The authors sincerely thank the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, the Ontario Ministry of Research and Innovation, and the Canada Foundation for Innovation for funding this study.

1. Herstellung der Glasgeschirr und Kulturen <ol><li> Bevor Sie mit diesem Experiment fortfahren, bereiten Blut-Agar (SBA) 5% Schafsplatten für den Anbau von MRSA. SBA Inkubation erfolgt während 24 Stunden bei 37 ° C. Nach dieser Zeit sollte einzelne, gut isolierte Kolonien vorhanden, um die anschließende Impfungen in flüssigen Medien verwendet werden können. Speicher strichen SBA-Platten mit Einzelkolonien bei 4 ° C für 1 - 2 Monate. HINWEIS: Schaf Blutagarplatten in vorgefertigte Pakete, die zwischen 20 kommen - 25 Platten auf der Basis der Hersteller, und bestehen typischerweise aus einer tryptischen Soja-Agar Basis mit der Zugabe von 5% w / v Schafsblut. </li><li> Stellen Sie 500 ml tryptische Sojabrühe (TSB) mit 1% Glucose und 0,1% NaCl ergänzt. Danach sammeln und reinigen 2 Probiergläser. Wenn autoklavierbarem Deckel nicht verfügbar für Reagenzgläser sind, verwenden Sie Aluminiumfolie als Deckel. Autoklav TSB und Reagenzgläsern mit einem Feld von 1 ml Pipettenspitzen. </li><li> Unter einer Biosicherheitswerkbank oder in der Nähe eines Bunsen-Brenner, Pipette 5 ml zuvor autoklaviert TSB in autoklavierten Reagenzgläser. Achten Sie darauf, dass genügend Zeit sicherzustellen, gegeben worden ist, um die TSB lassen und Reagenzgläser auf Zimmertemperatur abkühlen. Aus einer zuvor durchzogen von 5% SBA Platte, impfen eine einzelne Kolonie in 6 ml TSB Brühe. Man wird MRSA enthalten, und das zweite Teströhrchen werden als Negativkontrolle verwendet werden, um Sterilität zu gewährleisten. </li><li> Nehmen geimpften TSB Reagenzgläser und legen Sie sie in einer wechselseitigen Inkubator für 24 Stunden bei 37 ° C und bei 200 Umdrehungen pro Minute. Nach dieser Zeit sollte das mikrobielle Wachstum offensichtlich in der MRSA Reagenzglas, während kein Wachstum sollte sich im Kontroll Reagenzglas stattgefunden haben. </li><li> Nehmen Sie 1 ml von 24 Stunden Kultur und Pipette in 6 ml frischem TSB. Bei 37 ° C für 6 Stunden bei 200 rpm. </li><li> Je 1 ml einer 6 h Subkultur in ein 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen. Zentrifuge für 3 Minuten bei 850 x g. Überstand entfernen und resuspendiere das Pellet in 1 ml entionisiertem H 2 O. Zentrifuge, zu wiederholen und erneut zu suspendieren. </li></ol><ol><li> Nehmen rostfreiem Stahl und Gold AFM Probenscheiben (20 mm und 10 mm Durchmesser jeweils) und sauber auf jeder Seite mit 5 ml entionisiertem H 2 O. Halten Probenscheiben in der dominanten Hand mit einer Pinzette und verwenden Sie die Subdominante Hand, um 5 ml auf jeder Seite der Probenplatte pipettieren. Nach Waschen beider Seiten, statt Probenscheiben in ein Becherglas mit 20 ml entionisiertem H 2 O, gefolgt von Ultraschallbehandlung für 1 min. </li><li> Nach der Beschallung Verwendung Pinzette Probenscheiben aus dem Becher zu entfernen. Platzieren der Scheiben, so dass sie lehnen an einem Winkel von 60º gegen die Kante eines offenen Petri Platte auf einem Papiertuch. Verwenden Sie den Deckel der Petrischale, um die Trockenplatten abdecken. Lassen Scheiben trocknen vollständig, bevor Sie fortfahren. 8 h - Die Trocknungszeit kann zwischen 4 variieren. </li><li> Nach dem Trocknen verwenden Pinzette Probenscheiben in eine Petri-Schale legen. <ol><li> Optional funktionalisieren die Oberflächen der Probenscheiben mit jedem Material (zB Collagen, Hyaluronsäure, Silber-Nanopartikeln, etc.). </li><li> Für dieses Experiment verwendet Poly-L-Lysin zur Beschichtung der Substratoberfläche. Für poly-L-Lysin-Funktionalisierung Pipetten 200-400 ul 0,1% Poly-L-Lysin (in H 2 O) auf Probeplatten und ließ inkubieren für 1 h bei Raumtemperatur in einer Petrischale. </li><li> Nach 1 Stunde verwenden Pinzette, um die Probenscheibe zu halten, und wäscht mit 1 ml entionisiertem H 2 O Trocknen lassen auf Küchenpapier, wie in Schritt 2.2 beschrieben. </li></ol></li><li> Nehmen Sie 2x gewaschen resuspendierten Zellen und Platte 200-400 ul auf Probenscheiben in einem biologischen Sicherheitsschrank. Wenn Probenplatten werden mit Poly-L-Lysin beschichtet sind, inkubiert 0,5 Stunden bei Raumtemperatur. </li><li> Nach Inkubation der Zellen auf Probeplatten, Waschprobenscheiben vorsichtig mit 1 ml entionisiertem H 2 O. Lassen Platten über Nacht trocknen, bevor Bildgebung. </li></ol> 3. KPFM Imaging HINWEIS: Für dieses Experimentverwenden Sie ein Agilent 5500 Serie ILM-AFM. <ol><li> So starten AFM, schalten Sie Rechnereinheit zusammen mit der AFM HEB und MAC-III-Controller. Öffnen AFM-Imaging-Software (zB Agilent PicoView). Achten Sie darauf, wählen Sie zunächst ACAFM oder welcher Wert korrekte Bezeichnung ist auf der AFM für die Bildgebung im intermittierenden Kontaktmodus. </li><li> Mit AFM Pinzette in der dominanten Hand, halten Sie die gefederte Clip-Halter mit der Subdominante Hand öffnen, setzen Sie ein KPFM Freischwinger in den Kopfstück. Vorsicht beim Umgang mit und die Übertragung der AFM Kopfstück an die AFM, wie dieses Gerät (zumindest auf der ILM 5500-AFM) enthält die fragile Piezokristall Einheit, X, Y, und Z-Scanning Ausrichtungen steuert. HINWEIS: Die KPFM Auslegern in diesem Fall verwendet wurden, waren Mikromasch leitfähigen DPE (geräuscharm) Auskragungen mit durchschnittlichen Resonanzfrequenzen von 80 kHz und die Federkonstanten von 2,7 N / m. Ausleger mit diesen Resonanzfrequenzen und Federkonstanten wurden aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit ausgewählt.Ausleger mit größeren Federkonstanten und höhere Resonanzfrequenzen können auch für die Bildgebung verwendet werden. </li><li> Kopfstück vorsichtig laden in die AFM und schließen Sie die entsprechenden Leitungen (in diesem Fall zwei Leitungen müssen angeschlossen werden: Laserlicht und Bühnenliftmotor). </li><li> Richten Sie den Laser auf die Spitze des Auslegers. Einige Geräte enthalten eine Kamera-Funktionalität, die für eine einfachere Ausrichtung ermöglicht. Wenn Kamera-Funktionalität ist nicht auf AFM Derzeit richten auf die Cantileverspitze wie beschrieben weiter: <ol><li> Drehen Sie das Front-to-Back-Knopf im Uhrzeigersinn, um den Laser überragen Cantilever-Chip zu bewegen. Wenn der Laser den Chip erreicht sie blockiert und nicht mehr sichtbar sein. Nur Drehe ihn ein paar mal. </li><li> Drehen Sie das Front-to-Back-Knopf gegen den Uhrzeigersinn, bis der Laserpunkt erscheint wieder. Der Laser ist jetzt auf die Chiprand. </li><li> Drehen Sie den links-nach-rechts-Knopf, um den Laser auf den Ausleger zu positionieren. Da der Laser über den Ausleger gibt sie wird verschwinden und wieder erscheinen in schneller Folge. Der Laserpunkt sollte in der Milchglasabdeckung, wo der Photodiode Einheit wird später sitzen sichtbar sein. </li><li> Drehen Sie das Front-to-Back-Knopf gegen den Uhrzeigersinn, um den Ort auf der Cantilever zur Spitze hin bewegen, bis der Punkt auf dem Milchglas verschwindet. </li><li> Drehen Sie das Front-to-Back-Knopf im Uhrzeigersinn nur leicht, um den Laser so zu positionieren, dass es sitzt nur auf der Cantilever-Spitze. Der Laserpunkt wird auf dem Milchglas wieder. HINWEIS: Dies ist die Laser-Positionierung Methode zur Sprungbrett Ausleger. Für Dreiecksauslegern unterscheidet sich der Angleichungsprozess leicht. </li></ol></li><li> Nachdem der Laser ausgerichtet ist, halten Sie die Bühne Hubmotor in der Position &quot;offen&quot; für 10 Sekunden, um ausreichend Platz zwischen dem Cantilever und Probe zu gewährleisten, wenn die Befestigung der Probe auf die AFM. </li><li> Zeigen Probe auf dem Probentisch KPFM. Erden Sie die Probe mit einem Kupferdraht. Schließen Sie die entsprechenden Kabel von der AFM auf dem Probentisch. Schließen Sie die sTage an die AFM. In den meisten Fällen ist die Bühne mit Hilfe von Magneten an Ort und Stelle gehalten. </li><li> In der AFM-Software, Melodie beginnt der Ausleger und Ansatz des Auslegerspitze auf die Probe. Stellen Sie sicher, dass die Einschwingzeit bei nicht mehr als 10 ms eingestellt, und dass die Annäherungsgeschwindigkeit nicht 2,0 um / s, um Schäden zu vermeiden Spitze überschreiten. </li><li> Sobald die Cantileverspitze ist auf der Probenoberfläche, wählen Sie eine Bildfenstergröße und ideal Imaging-Bereich. Optimieren I und P Gewinnen zusammen mit dem Ausleger-Sollwert, so dass topographische Abbildung wird optimiert. <ol><li> Sobald topographischen Bild optimiert ist, schalten Sie KPFM Modul (UKW- oder AM-Modus, hier verwenden UKW-Modus). Es sei darauf hingewiesen, dass KPFM Bildgebung ist sehr anspruchs außerhalb von 5 &amp; mgr; m × 5 &amp; mgr; m-Abbildungsfenster werden. Auch für eine optimale KPFM Imaging, verwenden Sie eine Auflösung von 512 x 512 mit langsamen Scan-Geschwindigkeiten (0,02-0,05 Zeilen / sec). </li></ol></li><li> Für FM-KPFM Einstellungen (nicht ACAFM Einstellungen) Legen Sie das Laufwerk Prozent zwischen 5-10%. Stellen Sie den Ausleger frequency zwischen 1-5 kHz mit einer Bandbreite von 2 kHz. I und P Gewinne für die FM-KPFM Einstellungen auf 0,3%. <ol><li> Vary Signalbandbreite und I- und P-Gewinne zwischen Probenoberflächen. SP-Bildgebung zu optimieren, weiter anpassen Signalbandbreite und I- und P-Gewinne um optimale Bilder zu erhalten. Der empfohlene Bereich von I und P Gewinne von 0,22 bis 0,35%. </li></ol></li><li> Verarbeiten und zu analysieren mit post-Bildverarbeitungs-Software, um Daten zu sammeln SP gesammelt KPFM Bilder. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

KPFM wurde als ein neues Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Oberflächendaten verwendet. Es wurde allgemein als ein Verfahren zur Untersuchung von Ladungsverteilung in der Chemie verwendet worden und hat erst seit kurzem für die Untersuchung von biologischen Systemen im Mikro- und Nano-Skalen angewendet werden. Aus den gesammelten Daten haben wir festgestellt, dass Mikroben schien nicht leicht befestigen zu reinigen Edelstahl und Gold-Oberflächen, auch nach 3 Stunden der statischen Inkubation. Poly-L-Lysin-funkt...

Biofilme auf Geräteoberflächen und in Hautwunden erzeugt ein Problem darstellen für die medizinische Industrie als Biofilme sind widerspenstig, um die Entfernung und kann zu einer erhöhten Rate der Übertragung von Krankheiten und die Antibiotikaresistenz führen. Befestigung ist der erste Schritt in der Biofilmbildung und ist der wichtigste Schritt aufgrund ihrer Reversibilität 1-3. Substratoberflächeneigenschaften spielen eine entscheidende Rolle bei mikrobiellen Anhaftung. Faktoren, wie Oberflächenhärte, Porosität, Rauhigkeit und Hydrophobie wurde gezeigt, dass die mikrobielle Anbringung zu bewirken; aber wenig Forschung Überprüfung der Rolle der Substratoberfläche Potential (SP) auf die mikrobielle Adhäsion getan wurde 4,5. Negativ geladenen Oberflächen verhindern die Anlagerung von Bacillus thuringiensis Sporen Glimmer, Silicium und Gold-6. Veränderungen der zellulären Membranpotential anzeigt, Veränderungen der zellulären Anhaftung und Motilität 5,7. Es ist, dass elektrisch hom beobachtetogeneous Oberflächen leichter zu fördern mikrobielle Adhäsion 5. Charakterisierung des Oberflächenpotentials von Bakterien im Nano einen neuen Weg, um die Haft Kinetik der Bakterien auf verschiedenen Oberflächen zu verstehen, bereitzustellen, und dadurch kann bei der Entwicklung von Anti-Biobewuchs-Strategien helfen. Im Gegensatz zu anderen Methoden zur Charakterisierung der elektro Kinetik der Bakterien, wie elektrophoretischen Lichtstreuung, Zeta-Potential und isoelektrischen Punktbestimmung verwendet wird, ermöglicht die Prüfung der Einzelzellen anstelle von ganzen Kulturen 8-11 Kelvin-Mikroskop (KPFM). Dies ist von Vorteil, wenn zu wollen Zell-Zell vergleichen oder Biofilm elektrischen Eigenschaften mit hoher Genauigkeit und Präzision. KPFM ist ein Modul der Rasterkraftmikroskopie (AFM). AFM wurde als eine direkte Folge des Rastertunnelmikroskops (STM) 12 entwickelt. Die ersten veröffentlichten Bilder mit STM wurden von Gerd Binnig und Heinrich Rorhrer 1982 12 gemacht </sup&gt;. Ihre Erfindung konnte atomaren Strukturen von Raster lösen Scannen eines scharfen leitfähigen Spitze über eine leitende Oberfläche in der Luft. Die Auswirkungen der Verwirklichung hochauflösenden Bildern erregt Biologen, die schnell versucht, STM für Bild in getrockneten Proben von DNA, Proteinen und Viren 12 zu verwenden. STM kann auch in Flüssigkeiten mit speziellen Sondenspitzen 13 durchgeführt werden. Dies wurde von Lindsay et al., Die STM und AFM Bild DNA-Moleküle in 10 mM HClO 4 in Wasser, auf Goldelektroden 13 verwendet, gezeigt. KPFM hat bei der Bestimmung der Oberflächenpotentiale von DNA- und Protein-Analyse 25 und Biomolekülen Interaktion mit Liganden 26 gezeigt. KPFM arbeitet durch Messung des Kontaktpotentialdifferenz (CPD) zwischen einem leitenden AFM Cantilever-Spitze und einer ideal leitenden Probe (Abbildung 1, i) 14,15. Proben nicht notwendigerweise leitend (dh biologischen sampl seinn). Imaging kann auf Glimmer, Glas und Siliziumoberflächen (nicht leitend), solange der nicht-leitenden Oberfläche ist dünn, und es ist eine darunterliegende leitende Material 6,7 durchgeführt werden. Die CPD ist äquivalent zu der Oberflächenpotential-Spannung und kann als die Differenz der Austrittsarbeiten zwischen der Spitze (φ Spitze) und der Probe (φ Probe), dividiert durch die negativen Elektronenladung beschrieben (- e). Wenn ein AFM-Spitze in der Nähe einer Probenoberfläche gebracht (getrennt durch Entfernung d) eine elektrostatische Kraft (F s) erzeugt wird infolge des Unterschieds in Fermi Energien (1, II, a) 15. An diesem Punkt sind die Vakuum Energien der Spitze und der Probe (E v) im Gleichgewicht sind und ausgerichtet. Auf die Spitze nach näher an der Probenoberfläche, wobei die Spitze und der Probenoberfläche in elektrischen Kontakt und als Parallelplattenkondensatoren (1, II, b kommen </strong&gt;) 14,15. An der Stelle, die Fermi Energie der Spitze und der Probenoberfläche ausgerichtet werden und erreichte ein stationäres Gleichgewicht (1, II, b). Die Spitze und Probenoberfläche berechnet und eine V CPD bilden sich aufgrund einer Differenz in E v &#39;s und Arbeitsfunktionen. A F es wirkt auf die elektrische Kontaktfläche auf Grund der gebildeten V CPD. Diese Kraft wird nachfolgend durch die Anwendung eines externen V DC bis zur Spitze, die die gleiche Größenordnung wie der gebildete V CPD hat aufgehoben (Abbildung 1, ii, c). Das angelegte Gleichspannung eliminiert Oberflächenladung im Bereich der elektrischen Kontaktierung und der Betrag V DC erforderlich, die F n der V CPD beseitigen gleich der Differenz in den Arbeitsfunktionen zwischen sample Oberfläche und Spitze 15. Es sei darauf hingewiesen, daß die Arbeitsfunktion der Spitze bekannt ist und es wird von den Herstellern zur Verfügung gestellt werden. In allen KPFM Verfahren wird eine Wechselspannung (V AC, etwa 100 - 500 mV) ist auch an der Spitze, um die oszillierenden elektrischen Kräfte zwischen der Spitze und der Probe 14 zu erzeugen. Dies ermöglicht eine bessere Auflösung bei der Messung von Veränderungen der V CPD und / oder F n. In dieser Hinsicht können Änderungen in der Frequenz oder Amplitude der elektrischen Schwingung von V DC korrigiert werden und das Oberflächenpotential Karten erzeugt werden. Daten aus bestimmten Bereichen dieser Karten können weiter analysiert werden, um elektrische Informationen über bestimmte topographische Merkmale bieten. (1) Hub-Modus, (2) eine Amplitudenmodulation (AM) Modus, und (3) die Frequenzmodulation (FM) Modus 14,16: KPFM kann in drei Betriebsarten betrieben werden. Lift-Modus war der ursprüngliche incarnation von KPFM. Hub-Modus beruht auf einem Zwei-Durchgangs-Verfahren, in dem eine in Schwingungen versetzte Spitze wird über die Oberfläche gezogen, um ein topographisches Bild zu erhalten. Für den zweiten Durchlauf die Spitze einen vorgegebenen Abstand über der Probe erhöht (von 10 bis 100 nm) und zurück über die gleiche Fläche gescannt. Durch diese beiden Pass Verfahren, Lift-Modus, im Vergleich zu AM- und FM-KPFM dauert die längste Zeit für die Bildaufnahme. Die Anhebung der Spitze von der Oberfläche sorgt dafür, dass nur langfristige F es gemessen wird. Auch wird das Übersprechen zwischen Topographie und Oberflächenpotentialmessungen auf Kosten der erhöhten lateralen Auflösung und Empfindlichkeit entkoppelt. AM-KPFM verbessert laterale Auflösung und Empfindlichkeit durch Verwendung von Dual-Frequenzen, um gleichzeitig die Probentopographie und Oberflächenpotential (One-Pass-Scan) 14. Im AM-Modus wird der Ausleger mechanisch oszilliert, in der Regel 5% unter dem ersten Resonanzfrequenz (f 0), und elektrisch oszilliert (turch einen V AC) an seinem zweiten Resonanzfrequenz (f 1). Änderungen in der Amplitude von f 0 führen zur Erzeugung von topographischen Daten, während die Änderungen in der Amplitude der f 1, aufgrund von Änderungen in F n und V CPD geben Oberflächenpotentialmessdaten. f 0 und f 1 des Auslegers sind durch erhebliche Frequenzen und Energien, die Übersprechen minimiert 14 Signal getrennt. Der Kopf der E-Box (HEB) der AFM trennt die zwei Signale sowohl topographische zu geben und Oberflächenpotential Daten gleichzeitig in einem Scan. FM-KPFM verbessert die Auflösung noch weiter als AM-KPFM auf biologischen Oberflächen 14. FM-KPFM funktioniert anders als AM-KPFM, dass es Veränderungen in der elektrostatischen Kraft Gradienten anstatt elektrostatische Kraft (F n) 15 misst. Wie AM-Modus nutzt UKW-Modus Dual-Frequenzen und eine singlE-Pass Scan-Mechanismus topographischen zu erhalten und das Oberflächenpotential Daten gleichzeitig 14. Im UKW-Modus, wird der Ausleger mechanisch f 0 in Schwingung versetzt und bei einer niedrigen Frequenz geändert elektrisch in Schwingung versetzt (f mod, in der Regel 1-5 kHz). Bei der elektrostatischen Wechselwirkungen, f 0 und f MOD MIX zu Seitenbändern f 0 ± f mod zu erzeugen. Diese Seitenbänder sind sehr empfindlich auf Veränderungen der elektrostatischen Kraft und kann von f 0 durch die AFM HEB getrennt werden. Da FM-KPFM misst die Entwicklung elektrostatische Kraft Abstufungen, die Spitzen Spitze Form und seine Wartung / Integrität spielen eine entscheidende Rolle in der Gesamtoberflächenpotential Auflösung 14, 15. Oberflächenpotential Auflösung mit AM- und FM-Modi sind im Bereich von 1 nm seitlich 14 -16. Es sei darauf hingewiesen, dass KPFM Bildgebung kann in unpolaren Flüssigkeiten durchgeführt werden, und in jüngerer Zeit hat sich gezeigt, in niedriger Ionen (&lt;10 mM) polare Flüssigkeiten durchgeführt werden (in seinOpen-Loop KPFM Modi, die keine ein Vorspannungs-Rückkoppelungs, erübrigt die Anwendung einer DC-Vorspannung) wie MilliQ Wasser; jedoch KPFM Bildgebung noch auf lebende Zellen in polaren Lösungen 17-20 durchgeführt werden. Zusätzliche Herausforderungen SP Abbildungs ​​flüssig verbunden ist, ist, dass die Lösungen üblicherweise zur Aufrechterhaltung Zellen verwendet (dh, phosphatgepufferte Kochsalzlösung) haben hohe Konzentrationen an beweglichen Ionen, die Faraday-Reaktionen, Bias induzierten Ladungsdynamik und Ionendiffusion / Umverteilungs 20 führen würde. So kann dieses Experiment Messungen wurden von getrockneten und toten MRSA Zellen auf Poly-L-lysin funktionalisiertes Stahl und Gold-Oberflächen aus rostfreiem unter Umgebungsbedingungen gemacht. Imaging kann in Luft oder Vakuum an biologischen Proben, die zuvor getrocknet worden sind, oder auf Oberflächen immobilisiert 20 durchgeführt werden. Feuchten Bedingungen haben auch gezeigt, dass KPFM Bildgebung Flächen 6 beeinflussen. In dieser Studie verwendeten wir FM-KPFMund AFM, die Rolle von SP über das Anbringen von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus USA100 (MRSA), um Poly-L-lysin funktionalisiertes rostfreiem Stahl und Gold-Oberflächen zu untersuchen. MRSA kurzem erhielt Status als multiresistente (MDR) &quot;Superbazillus&quot; aufgrund ihrer natürlich ausgewählt Beständigkeit gegen viele β-Lactam-Antibiotika und Cephalosporine 21. MRSA-Infektionen sind heute anspruchsvoller, schwer und gewaltig zu behandeln, was zur Verwendung von härteren antimikrobielle Mittel, wie Vancomycin oder Oxazolidinone, die höhere Toxizität beim Menschen, und kann daher nicht als langfristige Behandlungen 22 verwendet werden. Edelstahl wurde wegen ihrer medizinischen Bedeutung und allgemeinem Verwendung als Material in Injektionsnadeln, Bettpfannen, Türgriffe, Waschbecken etc. Gold wurde als Vergleichs verwendete Metall gewählt. FM-KPFM wurde eingesetzt, um zu untersuchen, ob mikrobielle Membran SP ändert sich beim Anbringen an den Substraten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">5500ILM Atomic Force Microscope</td>
			<td style="width:71px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:119px;">#N9435S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">AFM/STM Metal Specimen Discs</td>
			<td style="width:71px;">TED PELLA, INC.</td>
			<td style="width:119px;">#16219</td>
			<td>Stainless steel sample discs</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">DPE (Low-Noise) Conductive SPM Probes</td>
			<td style="width:71px;">Mikromasch</td>
			<td style="width:119px;">#HQ:DPE-XSC11</td>
			<td>There are 4 Pt-coated cantilevers per chip.&#160; We utilized cantilever B for experiments.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">PELCO Gold Coated AFM/STM Metal Specimen Discs</td>
			<td style="width:71px;">TED PELLA, INC.</td>
			<td style="width:119px;">#16218-G</td>
			<td>Gold sample discs</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">PicoView Software</td>
			<td style="width:71px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:119px;">#N9797B</td>
			<td>5500ILM Atomic Force Microscope imaging software</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Pico Image Software (Pico Image Basic)</td>
			<td style="width:71px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:119px;">#N9797AU-1FP</td>
			<td>5500 ILM Atomic Force Microscope post-image processing software</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Scilogex D3024 High Speed Micro-Centrifuge</td>
			<td style="width:71px;">Thomas Scientific</td>
			<td style="width:119px;">#91201513</td>
			<td>Centrifuge used in cell-washing steps to separate cells (pellet) from media</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Trypticase Soy Agar with 5% Sheep Blood</td>
			<td style="width:71px;">BD</td>
			<td style="width:119px;">#221261</td>
			<td>Pre-made plates</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tryptic Soy Broth</td>
			<td style="width:71px;">BD</td>
			<td style="width:119px;">#257107</td>
			<td>Comes as a dry powder.&#160; Instruction on how to make come on the container.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

surface potential measurement of bacteria using kelvin probe force microscopy

Oberflächenpotential ist ein häufig übersehen physikalische Eigenschaft, die eine dominante Rolle bei der Adhäsion von Mikroorganismen an Substratoberflächen spielt. Kelvin-Sonde Kraftmikroskopie (KPFM) ist ein Modul der Rasterkraftmikroskopie (AFM), die die Kontaktpotentialdifferenz zwischen Oberflächen im Nanoskala misst. Die Kombination KPFM mit AFM ermöglicht die gleichzeitige Erzeugung von Oberflächenpotential und topographische Karten von biologischen Proben, wie Bakterienzellen. Hier beschäftigen wir KPFM um die Auswirkungen des Oberflächenpotentials auf die mikrobielle Anhaftung an medizinisch relevanten Oberflächen wie rostfreiem Stahl und Gold zu untersuchen. Oberflächenpotential Karten zeigte Unterschiede in der Oberflächenpotential für mikrobielle Membranen auf unterschiedliche Materialuntergründen. Ein Stufenhöhen Graph wurde erzeugt, um die Differenz des Oberflächenpotentials an einer Grenzfläche zwischen der Substratoberfläche und Mikroorganismen zeigen. Änderungen der zellulären Membranoberflächenpotential haben mit Veränderungen in Verbindung gebracht wordens in den Zellstoffwechsel und Beweglichkeit. Daher stellt KPFM ein mächtiges Werkzeug, das verwendet werden kann, um die Änderungen der mikrobiellen Zelloberflächenpotential auf Haftung auf verschiedenen Substratoberflächen zu untersuchen. In dieser Studie zeigen wir, das Verfahren um das Oberflächenpotential der einzelnen Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus USA100 Zellen auf rostfreiem Stahl und Gold mit KPFM charakterisieren.

Die Fähigkeit, SP zu messen mit KPFM beruht auf dem Prinzip, dass sowohl die Probenoberfläche und Cantileverspitze leitend zu einem gewissen Grad. Edelstahl und Gold diente als leitende Oberflächen, auf die MRSA wurden angebracht. KPFM Bilder wurden von 15 MRSA-Zellen auf beiden Oberflächen mit 512 x 512 Auflösungen mit Scanbereiche im Bereich von 5 x 5 &amp; mgr; m bis 10 x 10 &amp; mgr; m genommen, und. Abtasten erfolgte mit Liniengeschwindigkeiten im Bereich von 0,02 Zeilen / Sekunde auf 0,05 Zeilen / Sekunde du...

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Surface Potential Measurement of Bacteria Using Kelvin Probe Force Microscopy

Here, we present a protocol explaining the use of Kelvin probe force microscopy as a tool for generating high resolution nano-scale surface potential maps. This tool was applied to assess the role of surface potential on the binding capacity of microorganisms to substrate surfaces.

Oberflächenpotentialmessung von Bakterien mit Kelvin-Sonde Kraftmikroskopie

Surface potential is a commonly overlooked physical characteristic that plays a dominant role in the adhesion of microorganisms to substrate surfaces. ...

surface-potential-measurement-bacteria-using-kelvin-probe-force

Research

JoVE Journal

Bioengineering

21.7K Aufrufe.  University of Guelph. Here, we present a protocol explaining the use of Kelvin probe force microscopy as a tool for generating high resolution nano-scale surface potential maps. This tool was applied to assess the role of surface potential on the binding capacity of microorganisms to substrate surfaces. 

Serie: Surface Potential Measurement of Bacteria Using Kelvin Probe Force Microscopy

Measurement of Bioelectric Current with a Vibrating Probe

Electric fields, generated by active transport of ions, are present in many biological systems and often serve important functions in tissues and organs. For example, they play an important role in directing cell migration during wound healing. Here we describe the manufacture and use of ultrasensitive vibrating probes for measuring extracellular electric currents. The probe is an insulated, sharpened metal wire with a small platinum-black tip (30-35 &mu;m), which can detect ionic currents in the &mu;A/cm2 range in physiological saline. The probe is vibrated at about 200 Hz by a piezoelectric bender. In the presence of an ionic current, the probe detects a voltage difference between the extremes of its movement. A lock-in amplifier filters out extraneous noise by locking on to the probe's frequency of vibration. Data are recorded onto computer. The probe is calibrated at the start and end of experiments in appropriate saline, using a chamber which applies a current of exactly 1.5 &mu;A/cm2. We describe how to make the probes, set up the system and calibrate. We also demonstrate the technique of cornea measurement, and show some representative results from different specimens (cornea, skin, brain).

The manufacture, calibration and use of non-invasive vibrating probes to measure bioelectric current in various biological systems is described.

Die Messung der bioelektrischen Strom mit einem vibrierenden Sonde

Electric fields, generated by active transport of ions, are present in many biological systems and often serve important functions in tissues and organs. ...

Forschung

Biotechnik

Measurement of Aggregate Cohesion by Tissue Surface Tensiometry

Rigorous measurement of intercellular binding energy can only be made using methods grounded in thermodynamic principles in systems at equilibrium. We have developed tissue surface tensiometry (TST) specifically to measure the surface free energy of interaction between cells. The biophysical concepts underlying TST have been previously described in detail1,2. The method is based on the observation that mutually cohesive cells, if maintained in shaking culture, will spontaneously assemble into clusters. Over time, these clusters will round up to form spheres. This rounding-up behavior mimics the behavior characteristic of liquid systems. Intercellular binding energy is measured by compressing spherical aggregates between parallel plates in a custom-designed tissue surface tensiometer. The same mathematical equation used to measure the surface tension of a liquid droplet is used to measure surface tension of 3D tissue-like spherical aggregates. The cellular equivalent of liquid surface tension is intercellular binding energy, or more generally, tissue cohesivity. Previous studies from our laboratory have shown that tissue surface tension (1) predicts how two groups of embryonic cells will interact with one another1-5, (2) can strongly influence the ability of tissues to interact with biomaterials6, (3) can be altered not only through direct manipulation of cadherin-based intercellular cohesion7, but also by manipulation of key ECM molecules such as FN8-11 and 4) correlates with invasive potential of lung cancer12, fibrosarcoma13, brain tumor14 and prostate tumor cell lines15. In this article we will describe the apparatus, detail the steps required to generate spheroids, to load the spheroids into the tensiometer chamber, to initiate aggregate compression, and to analyze and validate the tissue surface tension measurements generated.

We describe a method of measuring binding energy, expressible as tissue surface tension, between cells within 3D tissue-like aggregates. Differences in tissue surface tension have been demonstrated to correlate with invasiveness of lung, muscle, and brain tumors, and are fundamental determinants of establishing spatial relationships between different cell types.

Die Messung der Aggregate Zusammenhalt durch Gewebeoberfläche Tensiometrie

Rigorous measurement of intercellular binding energy can only be made using methods grounded in thermodynamic principles in systems at equilibrium.  We ...

Bacterial Immobilization for Imaging by Atomic Force Microscopy

AFM is a high-resolution (nm scale) imaging tool that mechanically probes a surface. It has the ability to image cells and biomolecules, in a liquid environment, without the need to chemically treat the sample. In order to accomplish this goal, the sample must sufficiently adhere to the mounting surface to prevent removal by forces exerted by the scanning AFM cantilever tip. In many instances, successful imaging depends on immobilization of the sample to the mounting surface. Optimally, immobilization should be minimally invasive to the sample such that metabolic processes and functional attributes are not compromised. By coating freshly cleaved mica surfaces with porcine (pig) gelatin, negatively charged bacteria can be immobilized on the surface and imaged in liquid by AFM. Immobilization of bacterial cells on gelatin-coated mica is most likely due to electrostatic interaction between the negatively charged bacteria and the positively charged gelatin. Several factors can interfere with bacterial immobilization, including chemical constituents of the liquid in which the bacteria are suspended, the incubation time of the bacteria on the gelatin coated mica, surface characteristics of the bacterial strain and the medium in which the bacteria are imaged. Overall, the use of gelatin-coated mica is found to be generally applicable for imaging microbial cells.

Live Gram-negative and Gram-positive bacteria can be immobilized on gelatin-coated mica and imaged in liquid using Atomic Force Microscopy (AFM).

Bakterielle Immobilisierung für Imaging von Atomic Force Microscopy

AFM is a high-resolution (nm scale) imaging tool that mechanically probes a surface.  It has the ability to image cells and biomolecules, in a liquid ...

Visualization of Recombinant DNA and Protein Complexes Using Atomic Force Microscopy

Atomic force microscopy (AFM) allows for the visualizing of individual proteins, DNA molecules, protein-protein complexes, and DNA-protein complexes. On the end of the microscope's cantilever is a nano-scale probe, which traverses image areas ranging from nanometers to micrometers, measuring the elevation of macromolecules resting on the substrate surface at any given point. Electrostatic forces cause proteins, lipids, and nucleic acids to loosely attach to the substrate in random orientations and permit imaging. The generated data resemble a topographical map, where the macromolecules resolve as three-dimensional particles of discrete sizes (Figure 1) 1,2. Tapping mode AFM involves the repeated oscillation of the cantilever, which permits imaging of relatively soft biomaterials such as DNA and proteins. One of the notable benefits of AFM over other nanoscale microscopy techniques is its relative adaptability to visualize individual proteins and macromolecular complexes in aqueous buffers, including near-physiologic buffered conditions, in real-time, and without staining or coating the sample to be imaged. 
The method presented here describes the imaging of DNA and an immunoadsorbed transcription factor (i.e. the glucocorticoid receptor, GR) in buffered solution (Figure 2). Immunoadsorbed proteins and protein complexes can be separated from the immunoadsorbing antibody-bead pellet by competition with the antibody epitope and then imaged (Figure 2A). This allows for biochemical manipulation of the biomolecules of interest prior to imaging. Once purified, DNA and proteins can be mixed and the resultant interacting complex can be imaged as well. Binding of DNA to mica requires a divalent cation 3,such as Ni2+ or Mg2+, which can be added to sample buffers yet maintain protein activity. Using a similar approach, AFM has been utilized to visualize individual enzymes, including RNA polymerase 4 and a repair enzyme 5, bound to individual DNA strands. These experiments provide significant insight into the protein-protein and DNA-protein biophysical interactions taking place at the molecular level. Imaging individual macromolecular particles with AFM can be useful for determining particle homogeneity and for identifying the physical arrangement of constituent components of the imaged particles. While the present method was developed for visualization of GR-chaperone protein complexes 1,2 and DNA strands to which the GR can bind, it can be applied broadly to imaging DNA and protein samples from a variety of sources.

A tapping mode atomic force microscope (AFM) method for the visualization of plasmid DNA, cytoplasmic proteins, and DNA-protein complexes is described. The method includes alternate approaches for preparing samples for AFM imaging following biochemical manipulation. DNA containing specific protein interacting regions are observed in near-physiologic buffer conditions.

Visualisierung von rekombinanten DNA-und Protein-Komplexe mit Atomic Force Microscopy

Atomic force microscopy (AFM) allows for the visualizing of individual proteins, DNA molecules, protein-protein complexes, and DNA-protein complexes. On ...

Biosensor for Detection of Antibiotic Resistant Staphylococcus Bacteria

A structurally transformed lytic bacteriophage having a broad host range of Staphylococcus aureus strains and a penicillin-binding protein (PBP 2a) antibody conjugated latex beads have been utilized to create a biosensor designed for discrimination of methicillin resistant (MRSA) and sensitive (MSSA) S. aureus species 1,2. The lytic phages have been converted into phage spheroids by contact with water-chloroform interface. Phage spheroid monolayers have been moved onto a biosensor surface by Langmuir-Blodgett (LB) technique 3. The created biosensors have been examined by a quartz crystal microbalance with dissipation tracking (QCM-D) to evaluate bacteria-phage interactions. Bacteria-spheroid interactions led to reduced resonance frequency and a rise in dissipation energy for both MRSA and MSSA strains. After the bacterial binding, these sensors have been further exposed to the penicillin-binding protein antibody latex beads. Sensors analyzed with MRSA responded to PBP 2a antibody beads; although sensors inspected with MSSA gave no response. This experimental distinction determines an unambiguous discrimination between methicillin resistant and sensitive S. aureus strains. Equally bound and unbound bacteriophages suppress bacterial growth on surfaces and in water suspensions. Once lytic phages are changed into spheroids, they retain their strong lytic activity and show high bacterial capture capability. The phage and phage spheroids can be utilized for testing and sterilization of antibiotic resistant microorganisms. Other applications may include use in bacteriophage therapy and antimicrobial surfaces.

Lytic phage biosensors and antibody beads are able to discriminate between methicillin resistant (MRSA) and sensitive staphylococcus bacteria. The phages were immobilized by a Langmuir-Blodgett method onto a surface of a quartz crystal microbalance sensor and worked as broad range staphylococcus probes. Antibody beads recognize MRSA.

Biosensor zum Nachweis von Antibiotika-resistenten Staphylococcus Bakterien

A structurally transformed lytic bacteriophage having a broad host range of Staphylococcus aureus strains and a penicillin-binding protein (PBP 2a) ...

Measuring the Mechanical Properties of Living Cells Using Atomic Force Microscopy

Mechanical properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many biological processes including stem cell differentiation, tumor formation, and wound healing. Changes in stiffness of cells and ECM are often signs of changes in cell physiology or diseases in tissues. Hence, cell stiffness is an index to evaluate the status of cell cultures. Among the multitude of methods applied to measure the stiffness of cells and tissues, micro-indentation using an Atomic Force Microscope (AFM) provides a way to reliably measure the stiffness of living cells. This method has been widely applied to characterize the micro-scale stiffness for a variety of materials ranging from metal surfaces to soft biological tissues and cells. The basic principle of this method is to indent a cell with an AFM tip of selected geometry and measure the applied force from the bending of the AFM cantilever. Fitting the force-indentation curve to the Hertz model for the corresponding tip geometry can give quantitative measurements of material stiffness. This paper demonstrates the procedure to characterize the stiffness of living cells using AFM. Key steps including the process of AFM calibration, force-curve acquisition, and data analysis using a MATLAB routine are demonstrated. Limitations of this method are also discussed.

This paper demonstrates a protocol to characterize the mechanical properties of living cells by means of microindentation using an Atomic Force Microscope (AFM).

Messung der mechanischen Eigenschaften von lebenden Zellen mit Atomic Force Microscopy

Mechanical  properties of cells and extracellular matrix (ECM) play important roles in many  biological processes including stem cell differentiation, ...

A Novel Method for Localizing Reporter Fluorescent Beads Near the Cell Culture Surface for Traction Force Microscopy

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When the substrate is coated with an extracellular matrix protein, cells adhere to the gel and apply forces, causing the gel to deform. The deformation depends on the cell traction and the elastic properties of the gel. If the deformation field of the surface is known, surface traction can be calculated using elasticity theory. Gel deformation is commonly measured by embedding fluorescent marker beads uniformly into the gel. The probes displace as the gel deforms. The probes near the surface of the gel are tracked. The displacements reported by these probes are considered as surface displacements. Their depths from the surface are ignored. This assumption introduces error in traction force evaluations. For precise measurement of cell forces, it is critical for the location of the beads to be known. We have developed a technique that utilizes simple chemistry to confine fluorescent marker beads, 0.1 and 1 &#181;m in diameter, in PA gels, within 1.6 &#956;m of the surface. We coat a coverslip with poly-D-lysine (PDL) and fluorescent beads. PA gel solution is then sandwiched between the coverslip and an adherent surface. The fluorescent beads transfer to the gel solution during curing. After polymerization, the PA gel contains fluorescent beads on a plane close to the gel surface.

Traditional techniques for fabricating polyacrylamide (PA) gels containing fluorescent probes involve sandwiching a gel between an adherent surface and a glass slide. Here, we show that coating this slide with poly-D-lysine (PDL) and fluorescent probes localizes the probes to within 1.6 &#181;m from the gel surface.

Eine neue Methode zur Lokalisierung Reporter fluoreszierende Kügelchen In der Nähe der Zellkulturoberfläche für Traction Force Microscopy

PA gels have long been used as a platform to study cell traction forces due to ease of fabrication and the ability to tune their elastic properties. When ...

Measurement of Maximum Isometric Force Generated by Permeabilized Skeletal Muscle Fibers

Analysis of the contractile properties of chemically skinned, or permeabilized, skeletal muscle fibers offers a powerful means by which to assess muscle function at the level of the single muscle cell. Single muscle fiber studies are useful in both basic science and clinical studies. For basic studies, single muscle fiber contractility measurements allow investigation of fundamental mechanisms of force production, and analysis of muscle function in the context of genetic manipulations. Clinically, single muscle fiber studies provide useful insight into the impact of injury and disease on muscle function, and may be used to guide the understanding of muscular pathologies. In this video article we outline the steps required to prepare and isolate an individual skeletal muscle fiber segment, attach it to force-measuring apparatus, activate it to produce maximum isometric force, and estimate its cross-sectional area for the purpose of normalizing the force produced.

Analysis of the contractile properties of chemically skinned, or permeabilized, skeletal muscle fibers offers a powerful means by which to assess muscle function at the level of the single muscle cell. In this article we outline a valid and reliable technique to prepare and test permeabilized skeletal muscle fibers in vitro.

Die Messung der isometrischen Maximalkraft von permeabilisierten Skelettmuskelfasern generiert

Analysis of the contractile properties of chemically skinned, or permeabilized, skeletal muscle fibers offers a powerful means by which to assess muscle ...

Atomic Force Microscopy Imaging and Force Spectroscopy of Supported Lipid Bilayers

Atomic force microscopy (AFM) is a versatile, high-resolution imaging technique that allows visualization of biological membranes. It has sufficient magnification to examine membrane substructures and even individual molecules. AFM can act as a force probe to measure interactions and mechanical properties of membranes. Supported lipid bilayers are conventionally used as membrane models in AFM studies. In this protocol, we demonstrate how to prepare supported bilayers and characterize their structure and mechanical properties using AFM. These include bilayer thickness and breakthrough force. 
The information provided by AFM imaging and force spectroscopy help define mechanical and chemical properties of membranes. These properties play an important role in cellular processes such as maintaining cell hemostasis from environmental stress, bringing membrane proteins together, and stabilizing protein complexes.

We describe a protocol for preparation of supported lipid bilayers and its characterization using atomic force microscopy and force spectroscopy.

Rasterkraftmikroskopie und Imaging Kraftspektroskopie von unterstützten Lipiddoppelschichten

Atomic force microscopy (AFM) is a versatile, high-resolution imaging technique that allows visualization of biological membranes. It has sufficient ...

Measurement of Force-Sensitive Protein Dynamics in Living Cells Using a Combination of Fluorescent Techniques

Cells sense and respond to physical cues in their environment by converting mechanical stimuli into biochemically-detectable signals in a process called mechanotransduction. A crucial step in mechanotransduction is the transmission of forces between the external and internal environments. To transmit forces, there must be a sustained, unbroken physical linkage created by a series of protein-protein interactions. For a given protein-protein interaction, mechanical load can either have no effect on the interaction, lead to faster disassociation of the interaction, or even stabilize the interaction. Understanding how molecular load dictates protein turnover in living cells can provide valuable information about the mechanical state of a protein, in turn elucidating its role in mechanotransduction. Existing techniques for measuring force-sensitive protein dynamics either lack direct measurements of protein load or rely on the measurements performed outside of the cellular context. Here, we describe a protocol for the F&#246;rster resonance energy transfer-fluorescence recovery after photobleaching (FRET-FRAP) technique, which enables the measurement of force-sensitive protein dynamics within living cells. This technique is potentially applicable to any FRET-based tension sensor, facilitating the study of force-sensitive protein dynamics in variety of subcellular structures and in different cell types.

Here, we present a protocol for the simultaneous use of F&#246;rster resonance energy transfer-based tension sensors to measure protein load and fluorescence recovery after photobleaching to measure protein dynamics enabling the measurement of force-sensitive protein dynamics within living cells.

Messung von Kraft-und Kleinschreibung Proteindynamik in lebenden Zellen mit einer Kombination von fluoreszierenden Techniken

Cells sense and respond to physical cues in their environment by converting mechanical stimuli into biochemically-detectable signals in a process called ...