experimental data for the membrane bending modulus. Finally, we compare the results to calculations of bending modulus from molecular dynamics simulations of membrane buckles. Simulations provide values of bending modulus consistent with literature data, but the agreement with AFM experiments is reasonable only for some specific experimental conditions.



中文翻译:

脂质膜的弹性模量:AFM 测量的可重复性

膜弹性特性在膜重塑事件中起主要作用,例如囊泡融合和裂变。它们在脂质体的药物递送中也很重要。不同的实验技术可用于测量弹性特性。其中,原子力显微镜(AFM)具有可直接应用于纳米级脂质体的独特优势。不幸的是,文献中报道的不同 AFM 测量显示彼此之间几乎没有一致性,并且难以与通过其他实验技术或分子模拟获得的弯曲模量测量进行比较。在这项工作中,我们使用两种不同的尖端形状和不同的悬臂力常数,通过 AFM 测量根据杨氏模量确定 Egg PC 脂质体的弯曲刚度。我们使用 Hertz 和 Shell 模型解释这些度量,并观察杨氏模量值对尖端特性和解释理论的明显依赖性。AFM 尖端形状的影响不如悬臂力常数的影响重要,数学模型对数据的解释有重大影响。壳理论提供了 AFM 数据与膜弯曲模量的其他实验数据之间最接近的一致性。最后,我们将结果与膜扣分子动力学模拟的弯曲模量计算结果进行比较。模拟提供的弯曲模量值与文献数据一致,但与 AFM 实验的一致性仅在某些特定实验条件下是合理的。AFM 尖端形状的影响不如悬臂力常数的影响重要,数学模型对数据的解释有重大影响。壳理论提供了 AFM 数据与膜弯曲模量的其他实验数据之间最接近的一致性。最后,我们将结果与膜扣分子动力学模拟的弯曲模量计算结果进行比较。模拟提供的弯曲模量值与文献数据一致,但与 AFM 实验的一致性仅在某些特定实验条件下是合理的。AFM 尖端形状的影响不如悬臂力常数的影响重要,数学模型对数据的解释有重大影响。壳理论提供了 AFM 数据与膜弯曲模量的其他实验数据之间最接近的一致性。最后,我们将结果与膜扣分子动力学模拟的弯曲模量计算结果进行比较。模拟提供的弯曲模量值与文献数据一致,但与 AFM 实验的一致性仅在某些特定实验条件下是合理的。壳理论提供了 AFM 数据与膜弯曲模量的其他实验数据之间最接近的一致性。最后,我们将结果与膜扣分子动力学模拟的弯曲模量计算结果进行比较。模拟提供的弯曲模量值与文献数据一致,但与 AFM 实验的一致性仅在某些特定实验条件下是合理的。壳理论提供了 AFM 数据与膜弯曲模量的其他实验数据之间最接近的一致性。最后,我们将结果与膜扣分子动力学模拟的弯曲模量计算结果进行比较。模拟提供的弯曲模量值与文献数据一致,但与 AFM 实验的一致性仅在某些特定实验条件下是合理的。

更新日期:2020-12-01
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