Los autores reconocen (1) apoyo financiero del Departamento de Ciencia y NanoBioMedicina BK21 PLUS NBM Centro de Investigación Global de Medicina Regenerativa de la Universidad Dankook, y de la prioridad de los Centros de Investigación del Programa (N º 2009-0.093.829), financiado por la NRF, República de Corea, ( 2) las instalaciones, y la asistencia científica y técnica, del Centro Australiano de Microscopía y Microanálisis de la Universidad de Sydney. HKC agradece al Consejo de Investigación Australiano para los apoyos financieros a través de una subvención de Discovery Project (DP0985367 y DP120102778). Campeonato del Mundo agradece al Consejo de Investigación Australiano para los apoyos financieros a través de una subvención de la vinculación del proyecto (LP120200489, LP110200316).

1. Preparación de la sonda coloidal y AFM Sustrato <ol><li> Para preparar sondas coloidales, use un método previamente desarrollado por los autores. 19 <ol><li> En breve, utilizar un soporte de ángulo de 45 ° para fijar un voladizo sin punta en el ángulo específico de 45 ° (Figura 1A). </li><li> Preparar una diapositiva epoxi untando una capa delgada de epoxi en un portaobjetos de microscopio. Utilice una espátula limpia o una corriente lenta de nitrógeno para asegurar que la capa de epoxi añadido el portaobjetos de microscopio es de altura mínima. </li><li> Coloque la diapositiva epoxi a una lente de microscopio 40X óptico zoom utilizando un soporte diseñado a medida (Figura 1B). A continuación, utilice el voladizo de acercarse a la corredera epoxi y adquirir una pequeña cantidad de epoxi en el voladizo. </li><li> Repita estos pasos para adjuntar también una sola partícula de interés en el vértice de la viga (Figura 1C). </li></ol></li><li> Prepare el substrato AFM estampando par coloidaltículos sobre un cubreobjetos de AFM utilizando un adhesivo de montaje termoplástico. <ol><li> Calentar una 35 mm de hoja de la cubierta redonda a 120 ° C, y aplicar una pequeña cantidad de adhesivo a la cubreobjetos. La temperatura alta es necesaria para fundir el adhesivo termoplástico para la aplicación. </li><li> Entonces fresco, el cubreobjetos a 40 ° C antes de quitar el polvo de las partículas coloidales en la cola. NOTA: A 40 º C el pegamento se establece suficientemente que las partículas no se convertirá en incrustado en el pegamento, pero el pegamento es lo suficientemente pegajoso para asegurar que las partículas se adhieren al sustrato. </li><li> Además enfriar el cubreobjetos a TA y se utilice una corriente suave de nitrógeno para soplar las partículas no unidas en exceso. </li><li> Lavar las sustrato varias veces con el medio líquido que se utilizará para las mediciones de sonda coloidales para asegurar que todas las partículas no unidas se eliminan del sustrato. NOTA: Esto es importante para reducir los efectos de las partículas que fluyen libremente durante la medición, lo que puede interactuar con la palanca y introducir errores en los resultados. </li></ol></li></ol> 2. Montaje de la sonda coloidal, Alineación láser, y el Sistema de equilibrar <ol><li> Montar el cubreobjetos con las partículas coloidales en la mitad inferior de una celda de líquido, asegurándose de que la junta tórica quede bien asentada para evitar cualquier fuga. </li><li> Coloque una lámina transparente hidrofóbica en la platina del microscopio para protegerse de cualquier líquido que pueda fugarse durante el experimento, especialmente si sólo utiliza la mitad inferior de una celda de líquido para la medición, y colocar el celular líquido sobre la platina del microscopio. NOTA: Para simplificar se puede usar sólo la mitad inferior de una celda de líquido, ya que el sistema puede equilibrarse adecuadamente; punta - la evaporación cambia la condición de la medida y los efectos del resultado / lectura. </li><li> Conecte la sonda coloidal a la cabeza de exploración AFM y montar en el AFM. Con el software del instrumento AFM, tendrá que utilizar los mandos delel escaneo de la cabeza para llevar la punta en voladizo en el foco. NOTA: Todas las medidas de procedimiento y medidas se completaron mediante un AFM MFP-3D-Bio con el software de Asylum Research. </li><li> Para maximizar la intensidad, alinear el láser en la punta del cantilever usando los botones de ajuste adecuados en la cabeza de exploración. </li><li> Deje que el sistema se equilibre durante 5-10 minutos o hasta que el valor de deflexión se estabilice. Utilice la perilla de ajuste de desviación para que la desviación a cero o ligeramente negativo. </li><li> Después de que el sistema se equilibró en el aire, utilice el software de AFM (Panel térmico de la ventana Panel Master) térmicamente calcular los InvOLS (sensibilidad) y constante del resorte de la sonda coloidal. NOTA: Esta sensibilidad se utiliza temporalmente hasta que la verdadera sensibilidad se mide en la terminación de la medición (ver paso 4). <ol><li> Seleccione &quot;Cal Constant Spring&quot; o &quot;Cal InvOLS&quot; y luego haga clic en &quot;Captura de Datos térmica&quot;. </li><li> Una vezun pico prominente es aparente, detener la captura de datos, y haga clic para ampliar sobre el pico principal. </li><li> Haga clic en &quot;Initialize Fit&quot; seguido de &quot;ajustar los datos térmicos&quot;, para obtener los valores InvOLS constante de elasticidad calculado automáticamente o. </li></ol></li><li> Poco a poco agregue 2 ml del medio líquido a la célula líquida utilizando una jeringa y asegúrese de que no hay burbujas en todo el voladizo. Volver a alinear el láser, ya que el índice de refracción del medio ahora ha cambiado, y una vez más se equilibre el sistema que permite el valor de deflexión que se estabilice antes de ajustar la deflexión de nuevo a cero. NOTA: Si no existe una gran diferencia de temperatura entre el ambiente y líquido, el equilibrio se necesitará más tiempo. </li></ol> 3. Imaging y Adquisición de Datos <ol><li> Ajuste el tamaño de escaneo inicial a 20 micras, velocidad de exploración a 1 Hz, ángulo de lectura de 90 °, ajuste el punto a 0,2 V y obtener un análisis de la muestra. Ajuste la ganancia según sea necesario para obtener la traza superpuestay volver sobre las curvas. </li><li> Una vez que se encuentre una partícula de interés, alejar inmediatamente sobre esa partícula para limitar las interacciones sonda extendida con el sustrato antes de obtener las mediciones de volumen vigor. </li><li> Una vez que el zoom, adquirir una imagen suficiente de una sola partícula o porción de una sola partícula. A continuación, cambie al panel de la Fuerza en el software. Traiga la barra de posición de color rojo a la posición más alta, ajuste la distancia vigor a 5 micras, velocidad de barrido a 0,1 Hz, canal de disparo a ninguno y llevar a cabo una sola medida de fuerza. Asegúrese de que la sonda no hace contacto con el sustrato. </li><li> En el gráfico de medición único obtenido, calcular la línea de deflexión virtuales haciendo clic derecho sobre la ventana de gráfico y seleccionando la opción &quot;Calcular Virtual Line Def&quot;. Esto automáticamente calculará la deflexión virtual y actualizar el valor según sea necesario dentro del software. </li><li> Cambie el canal de disparo a la deflexión y establecer el punto de disparo a 20 nm. Ajuste la fuerza distción a 1 micras y ajustar la velocidad de exploración como desee dependiendo de las fuerzas medidas de interés. </li><li> Para ajustar manualmente el valor de la desviación óptica inversa Lever Sensibilidad (InvOLS) en el Panel de Revisión de la Fuerza después de la realización de 2-3 mediciones de fuerza única preliminares consecutivos. <ol><li> Llevar a cabo una medición de la fuerza única, haga clic en el botón &quot;Review&quot; en el panel de la Fuerza que se abre un panel maestro Fuerza. </li><li> Resalte la medición de la fuerza que se realizó. En el marco del &quot;Eje&quot; partida asegurar que sólo &quot;DeflV&quot; está marcada. Cambie el campo de entrada &quot;Eje X&quot; a &quot;septiembre&quot; utilizando el menú desplegable y haga clic en &quot;hacer gráfico.&quot; </li><li> Haga clic en la pestaña &quot;Parm&quot; en el panel principal de la Fuerza y ​​ajustar el valor de &quot;InvOLS&quot; hasta que la zona de contacto de la gráfica es completamente vertical. Luego rellenar este valor en el campo &quot;DEFL InvOLS&quot;, ubicado debajo de la Cal60; subpestaña en la pestaña de la Fuerza se encuentra en la ventana principal del Panel Maestro. </li><li> Repita este 2-3 veces para asegurar que el valor InvOLS no cambia significativamente. </li></ol></li><li> Ahora que todos los parámetros se han establecido, asegúrese de que el nivel medio líquido es aún suficiente y que la desviación sigue siendo estable. NOTA: En este momento, las curvas de fuerza única o mapas de fuerza se pueden obtener. Si se desean mediciones de fuerza de permanencia, las opciones de permanencia se puede acceder en el Panel de Tareas. </li></ol> 4. Post-sintonización de sensibilidad para el análisis <ol><li> Después de la finalización de la adquisición de medición, medir la verdadera sensibilidad de la sonda coloidal. Para hacer esto, llevar a cabo una medición de la fuerza utilizando una cantidad relativamente grande de deflexión / fuerza con la sonda coloidal en el mismo medio líquido contra un &quot;infinitamente&quot; superficie dura, tal como la mica. NOTA: La sensibilidad se obtuvo después de la finalización de los experimentos debido a que la gran desviación / fuerza puede dañar Colloidal sondas preparadas con coloides porosos o frágiles. </li><li> La pendiente de la zona de contacto es utilizado por el software para calcular automáticamente la sensibilidad (Figura 2). Utilice este valor verdadero de la sensibilidad durante el análisis de los datos de todas las curvas obtenidas usando que la sonda coloidal en particular. </li></ol>

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T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+pH+on+yeast+immobilization+on+polystyrene+surfaces+modified+by+energetic+ion+bombardment.">Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 104, 145-152 (2013).</li><li>Page, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+the+adhesion+of+Staphylococcus+aureus+to+coated+glass+substrates.">Study of the adhesion of Staphylococcus aureus to coated glass substrates.</a> Journal of materials science. 46, 6355-6363 (2011).</li><li>Binnig, G., Quate, C. 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J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+electrostatic,+van+der+Waals,+and+hydration+forces+in+electrolyte+solutions+with+an+atomic+force+microscope.">Measuring electrostatic, van der Waals, and hydration forces in electrolyte solutions with an atomic force microscope.</a> Biophysical Journal. 60, 1438-1444 (1991).</li><li>Johnson, K., Kendall, K., Roberts, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+energy+and+the+contact+of+elastic+solids.">Surface energy and the contact of elastic solids.</a> Proceedings of the Royal Society of London. A. Mathematical and Physical Sciences. 324, 301-313 (1971).</li><li>Deraguin, B., Landau, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+the+stability+of+strongly+charged+lyophobic+sols+and+of+the+adhesion+of+strongly+charged+particles+in+solution+of+electrolytes.">Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solution of electrolytes.</a> Acta Physicochim: USSR. 14, 633-662 (1941).</li><li>Derjaguin, B., Muller, V., Toporov, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+contact+deformations+on+the+adhesion+of+particles.">Effect of contact deformations on the adhesion of particles.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 53, 314-326 (1975).</li><li>Verwey, E. J. W., Overbeek, J. T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+the+stability+of+lyophobic+colloids.">Theory of the stability of lyophobic colloids.</a> DoverPublications.com, doi:10.1021/j150453a001. , (1999).</li><li>Kappl, M., Butt, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+colloidal+probe+technique+and+its+application+to+adhesion+force+measurements.">The colloidal probe technique and its application to adhesion force measurements.</a> Particle &amp; Particle Systems Characterization. 19, 129-143 (2002).</li><li>Tran, C. T., Kondyurin, A., Chrzanowski, W., Bilek, M. M., McKenzie, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+pH+on+yeast+immobilization+on+polystyrene+surfaces+modified+by+energetic+ion+bombardment.">Influence of pH on yeast immobilization on polystyrene surfaces modified by energetic ion bombardment.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. , (2012).</li><li>Sa, D. J., de Juan Pardo, E. M., de Las Rivas Astiz, R., Sen, S., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+indentational+elasticity+measurements+of+hydrogel+extracellular+matrix+substrates.">High-throughput indentational elasticity measurements of hydrogel extracellular matrix substrates.</a> Applied Physics Letters. 95, 063701-063701 (2009).</li><li>Zauscher, S., Klingenberg, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Friction+between+cellulose+surfaces+measured+with+colloidal+probe+microscopy.">Friction between cellulose surfaces measured with colloidal probe microscopy.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 178, 213-229 (2001).</li><li>Sa, D., Chan, H. -. K., Chrzanowski, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Attachment+of+Micro-+and+Nano-particles+on+Tipless+Cantilevers+for+Colloidal+Probe+Microscopy.">Attachment of Micro- and Nano-particles on Tipless Cantilevers for Colloidal Probe Microscopy.</a> International Journal of Colloid and Interface. , (2014).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Varias fuentes de inestabilidad presentes en líquido nanoscopía sonda coloidal sistema pueden ser fácilmente mitigados a través de los procedimientos adecuados de equilibrio. Inestabilidades como se discutió anteriormente en el resultado resultados erróneos y las curvas de fuerza que son más difíciles de analizar objetivamente. Si todas las fuentes de inestabilidad se han tendido y gráficos similares a la mostrada en la Figura 4 están todavía presentes, otro parámetro de medición puede ser ...

Microscopía de fuerza atómica (AFM) es una técnica que permite obtener imágenes cualitativa y cuantitativa de sondeo y de una superficie de material. 4-6 Tradicionalmente, AFM se utiliza para la evaluación de la topografía de la superficie, la morfología y la estructura de los materiales multifásicos. AFM tiene la capacidad de evaluar cuantitativamente las interacciones a escala nanométrica, como las fuerzas de carga, de atracción, de repulsión y de adhesión entre una sonda y el sustrato específico en el aire y el medio líquido. 7,8 La AFM desarrollado originalmente por Binning, Quate y Gerber 9 usos una sonda de conocidos / determinada sensibilidad y constante del resorte de acercarse y / o escanear una muestra. Debido a las interacciones físicas entre la sonda y la muestra, el voladizo se desvía durante el contacto o la proximidad y en función del modo de funcionamiento, esta desviación puede ser traducido para adquirir la topografía de las fuerzas presentes entre la sonda y la muestra de muestra o medida. Las modificaciones de la técnica AFMQue, como nanoscopía sonda coloidal, 10 han permitido científico para evaluar directamente las interacciones nano-fuerza entre dos materiales presentes en un sistema coloidal de interés. En nanoscopía sonda coloidal, una partícula esférica de elección está unido a la cúspide de un voladizo, la sustitución de las puntas tradicionales cónicos y piramidales. Una partícula esférica es ideal para permitir la comparación con los modelos teóricos como el de Johnson, Kendal, Roberts (JKR) 11 y Derjaguin, Landau, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 teorías y reducir al mínimo la influencia de la rugosidad de la superficie en la medición. 15 Estas teorías se utilizan para definir la mecánica de contacto y las fuerzas entre las partículas esperados dentro de un sistema coloidal. La teoría DLVO combina las fuerzas de van der Waals atractiva y fuerzas electrostáticas repulsivas (debido a las capas dobles eléctricas) para explicar cuantitativamente el comportamiento de agregación de los sistemas coloidales acuosas, mientras que la JTeoría KR incorpora el efecto de la presión de contacto y la adherencia para modelar el contacto elástico entre dos componentes. Una vez que se produce una sonda apropiada, que se utiliza para acercarse a cualquier otro material / partículas para evaluar las fuerzas entre los dos componentes. Usando una punta estándar fabricado uno será capaz de medir fuerzas interactivas entre esa punta y un material de elección, pero la ventaja de utilizar una sonda coloidal por encargo permite la medición de las fuerzas presentes entre los materiales presentes en el sistema estudiado. Interacciones medibles incluyen:.. Adhesiva, atractivo, repulsivo, cargo, y las fuerzas electrostáticas presentes incluso entre las partículas 16 Por otra parte, la técnica de la sonda coloidal se puede utilizar para explorar las fuerzas tangenciales presentes entre las partículas y la elasticidad material de 17,18 La capacidad para llevar a cabo mediciones en diferentes medios de comunicación es una de las principales ventajas de nanoscopía sonda coloidal. Condiciones ambientales, líquido media, o condiciones de humedad controlada se pueden usar para imitar las condiciones ambientales del sistema estudiado. La capacidad para llevar a cabo mediciones en un medio líquido permite el estudio de sistemas coloidales en un entorno que se produce naturalmente; por lo tanto, ser capaz de adquirir cuantitativamente datos directamente traducible al sistema en su estado natural. Por ejemplo, las interacciones de partículas presentes en los inhaladores de dosis medidas (IDM) se pueden estudiar usando un propelente líquido modelo con propiedades similares a las del propulsor utilizado en los IDM. Las mismas interacciones medida en el aire no sería representativa de la existente en el sistema de inhalador. Además, el medio líquido puede ser modificado para evaluar el efecto de la entrada de humedad, un tensioactivo secundario, o la temperatura en las interacciones de las partículas en un MDI. La capacidad para controlar la temperatura se puede utilizar para imitar ciertos pasos en la fabricación de sistemas coloidales para evaluar cómo la temperatura ya sea en la fabricación de oalmacenamiento de los sistemas coloidales puede tener un impacto en las interacciones de partículas. Las mediciones que se pueden obtener utilizando sondas coloidales incluyen; Escaneo Topografía, curvas fuerza-distancia individuales, los mapas de adhesión vigor distancia, y habitar las mediciones de fuerza-distancia. Los parámetros clave que son medidos por el método de nanoscopía sonda coloidal se presenta en este documento incluyen los valores de energía de separación snap-in, carga máxima, y. Snap-in es una medida de las fuerzas de atracción, max cargar el valor de la fuerza máxima adhesión, y la energía de separación transmite la energía necesaria para retirar la partícula de contacto. Estos valores pueden ser medidos a través de mediciones instantáneas o fuerza de permanencia. Dos diferentes tipos de medidas de permanencia incluyen deflexión y la sangría. La longitud y el tipo de medición de permanencia se pueden elegir específicamente para imitar las interacciones específicas que están presentes dentro de un sistema de interés. Un ejemplo es el uso de permanencia deformación - que poseelas muestras que están en contacto con un valor de deflexión deseada - para evaluar las uniones adhesivas que se desarrollan en los agregados formados en dispersiones. Las uniones adhesivas formadas se pueden medir como una función del tiempo y pueden dar una idea de las fuerzas requeridas para redispersar los agregados después de un almacenamiento prolongado. La gran cantidad de datos que se pueden obtener con este método es una prueba de la versatilidad del método.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="782">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:179px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Double-Bubble Epoxy</td>
			<td style="width:179px;">Hardman</td>
			<td style="width:119px;">4004</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Veeco Tipless Probes</td>
			<td style="width:179px;">Veeco</td>
			<td style="width:119px;">NP-O10&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Porous Particles</td>
			<td style="width:179px;">Pearl Therapeutics</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Atomic Force Microscope (MFP)</td>
			<td style="width:179px;">Asylum&#160;</td>
			<td style="width:119px;">MFP-3D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">SPIP Scanning Probe Image Processor Software</td>
			<td style="width:179px;">NanoScience&#160; Instruments</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">35 mm Coverslips</td>
			<td style="width:179px;">Asylum</td>
			<td style="width:119px;">504.003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Tempfix</td>
			<td style="width:179px;">Ted Pella. Inc.</td>
			<td style="width:119px;">16030</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative and qualitative examination of particle-particle interactions using colloidal probe nanoscopy

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate using the Atomic Force Microscope (AFM), can provide key insights into physical interactions present within colloidal systems. Colloidal systems are widely existent in several applications including, pharmaceuticals, foods, paints, paper, soil and minerals, detergents, printing and much more.1-3 Furthermore, colloids can exist in many states such as emulsions, foams and suspensions. Using colloidal probe nanoscopy one can obtain key information on the adhesive properties, binding energies and even gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of the colloids present within. Additionally, colloidal probe nanoscopy can be used with biological cells to aid in drug discovery and formulation development. In this paper we describe a method for conducting colloidal probe nanoscopy, discuss key factors that are important to consider during the measurement, and show that both quantitative and qualitative data that can be obtained from such measurements.

Sistemas coloidales líquidos se utilizan para varios sistemas de liberación de fármacos farmacéuticos. Para la administración de fármacos por inhalación, un sistema coloidal común es la suspensión inhalador de dosis medidas presurizado (pMDI). Interacciones de las partículas presentes en el pMDI desempeñan un papel vital en la formulación de la estabilidad física, el almacenamiento, y la uniformidad de administración de fármacos. En este manuscrito, se evaluaron las fuerzas entre partículas entre las par...

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Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems.

El examen cuantitativo y cualitativo de las interacciones entre partículas Uso coloidal Sonda Nanoscopia

Colloidal Probe Nanoscopy (CPN), the study of the nano-scale interactive forces between a specifically prepared colloidal probe and any chosen substrate ...

quantitative-qualitative-examination-particle-particle-interactions

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.9K vistas.  University of Sydney. Colloidal probe nanoscopy can be used within a variety of fields to gain insight into the physical stability and coagulation kinetics of colloidal systems and aid in drug discovery and formulation sciences using biological systems. The method described within provides a quantitative and qualitative means to study such systems. 

Video: Quantitative and Qualitative Examination of Particle-particle Interactions Using Colloidal Probe Nanoscopy

Qualitative Identification of Carboxylic Acids, Boronic Acids, and Amines Using Cruciform Fluorophores

Molecular cruciforms are X-shaped systems in which two conjugation axes intersect at a central core. If one axis of these molecules is substituted with electron-donors, and the other with electron-acceptors, cruciforms&#39; HOMO will localize along the electron-rich and LUMO along the electron-poor axis. This spatial isolation of cruciforms&#39; frontier molecular orbitals (FMOs) is essential to their use as sensors, since analyte binding to the cruciform invariably changes its HOMO-LUMO gap and the associated optical properties. Using this principle, Bunz and Miljani&#263; groups developed 1,4-distyryl-2,5-bis(arylethynyl)benzene and benzobisoxazole cruciforms, respectively, which act as fluorescent sensors for metal ions, carboxylic acids, boronic acids, phenols, amines, and anions. The emission colors observed when these cruciform are mixed with analytes are highly sensitive to the details of analyte&#39;s structure and - because of cruciforms&#39; charge-separated excited states - to the solvent in which emission is observed. Structurally closely related species can be qualitatively distinguished within several analyte classes: (a) carboxylic acids; (b) boronic acids, and (c) metals. Using a hybrid sensing system composed from benzobisoxazole cruciforms and boronic acid additives, we were also able to discern among structurally similar: (d) small organic and inorganic anions, (e) amines, and (f) phenols. The method used for this qualitative distinction is exceedingly simple. Dilute solutions (typically 10-6 M) of cruciforms in several off-the-shelf solvents are placed in UV/Vis vials. Then, analytes of interest are added, either directly as solids or in concentrated solution. Fluorescence changes occur virtually instantaneously and can be recorded through standard digital photography using a semi-professional digital camera in a dark room. With minimal graphic manipulation, representative cut-outs of emission color photographs can be arranged into panels which permit quick naked-eye distinction among analytes. For quantification purposes, Red/Green/Blue values can be extracted from these photographs and the obtained numeric data can be statistically processed.

Cross-conjugated cruciform fluorophores based on 1,4-distyryl-2,5-bis(arylethynyl)benzene and benzobisoxazole nuclei can be used to qualitatively identify diverse Lewis acidic and Lewis basic analytes. This method relies on the differences in emission colors of the cruciforms that are observed upon analyte addition. Structurally closely related species can be distinguished from each other.

Identificación cualitativa de los ácidos carboxílicos, ácidos bórico y Aminas Utilizando fluoróforos cruciformes

Molecular cruciforms are X-shaped systems in which two conjugation axes intersect at a central core. If one axis of these molecules is substituted with ...

Investigación

Química

Quantitative Proteomics Using Reductive Dimethylation for Stable Isotope Labeling

Stable isotope labeling of peptides by reductive dimethylation (ReDi labeling) is a method to accurately quantify protein expression differences between samples using mass spectrometry. ReDi labeling is performed using either regular (light) or deuterated (heavy) forms of formaldehyde and sodium cyanoborohydride to add two methyl groups to each free amine. Here we demonstrate a robust protocol for ReDi labeling and quantitative comparison of complex protein mixtures. Protein samples for comparison are digested into peptides, labeled to carry either light or heavy methyl tags, mixed, and co-analyzed by LC-MS/MS. Relative protein abundances are quantified by comparing the ion chromatogram peak areas of heavy and light labeled versions of the constituent peptide extracted from the full MS spectra. The method described here includes sample preparation by reversed-phase solid phase extraction, on-column ReDi labeling of peptides, peptide fractionation by basic pH reversed-phase (BPRP) chromatography, and StageTip peptide purification. We discuss advantages and limitations of ReDi labeling with respect to other methods for stable isotope incorporation. We highlight novel applications using ReDi labeling as a fast, inexpensive, and accurate method to compare protein abundances in nearly any type of sample.

Stable isotope labeling of peptides by reductive dimethylation (ReDi labeling) is a rapid, inexpensive strategy for accurate mass spectrometry-based quantitative proteomics. Here we demonstrate a robust method for preparation and analysis of protein mixtures using the ReDi approach that can be applied to nearly any sample type.

Proteómica cuantitativos utilizando reductiva dimethylation de isótopos estables de etiquetado

Stable isotope labeling of peptides by reductive dimethylation (ReDi labeling) is a method to accurately quantify protein expression differences between ...

Synthesis and Purification of Iodoaziridines Involving Quantitative Selection of the Optimal Stationary Phase for Chromatography

The highly diastereoselective preparation of cis-N-Ts-iodoaziridines through reaction of diiodomethyllithium with N-Ts aldimines is described. Diiodomethyllithium is prepared by the deprotonation of diiodomethane with LiHMDS, in a THF/diethyl ether mixture, at -78 &#176;C in the dark. These conditions are essential for the stability of the LiCHI2 reagent generated. The subsequent dropwise addition of N-Ts aldimines to the preformed diiodomethyllithium solution affords an amino-diiodide intermediate, which is not isolated. Rapid warming of the reaction mixture to 0 &#176;C promotes cyclization to afford iodoaziridines with exclusive cis-diastereoselectivity. The addition and cyclization stages of the reaction are mediated in one reaction flask by careful temperature control.
Due to the sensitivity of the iodoaziridines to purification, assessment of suitable methods of purification is required. A protocol to assess the stability of sensitive compounds to stationary phases for column chromatography is described. This method is suitable to apply to new iodoaziridines, or other potentially sensitive novel compounds. Consequently this method may find application in range of synthetic projects. The procedure involves firstly the assessment of the reaction yield, prior to purification, by 1H NMR spectroscopy with comparison to an internal standard. Portions of impure product mixture are then exposed to slurries of various stationary phases appropriate for chromatography, in a solvent system suitable as the eluent in flash chromatography. After stirring for 30 min to mimic chromatography, followed by filtering, the samples are analyzed by 1H NMR spectroscopy. Calculated yields for each stationary phase are then compared to that initially obtained from the crude reaction mixture. The results obtained provide a quantitative assessment of the stability of the compound to the different stationary phases; hence the optimal can be selected. The choice of basic alumina, modified to activity IV, as a suitable stationary phase has allowed isolation of certain iodoaziridines in excellent yield and purity.

A protocol for the diastereoselective one-pot preparation of cis-N-Ts-iodoaziridines is described. The generation of diiodomethyllithium, addition to N-Ts aldimines and cyclization of the amino gem-diiodide intermediate to iodoaziridines is demonstrated. Also included is a protocol to rapidly and quantitatively assess the most appropriate stationary phase for purification by chromatography.

Síntesis y purificación de Iodoaziridines Involucrar cuantitativa Selección de la fase estacionaria óptima para cromatografía

The highly diastereoselective preparation of cis-N-Ts-iodoaziridines through reaction of diiodomethyllithium with N-Ts aldimines is described. ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and engineers. Growth of such anisotropic nanocrystals through a simple chemical method is a challenging task. In this study, we fabricate discotic nanodisks of zirconium phosphate [Zr(HPO4)2&#183;H2O] as a model material using hydrothermal, reflux and microwave-assisted methods. Growth of crystals is controlled by duration time, temperature, and concentration of reacting species. The novelty of the adopted methods is that discotic crystals of size ranging from hundred nanometers to few micrometers can be obtained while keeping the polydispersity well within control. The layered discotic crystals are converted to monolayers by exfoliation with tetra-(n)-butyl ammonium hydroxide [(C4H9)4NOH, TBAOH]. Exfoliated disks show isotropic and nematic liquid crystal phases. Size and polydispersity of disk suspensions is highly important in deciding their phase behavior.

A two dimensional model material of discotic zirconium phosphate was developed. The inorganic crystal with lamellar structure was synthesized by hydrothermal, reflux, and microwave-assisted methods. On exfoliation with organic molecules, layered crystals can be converted to monolayers, and nematic liquid crystal phase was formed at sufficient concentration of monolayers.

Síntesis y exfoliación de Discotic circonio fosfatos para obtener cristales líquidos coloidal

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

A Quantitative Glycomics and Proteomics Combined Purification Strategy

There is a growing desire in the biological and clinical sciences to integrate and correlate multiple classes of biomolecules to unravel biology, define pathways, improve treatment, understand disease, and aid biomarker discovery. N-linked glycosylation is one of the most important and robust post-translational modifications on proteins and regulates critical cell functions such as signaling, adhesion, and enzymatic function. Analytical techniques to purify and analyze N-glycans have remained relatively static over the last decade. While accurate and effective, they commonly require significant expertise and resources. Though some high-throughput purification schemes have been developed, they have yet to find widespread adoption and often rely on the enrichment of glycopeptides. One promising method, developed by Thomas-Oates et al., filter aided N-glycan separation (FANGS), was qualitatively demonstrated on tissues. Herein, we adapted FANGS to plasma and coupled it to the individuality normalization when labeling with glycan hydrazide tags strategy in order to achieve accurate relative quantification by liquid chromatography mass spectrometry and enhanced electrospray ionization. Furthermore, we designed new functionality to the protocol by achieving tandem, shotgun proteomics and glycosylation site analysis on hen plasma. We showed that N-glycans purified on filter and derivatized by hydrophobic hydrazide tags were comparable in terms of abundance and class to those by solid phase extraction (SPE); the latter is considered a gold standard in the field. Importantly, the variability in the two protocols was not statistically different. Proteomic data that was collected in-line with glycomic data had the same depth compared to a standard trypsin digest. Peptide deamidation is minimized in the protocol, limiting non-specific deamidation detected at glycosylation motifs. This allowed for direct glycosylation site analysis, though the protocol can accommodate 18O site labeling as well. Overall, we demonstrated a new in-line high-throughput, unbiased, filter based protocol for quantitative glycomics and proteomics analysis.

A high-throughput protocol was developed for combined proteomics and glycomics purification and LC-MS/MS quantification in plasma. Deamidation analysis of N-linked glycosylation motifs was specific to deglycosylated sites. Accurate quantitation of N-glycans was achieved by coupling filter aided N-glycan separation to the individuality normalization when labeling with glycan hydrazide tags strategy.

Un Glicómica cuantitativa y Proteómica estrategia de purificación combinada

There is a growing desire in the biological and clinical sciences to integrate and correlate multiple classes of biomolecules to unravel biology, define ...

Standards for Quantitative Metalloproteomic Analysis Using Size Exclusion ICP-MS

Metals are essential for protein function as cofactors to catalyze chemical reactions. Disruption of metal homeostasis is implicated in a number of diseases including Alzheimer's and Parkinson's disease, but the exact role these metals play is yet to be fully elucidated. Identification of metalloproteins encounters many challenges and difficulties. Here we report an approach that allows metalloproteins in complex samples to be quantified. This is achieved using size exclusion chromatography coupled with inductively coupled plasma - mass spectrometry (SEC-ICP-MS). Using six known metalloproteins, the size exclusion column can be calibrated and the respective trace elements (iron, copper, zinc, cobalt, iodine) can be used for quantification. SEC-ICP-MS traces of human brain and plasma are presented. The use of these metalloprotein standards provides the means to quantitatively compare metalloprotein abundances between biological samples. This technique is poised to help shed light on the role of metalloproteins in neurodegenerative disease as well as other diseases where imbalances in trace elements are implicated.

Size exclusion chromatography hyphenated with inductively coupled plasma - mass spectrometry (ICP-MS) is a powerful tool to measure changes in the abundance of metalloproteins directly from biological samples. Here we describe a set of metalloprotein standards used to estimate molecular mass and the amount of metal associated with unknown proteins.

Estándares para el Análisis Cuantitativo de Metalloproteomic Uso de exclusión por tamaños ICP-MS

Metals are essential for protein function as cofactors to catalyze chemical reactions. Disruption of metal homeostasis is implicated in a number of ...

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.

Miradas en torno a las interacciones de los aminoácidos y péptidos con materiales inorgánicos Uso de una sola molécula de la Fuerza Espectroscopia

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

Facet-to-facet Linking of Shape-anisotropic Colloidal Cadmium Chalcogenide Nanostructures

Here, we describe a protocol that allows for shape-anisotropic cadmium chalcogenide nanocrystals (NCs), such as nanorods (NRs) and tetrapods (TPs), to be covalently and site-specifically linked via their end facets, resulting in polymer-like linear or branched chains. The linking procedure begins with a cation-exchange process in which the end facets of the cadmium chalcogenide NCs are first converted to silver chalcogenide. This is followed by the selective removal of ligands at their surface. This results in cadmium chalcogenide NCs with highly reactive silver chalcogenide end facets that spontaneously fuse upon contact with each other, thereby establishing an interparticle facet-to-facet attachment. Through the judicious choice of precursor concentrations, an extensive network of linked NCs can be produced. Structural characterization of the linked NCs is carried out via low- and high-resolution transmission electron microscopy (TEM), as well as energy-dispersive X-ray spectroscopy, which confirm the presence of silver chalcogenide domains between chains of cadmium chalcogenide NCs.

A protocol detailing how shape-anisotropic colloidal cadmium chalcogenide nanocrystals can be covalently linked via their end facets is presented here.

Faceta a faceta vincular de forma anisotrópica cadmio coloidal calcógeno nanoestructuras

Here, we describe a protocol that allows for shape-anisotropic cadmium chalcogenide nanocrystals (NCs), such as nanorods (NRs) and tetrapods (TPs), to be ...

Photodeposition of Pd onto Colloidal Au Nanorods by Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot electrons upon SPR irradiation drive reductive deposition of Pd on colloidal AuNR in the presence of [PdCl4]2-. Plasmon-driven reduction of secondary metals potentiates covalent, sub-wavelength deposition at targeted locations coinciding with electric field &#8220;hot-spots&#8221; of the plasmonic substrate using an external field (e.g., laser). The process described herein details a solution-phase deposition of a catalytically-active noble metal (Pd) from a transition metal halide salt (H2PdCl4) onto aqueously-suspended, anisotropic plasmonic structures (AuNR). The solution-phase process is amenable to making other bimetallic architectures. Transmission UV-vis monitoring of the photochemical reaction, coupled with ex situ XPS and statistical TEM analysis, provide immediate experimental feedback to evaluate properties of the bimetallic structures as they evolve during the photocatalytic reaction. Resonant plasmon irradiation of AuNR in the presence of [PdCl4]2- creates a thin, covalently-bound Pd0 shell without any significant dampening effect on its plasmonic behavior in this representative experiment/batch. Overall, plasmonic photodeposition offers an alternative route for high-volume, economical synthesis of optoelectronic materials with sub-5 nm features (e.g., heterometallic photocatalysts or optoelectronic interconnects).

A protocol for anisotropic photodeposition of Pd onto aqueously-suspended Au nanorods via localized surface plasmon excitation is presented.

Fotodeposición de Pd en Colloidal Au Nanorods por Surface Plasmon Excitation

A protocol is described to photocatalytically guide Pd deposition onto Au nanorods (AuNR) using surface plasmon resonance (SPR). Excited plasmonic hot ...

Facile Synthesis of Colloidal Lead Halide Perovskite Nanoplatelets via Ligand-Assisted Reprecipitation

In this work, we demonstrate a facile method for colloidal lead halide perovskite nanoplatelet synthesis (Chemical formula: L2[ABX3]n-1BX4, L: butylammonium and octylammonium, A: methylammonium or formamidinium, B: lead, X: bromide and iodide, n: number of [BX6]4- octahedral layers in the direction of nanoplatelet thickness) via ligand-assisted reprecipitation. Individual perovskite precursor solutions are prepared by dissolving each nanoplatelet constituent salt in N,N-dimethylformamide (DMF), which is a polar organic solvent, and then mixing in specific ratios for targeted nanoplatelet thickness and composition. Once the mixed precursor solution is dropped into nonpolar toluene, the abrupt change in the solubility induces the instantaneous crystallization of nanoplatelets with surface-bound alkylammonium halide ligands providing colloidal stability. Photoluminescence and absorption spectra reveal emissive and strongly quantum-confined features. X-ray diffraction and transmission electron microscopy confirm the two-dimensional structure of the nanoplatelets. Furthermore, we demonstrate that the band gap of perovskite nanoplatelets can be continuously tuned in the visible range by varying the stoichiometry of the halide ion(s). Lastly, we demonstrate the flexibility of the ligand-assisted reprecipitation method by introducing multiple species as surface-capping ligands. This methodology represents a simple procedure for preparing dispersions of emissive 2D colloidal semiconductors.

This work demonstrates facile room-temperature synthesis of colloidal quantum-confined lead halide perovskite nanoplatelets by ligand-assisted reprecipitation method. Synthesized nanoplatelets show spectrally narrow optical features and continuous spectral tunability throughout the visible range by varying the composition and thicknesses.