Diese Arbeit wurde von der Marie-Curie International Reintegration Grant und von der Deutsch-Israel-Stiftung. Wir erkennen an, Herr Yair Razvag für AFM-Analyse.

1. Die Selbstorganisation von homoaromatischen Dipeptide <ol><li> Wiegen Sie das gewünschte Peptid in seiner gefriergetrockneter Form (z. B. NH 2-Phe-Phe-OH, Boc-Phe-Phe-COOH) und bereiten eine Stammlösung durch Lösen des Peptids in 1,1,1,3,3,3-Hexafluor -2-propanol (HFP) mit der entsprechenden Konzentration (beispielsweise 100 mg / ml für die NH 2-Phe-Phe-OH und Boc-Phe-Phe-COOH) 7,17,46. </li><li> Mischen Sie die Lösung mit Wirbel und Platz auf der Bank, bis das Peptid vollständig gelöst und die Lösung scheint klar (ein paar Minuten). </li><li> Verdünnt das Peptidstammlösung mit einem geeigneten Lösungsmittel, auf die geeignete Konzentration (beispielsweise 2 mg / ml NH 2-Phe-Phe-OH in Wasser dreifach destilliert (TDW) zur Bildung von Nanoröhrchen, indem 2 ul der Peptid Stammlösung zu 98 &amp;mgr; l TDW, 5 mg / ml Boc-Phe-Phe-COOH in Ethanol zur Bildung von sphärischen Strukturen). </li><li> Die Lösung wird bei RT für 24hr. </li><li> Um jede preaggregation vermeiden, sind die frischen Lösungen für jedes Experiment. </li></ol> 2. Cozusammenlagerung von zwei homoaromatische Dipeptide <ol><li> Eine Lösung aus 50% Ethanol durch Mischen gleicher Volumina von absolutem Ethanol und TDW. Verwenden Wirbel um die beiden Lösungen mischen. </li><li> Wiegt 2 mg des NH 2-Phe-Phe-OH-Peptid und 1 mg des Boc-Phe-Phe-OH-Peptids. Lösen jedes Peptid in HFP zu einer Konzentration von 100 mg / ml. </li><li> Mischen Sie die Peptide Stammlösungen mit Wirbel und legen Sie sie auf der Bank, bis die Peptide vollständig gelöst und die Lösungen scheinen klar. </li><li> Mischen Sie die Peptide Stammlösungen in das gewünschte Verhältnis. In diesem speziellen Experiment Mischung 10 ul der NH 2-Phe-Phe-OH Peptid mit 6 ul des Boc-Phe-Phe-OH-Peptid (bis zu einer endgültigen Verhältnis 5:3 beziehungsweise). Aufgrund der hohen Volatilität der HFP Lösungsmittel, ist es empfehlenswert, eine große Menge von dieser Stammlösung werden (bei least 10 ul). </li><li> Verwenden Wirbel um die gemischte Peptide Stammlösung mischen. </li><li> Verdünnen Sie die Blended-Peptide Stammlösung mit 50% Ethanol in die gewünschte endgültige Konzentration. In diesem speziellen Experiment, um eine Endkonzentration von 5 mg / ml für die NH 2-Phe-Phe-OH und 3 mg / ml Boc-Phe-Phe-OH bzw. zu schneiden, 8 &amp;mgr; l der Stammlösung vermischten Peptide 92 &amp;mgr; l der 50% igen Ethanol-Lösung. Mit einer Pipette vorsichtig mischen Sie die Lösung. </li><li> Die Lösung wird bei RT für 24 Stunden. </li><li> Es sei darauf hingewiesen, dass aufgrund der sehr flüchtigen Natur des Lösungsmittels, die Experimente sind empfindlich gegenüber kleinen Änderungen in der Konzentration der Peptide werden. Daher sollten frische Stammlösungen für jedes Experiment vorbereitet werden. </li></ol> 3. Charakterisierung der Selbst montiert Strukturen mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM) <ol><li> Nach 24 Stunden Inkubation, gelten ein 10 ul Tropfen der Lösung Peptide auf einem Glas Buchtr Schlupf und trocken bei RT. </li><li> Beschichtung der Probe auf dem Glas mit einer dünnen Schicht aus Gold (wenige Nanometer) unter Verwendung eines Sputter-Beschichtungsvorrichtung für 90 Sekunden. </li><li> Bild die Baugruppen mit SEM, die bei 10-20 kV. </li></ol> 4. Charakterisierung der Selbst montiert Strukturen mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) <ol><li> Legen Sie eine 10 &amp;mgr; l-Tropfen der Lösung Peptide auf einem 200-Mesh-Kupfergitter mit Kohlenstoff bedeckt und durch eine Polymer-Trägerfilm stabilisiert. </li><li> Nach 1 min die überschüssige Flüssigkeit mit Filterpapier. </li><li> Bereiten Sie eine Lösung von 2% Uranylacetat in TDW. Die Lösung wird mit 0,22 um-Filtereinheit. </li><li> Um das Beispiel (negative Färbung) Fleck, einen Tropfen von 10 ul Uranylacetatlösung in der Startaufstellung. </li><li> Nach 30 sec entfernen überschüssige Flüssigkeit mit Filterpapier. Es sei angemerkt, dass, obwohl eine negative Färbung verbessert den Kontrast der Bilder, ist es nicht wesentlich, in allen Fällen. </li><li> Bild der Probe auf the Gitter durch TEM bei 120 kV. </li></ol> 5. Dreidimensionale Charakterisierung der Versammlungen von Atomic Force Microscopy (AFM) <ol><li> Bereiten Sie eine Probe für die AFM-Analyse unter Verwendung des in Absatz 3.1 beschriebenen Verfahren. </li><li> Analysieren Sie die Probe auf dem Glas mittels einer AFM-Instrument arbeiten im AC-Modus. Verwenden Siliziumcantilevern mit einer Federkonstante von 3 N / m und einer Resonanzfrequenz von 75 kHz. </li><li> Starten durch Abtasten einer großen Fläche des Gitters, um die gewünschte Struktur zu finden. Dann konzentrieren sich auf einen bestimmten kleineren Bereich und scannen sie (die Scan-Größe 2,5 x 2,5 um um für das Bild in dieser Handschrift enthalten). </li></ol> 6. Charakterisierung der Sekundärstruktur von FT-IR <ol><li> Tragen Sie eine 30 ul Tropfen der Peptide Lösung zu einem CaF2-Fenster. </li><li> Die Lösung wird bei Raumtemperatur trocknen. </li><li> Die Adsorption von Wasser in dem IR-Spektrum ist auf 1.650 cm -1.Dieser Peak ist in der Mitte der Amid-I-Bande der Peptidbindung. Es ist auch eine typische Spitzen für α-Helix-Strukturen von Peptiden und Proteinen 47. Um dieses Problem zu überwinden, und das Signal von Wasser zu vermeiden, muss ein Wasserstoff-zu-Deuterium-Austausch durchgeführt werden. Geben Sie einen Tropfen von Deuteriumoxid (D 2 O) auf die getrocknete Peptidprobe. Der Tropfen sollte groß genug sein, um das Peptid Beläge auf der komplett abzudecken. </li><li> Die Probe wird unter Vakuum zu trocknen. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 6.3 und 6.4, 2x, um eine maximale Wasserstoff-Deuterium-Austausch zu gewährleisten. Speichern Sie die Probe unter Vakuum bis zu ihrer Analyse. </li><li> Notieren Sie sich die FT-IR-Spektren mit einem deuterierten Triglycinsulfat (DTGS)-Detektor. Die FT-IR-System beinhaltet einen Reinigungsgasgenerator, um die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung der Probe zu verhindern. Bei Proben von kurzen Peptiden, ist es am besten, um die Probe mit einer Auflösung von 4 cm -1 scannen 2.000 x. Die Durchlässigkeit Minimalwerte können durch die so bestimmt werden,ftware mit dem Gerät geliefert. </li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Zusammenfassend zeigt dieses Dokument die Leichtigkeit, mit der Peptid-basierten Anordnungen können in vitro gebildet werden. Das Verfahren beinhaltet im Handel befindlichen Peptiden und Lösungsmittel, und es tritt spontan unter Umgebungsbedingungen durch die Zugabe eines polaren Lösungsmittels in das Reagenzglas. Es ist entscheidend, HFP als Lösungsmittel der Peptide zu verwenden, aufgrund der geringen Löslichkeit der Peptide in anderen organischen Lösungsmitteln. Darüber hinaus aufgrund der hohen Volat...

Naturformen bestellt und Funktionsstrukturen durch das Verfahren der biomolekularen Selbstmontage. Das Verständnis der Kräfte, die diese spontane Prozess regieren kann auf die Fähigkeit zur Selbstorganisation in vitro zu großen Fortschritten im Bereich der Materialwissenschaften 10,11 imitieren und damit zu führen. Peptide, insbesondere ein großes Versprechen als biomolekulare Baustein, da sie große Strukturvielfalt, einfache chemische Synthese zu präsentieren, und kann leicht mit biologischen und chemischen Einheiten funktionalisiert werden. Das Gebiet der Peptidselbstorganisation durch Ghadiris und seiner Kollegen, die die Selbstorganisation von Peptid-Nanoröhren durch cyclische Peptide mit alternierenden D-und L-Aminosäuren 12 gezeigt, voran. Andere erfolgreiche Ansätze für den Entwurf von Peptidanordnungen umfassen lineare Peptide Bolaamphiphil 5, Amphiphile (AP) 6, nichtkonjugierten selbstkomplementären ionischen Peptide 13, Tensid-ähnliche Peptide <sup&gt; 4,14 und Diblock Copolypeptide 15. Ein neuerer Ansatz ist die Selbstorganisation von kurzen Peptiden aromatischen, bezeichnet als homoaromatische Dipeptide. Diese Peptide umfassen nur zwei Aminosäuren mit aromatischer Natur (z. B. Phe-Phe-, tert-Butyldicarbonat (Boc)-Phe-Phe) 7,8,16-21. Die von diesen Peptiden gebildet homoaromatische Strukturen sind röhrenförmige Strukturen, Kugeln, blattartige Baugruppen und Fasern 6,8,15,21-32. Die Fasern in einigen Fällen erzeugen eine Fibrillen-Netz, das ein Hydrogel 33-37 ergibt. Diese Baugruppen sind für Anwendungen von Biosensoren, Drug Delivery, molekulare Elektronik, etc. genutzt. 38-45 Dieses Papier beschreibt die experimentellen Schritte, um die spontane Selbstorganisation von homoaromatischen Peptide starten benötigt. Darüber hinaus stellt sie den Prozess der Peptid Coassemblierung. Dieser Prozess beinhaltet die Selbstanordnung von mehr als einem Typ von PeptidMonomer. Unsere Demonstration umfasst die Coassemblierung zweier kommerziell erhältlicher Peptide: Peptid die Diphenylalanin (NH 2-Phe-Phe-COOH) und Boc geschützte Analogon (Boc-Phe-Phe-OH). Jedes der Peptide selbst montiert in eine super Struktur: Die Diphenylalanin Peptid Formen Rohrbaugruppen und die Boc-Phe-Phe-OH Peptidselbstorganisation in entweder Kugeln oder Fasern je nach Lösungsmittel 7,17,46. Wir mischten die beiden Peptide in bestimmten Verhältnissen und dadurch die Folge Anordnungen durch Elektronenmikroskopie, Kraftmikroskopie und FT-IR-Spektroskopie. Die Verfahren zeigten die Bildung einer Peptid-Struktur, die auf der Basis von kugelförmigen Elementen mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern (1-4 um), die durch längliche Anordnungen mit einem Durchmesser von einigen hundert Nanometern verbunden sind (~ 300-800 nm) besteht . Die Anordnungen ähneln Perlen Strings in ihrer Morphologie, wie die sphärischen Strukturen scheinen auf die Gewinde werdenlängliche Baugruppen. Deshalb bezeichnet diese Baugruppen &quot;biomolekularen Halsketten&quot;. Die &quot;biomolekularen Halsketten&quot; könnte als neues Biomaterial zu dienen, als Drug-Delivery-Agent oder als Gerüst für elektronische Anwendungen. Darüber hinaus kann das Verfahren, das zum Selbstorganisation von Peptiden führt mit anderen Klassen von Peptiden und Biomolekülen verwendet werden. Es kann zu einem besseren Verständnis der bei der Selbstorganisation und die Bildung von neuen geordneten Strukturen auftretenden Kräfte führen.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Material/ Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NH2-Phe-Phe-OH</td>
			<td>Bachem</td>
			<td>G-2925.0001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boc-Phe-Phe-OH</td>
			<td>Bachem</td>
			<td>A-3205.0005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>52512-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol absolute (Dehydrated) AR sterile</td>
			<td>Bio-Lab Ltd.</td>
			<td>52555</td>
			<td>Blending with TDW for the preparation of 50% solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uranyl acetate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>73943</td>
			<td>For negative staining. It is possible to work without it.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glass cover slip</td>
			<td>Marienfeld Laboratory Glassware</td>
			<td>110590</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM grids</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>FCF200-Cu-50</td>
			<td>Formvar/Carbon 200 Mesh, Cu</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quantitive filter paper</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>1001055</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deuterium Oxide (D2O)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>151882-100G</td>
			<td>99.9 atom % D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaF2 window</td>
			<td>PIKE Technologies</td>
			<td>160-1212</td>
			<td>25 mm x 2 mm window. For FT-IR measurments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AFM tips</td>
			<td>NanoScience Instruments</td>
			<td>CFMR</td>
			<td>Aspire probes, CFMR-25 series</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter units</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SLGV033RS</td>
			<td>Millex-GV, 0.22 &#956;m, PVDF, 33 mm, gamma sterilized</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td>Quanta 200 ESEM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEM</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td>Tecnai T12 G2 Spirit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AFM</td>
			<td>JPK Instruments</td>
			<td></td>
			<td>A JPK NanoWizard3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FT-IR</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Nicolet 6700 advanced gold spectrometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FT-IR Purge</td>
			<td>Parker</td>
			<td></td>
			<td>BALSTON FT-IR Purge Gas Generator model 75-52</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OMNIC (Nicolet) software</td>
			<td>Thermo Nicolet Corporation</td>
			<td></td>
			<td>For FT-IR spectra analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>Wisd Laboratory Equipment</td>
			<td></td>
			<td>ViseMix VM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Weight</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td></td>
			<td>NewClassic MS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter coater</td>
			<td>Polaron</td>
			<td></td>
			<td>SC7640 Sputter Coater</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

formation of ordered biomolecular structures by the self-assembly of short peptides

In der Natur werden die komplexen funktionellen Strukturen durch Selbstorganisation von Biomolekülen unter milden Bedingungen gebildet. Das Verständnis der Kräfte, die Selbstorganisation zu steuern und imitiert diesen Vorgang in vitro wird über große Fortschritte in den Bereichen Materialwissenschaft und Nanotechnologie zu bringen. Unter den verfügbaren biologischen Bausteine ​​sind Peptide mehrere Vorteile, da sie erhebliche Vielfalt zu präsentieren, deren Synthese im großen Maßstab ist einfach, und sie können leicht mit biologischen und chemischen Einheiten 1,2 geändert werden. Mehrere Klassen entworfen Peptide wie zyklische Peptide, amphiphile Peptide und Peptid-Konjugate Selbstorganisation zu geordneten Strukturen in Lösung. Homoaromatische Dipeptide, sind eine Klasse von kurzen selbstorganisierten Peptide, die alle erforderlichen Informationen, um molekulare geordnete Strukturen wie Nanoröhren, Kugeln und Fibrillen bilden 3-8 enthalten. Eine Vielzahl dieser Peptide ist im Handel erhältlich. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Dieser Beitrag stellt eine Prozedur, die zur Bildung von geordneten Strukturen der Selbstorganisation von homoaromatischen Peptide führt. Das Protokoll erfordert lediglich kommerziellen Reagenzien und Grundlaborgeräte. Darüber hinaus beschreibt das Papier einige der für die Charakterisierung von Peptid-basierten Baugruppen verfügbaren Methoden. Diese Methoden umfassen Elektronen-und Rasterkraftmikroskopie und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FT-IR). Darüber hinaus zeigt das Manuskript die Mischung von Peptiden (Coassemblierung) und die Bildung einer &quot;Perlenkette&quot;-ähnlichen Struktur, die durch diesen Prozess. 9. Die hier vorgestellten Protokolle können andere Klassen von Peptiden oder biologische Bausteine ​​und möglicherweise angepasst werden kann zur Entdeckung neuer Peptidstrukturen und eine bessere Kontrolle ihrer Montage.

Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren zur Bildung geordneter Strukturen in der Nano-und Mikrometerskala durch die Selbstorganisation von Peptiden. Um dieses einfache Verfahren präsentieren wir demonstrieren und zu charakterisieren, die Coassemblierung von zwei einfachen aromatischen Peptide (Abbildung 1). Eines der Peptide, die NH 2-Phe-Phe-OH (Diphenylalanin)-Peptid, das durch Selbstorganisation kann in einer wässrigen Lösung in das hohle röhrenförmige Strukturen mit Abmessungen im N...

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Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

Dieses Papier beschreibt die Bildung von hochgeordnete Strukturen auf Peptid-Basis durch die spontane Prozeß der Selbstorganisation. Das Verfahren nutzt Handel befindlichen Peptiden und gemeinsame Laborgeräte. Diese Technik kann auf eine Vielzahl von Peptiden angewendet werden und kann auf die Entdeckung von neuen Peptid-basierten Anordnungen führen.

Bildung geordneter Strukturen Biomolekulare durch die Selbstorganisation von kurzen Peptiden

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

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12.7K Aufrufe.  The Hebrew University of Jerusalem.  Dieses Papier beschreibt die Bildung von hochgeordnete Strukturen auf Peptid-Basis durch die spontane Prozeß der Selbstorganisation. Das Verfahren nutzt Handel befindlichen Peptiden und gemeinsame Laborgeräte. Diese Technik kann auf eine Vielzahl von Peptiden angewendet werden und kann auf die Entdeckung von neuen Peptid-basierten Anordnungen führen. 

Serie: Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two dimensional (2D) structures. These technologies are mature, offer high precision and many of them can be implemented in a high-throughput manner. We leverage the advantages of planar lithography and combine them with self-folding methods1-20 wherein physical forces derived from surface tension or residual stress, are used to curve or fold planar structures into three dimensional (3D) structures. In doing so, we make it possible to mass produce precisely patterned static and reconfigurable particles that are challenging to synthesize.
In this paper, we detail visualized experimental protocols to create patterned particles, notably, (a) permanently bonded, hollow, polyhedra that self-assemble and self-seal due to the minimization of surface energy of liquefied hinges21-23 and (b) grippers that self-fold due to residual stress powered hinges24,25. The specific protocol described can be used to create particles with overall sizes ranging from the micrometer to the centimeter length scales. Further, arbitrary patterns can be defined on the surfaces of the particles of importance in colloidal science, electronics, optics and medicine. More generally, the concept of self-assembling mechanically rigid particles with self-sealing hinges is applicable, with some process modifications, to the creation of particles at even smaller, 100 nm length scales22, 26 and with a range of materials including metals21, semiconductors9 and polymers27. With respect to residual stress powered actuation of reconfigurable grasping devices, our specific protocol utilizes chromium hinges of relevance to devices with sizes ranging from 100 &mu;m to 2.5 mm. However, more generally, the concept of such tether-free residual stress powered actuation can be used with alternate high-stress materials such as heteroepitaxially deposited semiconductor films5,7 to possibly create even smaller nanoscale grasping devices.

We describe experimental details of the synthesis of patterned and reconfigurable particles from two dimensional (2D) precursors. This methodology can be used to create particles in a variety of shapes including polyhedra and grasping devices at length scales ranging from the micro to centimeter scale.

Origami Inspired Selbstorganisation von Patterned und Reconfigurable Particles

There are numerous techniques such as photolithography, electron-beam lithography and soft-lithography that can be used to precisely pattern two ...

Forschung

Chemie

Microwave-assisted Functionalization of Poly(ethylene glycol) and On-resin Peptides for Use in Chain Polymerizations and Hydrogel Formation

One of the main benefits to using poly(ethylene glycol) (PEG) macromers in hydrogel formation is synthetic versatility. The ability to draw from a large variety of PEG molecular weights and configurations (arm number, arm length, and branching pattern) affords researchers tight control over resulting hydrogel structures and properties, including Young&#8217;s modulus and mesh size. This video will illustrate a rapid, efficient, solvent-free, microwave-assisted method to methacrylate PEG precursors into poly(ethylene glycol) dimethacrylate (PEGDM). This synthetic method provides much-needed starting materials for applications in drug delivery and regenerative medicine. The demonstrated method is superior to traditional methacrylation methods as it is significantly faster and simpler, as well as more economical and environmentally friendly, using smaller amounts of reagents and solvents. We will also demonstrate an adaptation of this technique for on-resin methacrylamide functionalization of peptides. This on-resin method allows the N-terminus of peptides to be functionalized with methacrylamide groups prior to deprotection and cleavage from resin. This allows for selective addition of methacrylamide groups to the N-termini of the peptides while amino acids with reactive side groups (e.g.&#160;primary amine of lysine, primary alcohol of serine, secondary alcohols of threonine, and phenol of tyrosine) remain protected, preventing functionalization at multiple sites. This article will detail common analytical methods (proton Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (;H-NMR) and Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight mass spectrometry (MALDI-ToF)) to assess the efficiency of the functionalizations. Common pitfalls and suggested troubleshooting methods will be addressed, as will modifications of the technique which can be used to further tune macromer functionality and resulting hydrogel physical and chemical properties. Use of synthesized products for the formation of hydrogels for drug delivery and cell-material interaction studies will be demonstrated, with particular attention paid to modifying hydrogel composition to affect mesh size, controlling hydrogel stiffness and drug release.

Microwave-assisted Functionalization of Polyethylene glycol and On-resin Peptides for Use in Chain Polymerizations and Hydrogel Formation

This video will illustrate a rapid, efficient method to methacrylate poly(ethylene glycol), enabling chain polymerizations and hydrogel synthesis. It will demonstrate how to similarly introduce methacrylamide functionalities into peptides, detail common analytical methods to assess functionalization efficiency, provide suggestions for troubleshooting and advanced modifications, and demonstrate typical hydrogel characterization techniques.

Mikrowellen-unterstützte Funktionalisierung von Poly (Ethylenglycol) und On-Harz Peptide zur Verwendung in Kettenpolymerisationen und Hydrogelierung

One of the main benefits to using poly(ethylene glycol) (PEG) macromers in hydrogel formation is synthetic versatility. The ability to draw from a large ...

Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this article, we describe detailed protocols on how to fabricate sophisticated 2D shapes through the self-assembly of uniquely addressable single-stranded DNA tiles which act as molecular pixels on a molecular canvas. Each single-stranded tile (SST) is a 42-nucleotide DNA strand composed of four concatenated modular domains which bind to four neighbors during self-assembly. The molecular canvas is a rectangle structure self-assembled from SSTs. A prescribed complex 2D shape is formed by selecting the constituent molecular pixels (SSTs) from a 310-pixel molecular canvas and then subjecting the corresponding strands to one-pot annealing. Due to the modular nature of the SST approach we demonstrate the scalability, versatility and robustness of this method. Compared with alternative methods, the SST method enables a wider selection of information polymers and sequences through the use of de novo designed and synthesized short DNA strands.

DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.

Die Selbstorganisation von Complex zweidimensionale Formen von Einzelstrang-DNA-Fliesen

Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this ...

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals leads to the formation of composite materials with unique properties. In addition, the undesirable process of biofouling is initiated by the adsorption of biomolecules, mainly proteins, on surfaces. This organic layer is an adhesion layer for bacteria and allows them to interact with the surface. Understanding the fundamental forces that govern the interactions at the organic-inorganic interface is therefore important for many areas of research and could lead to the design of new materials for optical, mechanical and biomedical applications. This paper demonstrates a single-molecule force spectroscopy technique that utilizes an AFM to measure the adhesion force between either peptides or amino acids and well-defined inorganic surfaces. This technique involves a protocol for attaching the biomolecule to the AFM tip through a covalent flexible linker and single-molecule force spectroscopy measurements by atomic force microscope. In addition, an analysis of these measurements is included.

Here we present a protocol to measure the force of interactions between a well-defined inorganic surface and either peptides or amino acids by single-molecule force spectroscopy measurements using an atomic force microscope (AFM). The information obtained from the measurement is important to better understand the peptide-inorganic material interphase.

Einblicke in die Wechselwirkungen von Aminosäuren und Peptide mit anorganischen Materialien Verwendung von Einzelmolekülkraftspektroskopie

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a free-radical polymerization strategy to enable the modulation of the nanotube surface properties and produce supramolecular self-assembly of the nanostructures. First, a selective hydroxylation of the pristine nanotubes through a biphasic catalytically mediated oxidation reaction creates superficially distributed reactive sites at the sidewalls. The latter reactive sites are subsequently modified with methacrylic moieties using a silylated methacrylic precursor to create polymerizable sites. Those polymerizable groups can address further polymerization of styrene to produce a hybrid nanomaterial containing PS chains grafted to the nanotube sidewalls. The polymer-graft content, amount of silylated methacrylic moieties introduced and hydroxylation modification of the nanotubes are identified and quantified by Thermogravimetric Analysis (TGA). The presence of reactive functional groups hydroxyl and silylated methacrylate are confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Polystyrene-grafted carbon nanotube solutions in tetrahydrofuran (THF) provide wall-to-wall collinearly self-assembled nanotubes when cast samples are analyzed by transmission electron microscopy (TEM). Those self-assemblies are not obtained when suitable blanks are similarly cast from analogous solutions containing non-grafted counterparts. Therefore, this method enables the modification of the nanotube anisotropic patchiness at the sidewalls which results into spontaneous auto-organization at the nanoscale.

A procedure for the synthesis of polystyrene-grafted multiwalled carbon nanotubes using successive chemical modification steps to selectively introduce the polymer chains to the sidewalls and their self-assembly via anisotropic patchiness is presented.

Pfropfen Multiwalled Carbon Nanotubes mit Polystyrol Selbstmontage ermöglichen und anisotropen führt

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully understood. We have traced the trajectories of individual nanoparticles using liquid-cell transmission electron microscopy (TEM) to investigate the mechanism of the assembly process. Herein, we present the protocols used for liquid-cell TEM studies of the self-assembly mechanism. First, we introduce the detailed synthetic protocols used to produce uniformly sized platinum and lead selenide nanoparticles. Next, we present the microfabrication processes used to produce liquid cells with silicon nitride or silicon windows and then describe the loading and imaging procedures of the liquid-cell TEM technique. Several notes are included to provide helpful tips for the entire process, including how to manage the fragile cell windows. The individual motions of nanoparticles tracked by liquid-cell TEM revealed that changes in the solvent boundaries caused by evaporation affected the self-assembly process of nanoparticles. The solvent boundaries drove nanoparticles to primarily form amorphous aggregates, followed by flattening of the aggregates to produce a 2-dimensional (2D) self-assembled structure. These behaviors are also observed for different nanoparticle types and different liquid-cell compositions.

Here we introduce experimental protocols for the real-time observation of a self-assembly process using liquid-cell transmission electron microscopy.

Flüssigkeit-Cell Transmissions-Elektronenmikroskopie zur Nachverfolgung Selbstmontage von Nanopartikeln

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

Fabrication of Spherical and Worm-shaped Micellar Nanocrystals by Combining Electrospray, Self-assembly, and Solvent-based Structure Control

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of fabricating micellar nanocrystals based on combining top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. This method involves first using electrospray to generate uniform ultrafine liquid droplets, each of which functions as a micro-reactor in which self-assembly reaction occurs forming micellar nanocrystals, with the structures (micelle shape and nanocrystal encapsulation) controlled by the organic solvent used. This method is largely continuous and produces high quality micellar nanocrystal products with an inexpensive structure control approach. By using a water-miscible organic solvent tetrahydrofuran (THF), worm-shaped micellar nanocrystals can be produced due to solvent-induced/facilitated micelle fusion. Compared with the common spherical micellar nanocrystals, worm-shaped micellar nanocrystals can offer minimized non-specific cellular uptake, thus enhancing biological targeting. By co-encapsulating multiple nanocrystals into each micelle, multifunctional or synergistic effects can be achieved. Current limitations of this fabrication method, which will be part of the future work, primarily include imperfect encapsulation in the micellar nanocrystal product and the incompletely continuous nature of the process.

The present work describes a method to fabricate micellar nanocrystals, an emerging major class of nanobiomaterials. This method combines top-down electrospray, bottom-up self-assembly, and solvent-based structure control. The fabrication method is largely continuous, can produce high quality products, and possesses an inexpensive means of structure control.

Herstellung von sphärischen und Wurm-förmigen Mizellen Nanokristalle durch die Kombination von Elektrospray, Selbstmontage und lösemittelhaltige Strukturkontrolle

Micellar nanocrystals (micelles with encapsulated nanocrystals) have become an emerging major class of nanobiomaterials. We describe a method of ...

Synthesis and Characterization of 1,2-Dithiolane Modified Self-Assembling Peptides

This report focuses on the synthesis of an N-terminus 1,2-dithiolane modified self-assembling peptide and the characterization of the resulting self-assembled supramolecular structures. The synthetic route takes advantage of solid-phase peptide synthesis with the on-resin coupling of the dithiolane precursor molecule, 3-(acetylthio)-2-(acetylthiomethyl)propanoic acid, and the microwave-assisted thioacetate deprotection of the peptide N-terminus before final cleavage from the resin to yield the 1,2-dithiolane modified peptide. After the high-performance liquid chromatography (HPLC) purification of the 1,2-dithiolane peptide, derived from the nucleating core of the A&#946; peptide associated with Alzheimer&#39;s disease, the peptide is shown to self-assemble into cross-&#946; amyloid fibers. Protocols to characterize the amyloid fibers by Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), circular dichroism spectroscopy (CD) and transmission electron microscopy (TEM) are presented. The methods of N-terminal modification with a 1,2-dithiolane moiety to well-characterized self-assembling peptides can now be explored as model systems to develop post-assembly modification strategies and explore dynamic covalent chemistry on supramolecular peptide nanofiber surfaces.

A protocol for the synthesis of a 1,2-dithiolane modified peptide and the characterization of the supramolecular structures resulting from the peptide self-assembly.

Synthese und Charakterisierung von 1,2-Dithiolane geändert selbstorganisierende Peptide

This report focuses on the synthesis of an N-terminus 1,2-dithiolane modified self-assembling peptide and the characterization of the resulting ...

Luminophore Formation in Various Conformations of Bovine Serum Albumin by Binding of Gold(III)

The purpose of the presented protocols is to study the process of Au(III) binding to BSA, yielding conformation change-induced red fluorescence (&#955;em = 640 nm) of BSA-Au(III) complexes. The method adjusts the pH to show that the emergence of the red fluorescence is correlated with the pH-induced equilibrium transitions of the BSA conformations. Red fluorescent BSA-Au(III) complexes can only be formed with an adjustment of pH at or above 9.7, which corresponds to the &#34;A-form&#34; conformation of BSA. The protocol to adjust the BSA to Au molar ratio and to monitor the time-course of the process of Au(III) binding is described. The minimum number of Au(III) per BSA, to produce the red fluorescence, is less than seven. We describe the protocol in steps to illustrate the presence of multiple Au(III) binding sites in BSA. First, by adding copper (Cu(II)) or nickel (Ni(II)) cations followed by Au(III), this method reveals a binding site for Au(III) that is not the red fluorophore. Second, by modifying BSA by thiol capping agents, another nonfluorophore-forming Au(III) binding site is revealed. Third, changing the BSA conformation by cleaving and capping of the disulfide bonds, the possible Au(III) binding site(s) are illustrated. The protocol described, to control the BSA conformations and Au(III) binding, can be generally applied to study the interactions of other proteins and metal cations.

Luminophore Formation in Various Conformations of Bovine Serum Albumin by Binding of GoldIII

The protocols for studying the binding of gold cations (Au(III)) to various conformations of bovine serum albumin (BSA) as well as for characterizing the conformational dependent unique BSA-Au fluorescence are presented.

Luminophor Bildung in verschiedenen Konformationen von Rinderserumalbumin durch Bindung von Gold(III)

The purpose of the presented protocols is to study the process of Au(III) binding to BSA, yielding conformation change-induced red fluorescence (&#955;em ...

Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives

Biomineralization is the formation of minerals in the presence of organic molecules, often related with functional and/or structural roles in living organisms. It is a complex process and therefore a simple, in vitro, system is required to understand the effect of isolated molecules on the biomineralization process. In many cases, biomineralization is directed by biopolymers in the extracellular matrix. In order to evaluate the effect of isolated biopolymers on the morphology and structure of calcite in vitro, we have used the vapor diffusion method for the precipitation of calcium carbonate, scanning electron microscopy and micro Raman for the characterization, and ultraviolet-visible (UV/Vis) absorbance for measuring the quantity of a biopolymer in the crystals. In this method, we expose the isolated biopolymers, dissolved in a calcium chloride solution, to gaseous ammonia and carbon dioxide that originate from the decomposition of solid ammonium carbonate. Under the conditions where the solubility product of calcium carbonate is reached, calcium carbonate precipitates and crystals are formed. Calcium carbonate has different polymorphs that differ in their thermodynamic stability: amorphous calcium carbonate, vaterite, aragonite, and calcite. In the absence of biopolymers, under clean conditions, calcium carbonate is mostly present in the calcite form, which is the most thermodynamically stable polymorph of calcium carbonate. This method examines the effect of the biopolymeric additives on the morphology and structure of calcium carbonate crystals. Here, we demonstrate the protocol through the study of an extracellular bacterial protein, TapA, on the formation of calcium carbonate crystals. Specifically, we focus on the experimental set up, and characterization methods, such as optical and electron microscopy as well as Raman spectroscopy.

We describe a protocol for the precipitation and characterization of calcium carbonate crystals that form in the presence of biopolymers.

Calciumcarbonatbildung in Gegenwart biopolymerer Additive

Biomineralization is the formation of minerals in the presence of organic molecules, often related with functional and/or structural roles in living ...