高稳定性平面不对称悬浮膜体系在蛋白质动态与膜融合机制研究中的应用

研究人员开发了一种基于微加工硅芯片的孔跨式悬浮脂质膜平台，用于精确解析膜融合过程中蛋白质-脂质相互作用。通过构建保留天然脂质不对称性的双水相环境，结合TIRF（全内反射荧光）和共聚焦显微技术，成功实现了SNARE蛋白介导的超快膜融合事件观测、单分子蛋白计数及囊泡融合分析。该体系为膜生物学研究提供了接近天然的实验模型，显著提升了动态过程研究的时空分辨率。

　　

膜融合（membrane fusion）作为细胞信号传递与物质运输的核心过程，其分子机制研究长期受限于活体系统的复杂性。这项研究创新性地建立了悬浮脂质膜（pore-spanning lipid bilayers）模型系统：在微米级硅芯片孔洞上构建的双层膜结构，完美模拟了天然细胞膜的双水相环境。这种溶剂自由（solvent-free）体系不仅具备接近天然的侧向扩散特性，还能通过逐步添加特定组分（如SNARE蛋白和分子伴侣）精确控制实验复杂度。

研究团队利用微加工技术（microfabrication）制作的硅芯片平台，既可搭载天然细胞膜成分，也能整合合成重构脂质体。通过全内反射荧光显微镜（TIRF）和共聚焦显微镜的时间序列成像，成功捕捉到分子伴侣调控下的SNARE蛋白介导的膜融合（vesicle fusion）毫秒级动态过程。该技术突破性地实现了三大功能：单分子蛋白定量（single-molecule counting）、蛋白质运动轨迹分析，以及保留天然脂质不对称性（lipid asymmetry）的囊泡融合实验。这种兼具高稳定性和纳米级精度的膜模型，为揭示阿尔茨海默症等膜相关疾病的分子病理机制提供了革命性研究工具。