Ce travail a été soutenu par la réintégration internationale Marie Curie Grant et par la Fondation allemande Israël. Nous reconnaissons M. Yair Razvag pour l&#39;analyse AFM.

Une. L&#39;auto-assemblage de homoaromatiques Dipeptides <ol><li> Peser le peptide souhaité sous sa forme lyophilisée (par exemple, NH 2-Phe-Phe-OH, Boc-Phe-Phe-COOH) et de préparer une solution mère en dissolvant le peptide dans du 1,1,1,3,3,3-hexafluoro -2-propanol (HFP) à la concentration appropriée (par exemple 100 mg / ml de NH 2-Phe-Phe-OH et Boc-Phe-Phe-COOH) 7,17,46. </li><li> Mélanger la solution avec vortex et place sur le banc jusqu&#39;à ce que le peptide est complètement dissous et la solution semble clair (quelques minutes). </li><li> Diluer la solution de peptide de magasin, avec un solvant approprié, à la concentration appropriée (par exemple, 2 mg / ml de NH 2-Phe-Phe-OH dans de l&#39;eau distillée triple (TDW) pour la formation de nanotubes, en ajoutant 2 ul du peptide solution mère à 98 ul TDW, 5 mg / ml de Boc-Phe-Phe-COOH dans l&#39;éthanol pour la formation de structures sphériques). </li><li> Conserver la solution à température ambiante pendant 24h. </li><li> Afin d&#39;éviter toute preaggregation, préparer des solutions mères fraîches pour chaque expérience. </li></ol> 2. Co-assemblage de deux dipeptides homoaromatiques <ol><li> Préparer une solution de 50% d&#39;éthanol en mélangeant des volumes égaux d&#39;éthanol absolu et TDW. Utilisez vortex pour mélanger les deux solutions. </li><li> Peser 2 mg du peptide NH 2-Phe-Phe-OH et 1 mg du peptide Boc-Phe-Phe-OH. Dissoudre chaque peptide dans HFP à une concentration de 100 mg / ml. </li><li> Mélanger les peptides solutions d&#39;aide vortex et les placer sur le banc jusqu&#39;à ce que les peptides sont complètement dissous et les solutions semblent claires. </li><li> Mélanger les peptides solutions d&#39;actions à la proportion souhaitée. Dans cette expérience spécifique mélanger 10 ul de peptide NH2-Phe-Phe-OH avec 6 pi du peptide Boc-Phe-Phe-OH (à un rapport final de 05:03 respectivement). En raison de la forte volatilité du solvant HFP, il est recommandé de préparer une grande quantité de cette solution mère (à least 10 pi). </li><li> Utilisez vortex pour mélanger la solution stock de peptides mélangés. </li><li> Diluer la solution mère de peptides mélangés avec 50% d&#39;éthanol à la concentration finale souhaitée. Dans cette expérience particulière, de manière à obtenir une concentration finale de 5 mg / ml de NH 2-Phe-Phe-OH et 3 mg / ml de Boc-Phe-Phe-OH respectivement, ajouter 8 l de la solution mère des peptides mélangés à 92 ul de la solution d&#39;éthanol à 50%. Utiliser une pipette pour mélanger doucement la solution. </li><li> Conserver la solution à température ambiante pendant 24 heures. </li><li> Il convient de noter qu&#39;en raison de la nature très volatile du solvant, les expériences sont sensibles à de petits changements dans la concentration des peptides. Par conséquent, les solutions de base fraîches doivent être préparées pour chaque expérience. </li></ol> 3. Caractérisation des structures auto-assemblées à l&#39;aide microscopie électronique à balayage (MEB) <ol><li> Après 24 heures d&#39;incubation, appliquer une goutte de 10 ul de la solution de peptides sur une crique de verrer glissement sec et à température ambiante. </li><li> Manteau de l&#39;échantillon sur le verre avec une couche mince d&#39;or (quelques nanomètres) à l&#39;aide d&#39;une coucheuse par pulvérisation cathodique pendant 90 sec. </li><li> L&#39;image des assemblées à l&#39;aide de SEM fonctionnant à 10-20 kV. </li></ol> 4. Caractérisation des structures auto-assemblées à l&#39;aide microscopie électronique à transmission (MET) <ol><li> Placer une goutte de 10 ul de la solution de peptides sur une grille de cuivre à 200 mailles recouverte de carbone et stabilisé par un support de film polymère. </li><li> Après 1 min enlever le liquide en excès avec un papier filtre. </li><li> Préparer une solution de 2% d&#39;acétate d&#39;uranyle dans TDW. Filtrer la solution à l&#39;aide de l&#39;unité de filtre de 0,22 um. </li><li> Pour colorer l&#39;échantillon (coloration négative), déposer une goutte de 10 solution d&#39;acétate d&#39;uranyle pi sur la grille. </li><li> Après 30 sec enlever l&#39;excès de liquide avec un papier filtre. Il convient de noter que, bien que la coloration négative améliore le contraste de l&#39;image, il n&#39;est pas indispensable dans tous les cas. </li><li> L&#39;image de l&#39;échantillon sur ee grille par TEM fonctionnant à 120 kV. </li></ol> 5. Caractérisation tridimensionnelle des assemblées par microscopie à force atomique (AFM) <ol><li> Préparer un échantillon pour l&#39;analyse de l&#39;AFM en utilisant la procédure décrite au paragraphe 3.1. </li><li> Analyser l&#39;échantillon sur le verre à l&#39;aide d&#39;un instrument AFM fonctionnant en mode AC. Utilisation cantilevers de silicium avec une constante de rappel de 3 N / m et une fréquence de résonance de 75 kHz. </li><li> Commencer par balayage d&#39;une grande surface de la grille, afin de trouver la structure désirée. Puis se concentrer sur une zone spécifique plus petit et le scanner (la taille de balayage est de 2,5 um x 2,5 um pour l&#39;image incluse dans ce manuscrit). </li></ol> 6. La caractérisation de la structure secondaire par FT-IR <ol><li> Appliquer une goutte de 30 ul de la solution de peptides à une fenêtre de CaF 2. </li><li> Laisser sécher la solution à la température ambiante. </li><li> L&#39;adsorption de l&#39;eau dans le spectre IR est à 1650 cm -1.Ce pic est au centre de la bande amide I de la liaison peptidique. Il est également un pic typique pour structures α-hélicoïdale de peptides et de protéines 47. Afin de surmonter ce problème et éviter le signal de l&#39;eau, un échange hydrogène-deutérium-à doit être effectuée. Placer une goutte de l&#39;oxyde de deutérium (D 2 O) sur l&#39;échantillon de peptide séché. La chute doit être suffisamment grand pour recouvrir complètement le dépôt de peptide sur la fenêtre. </li><li> Laisser l&#39;échantillon à sécher sous vide. </li><li> Répéter les étapes 6.3 et 6.4 pour assurer un échange 2x maximale hydrogène-à-deutérium. Enregistrer l&#39;échantillon sous vide jusqu&#39;à son analyse. </li><li> Enregistrer les spectres FT-IR en utilisant un sulfate de triglycine deutéré (DTGS) de détecteur. Le système FT-IR comprend un générateur de gaz de purge, afin d&#39;empêcher l&#39;humidité dans les environs de l&#39;échantillon. Pour les échantillons de peptides courts, il est préférable d&#39;analyser l&#39;échantillon 2000 x à une résolution de 4 cm -1. Les valeurs minimales de transmittance peuvent être déterminées par la manièreftware fourni avec l&#39;instrument. </li></ol>

Les auteurs déclarent qu&#39;ils n&#39;ont aucun intérêt financier concurrents.

En résumé, ce document montre la facilité avec laquelle les assemblages à base de peptides peuvent être formés in vitro. Le procédé implique des peptides et des solvants disponibles dans le commerce, et il se produit spontanément dans les conditions ambiantes, lors de l&#39;addition d&#39;un solvant polaire pour le tube à essai. Il est essentiel d&#39;utiliser un solvant HFP comme des peptides, en raison de la faible solubilité des peptides dans d&#39;autres solvants organiques. En outre, en raison d...

formes de la nature et des structures ordonnées fonctionnelle par le processus de l&#39;auto-assemblage biomoléculaire. Comprendre les forces qui régissent ce processus spontané peut conduire à la capacité d&#39;imiter l&#39;auto-assemblage in vitro et par conséquent à des avancées majeures dans le domaine des sciences des matériaux 10,11. Peptides, en particulier, sont très prometteurs comme un bloc de construction biomoléculaire, car ils présentent grande diversité structurelle, la facilité de la synthèse chimique, et peuvent facilement être fonctionnalisés avec des entités biologiques et chimiques. Le domaine de peptide auto-assemblage a été lancée par Ghadiri et ses collègues, qui ont manifesté l&#39;auto-assemblage de nanotubes de peptides par des peptides cycliques avec une alternance de D-et L-acides aminés 12. D&#39;autres approches réussies à la conception d&#39;ensembles de peptides comprennent des peptides linéaires de bolaamphiphile 5, amphiphiles (AP) 6, les peptides non conjugués auto-complémentaires ioniques 13, les peptides de type tensioactif <sup&gt; 4,14, et deux blocs copolypeptides 15. Une approche plus récente consiste à l&#39;auto-assemblage de peptides courts aromatiques, appelé dipeptides homoaromatiques. Ces peptides comprennent seulement deux acides aminés avec la nature aromatique (par exemple, Phe-Phe, le dicarbonate de tert-butyle (Boc)-Phe-Phe) 7,8,16-21. Les structures formées par ces peptides homoaromatiques comprennent des structures tubulaires, des sphères, des assemblages en forme de feuilles et de fibres 6,8,15,21-32. Les fibres dans certains cas de générer un treillis de fibrilles qui donne un hydrogel de 33 à 37. Ces assemblées ont été exploitées pour des applications de biocapteurs, administration de médicaments, l&#39;électronique moléculaire, etc 38-45. Ce document décrit les étapes expérimentales nécessaires pour commencer l&#39;auto-assemblage spontané de peptides homoaromatiques. En outre, elle présente le processus de peptide co-assemblage. Ce processus implique l&#39;auto-assemblage de plus d&#39;un type de peptidemonomère. Notre démonstration comprend le co-assemblage de deux peptides disponibles dans le commerce: le peptide diphénylalanine (NH 2-Phe-Phe-COOH) et son analogue protégé Boc (Boc-Phe-Phe-OH). Chacun des peptides s&#39;auto-assemble en une structure supramoléculaire: les formulaires diphénylalanine peptidiques assemblages tubulaires et les Boc-Phe-Phe-OH peptides s&#39;auto-assemble en soit des sphères ou des fibres en fonction du solvant 7,17,46. Nous avons mélangé les deux peptides dans certains ratios et caractérisé les assemblées entraîné par microscopie électronique, la microscopie à force et la spectroscopie FT-IR. Les méthodes ont démontré la formation d&#39;une structure à base de peptide qui est constitué d&#39;éléments sphériques ayant un diamètre de quelques microns (1-4 um) qui sont reliées par des assemblages de forme allongée d&#39;un diamètre de quelques centaines de nanomètres (~ 300 à 800 nm) . Les assemblages ressemblent cordes perlées dans leur morphologie, les structures sphériques semblent être vissé sur leensembles allongés. Nous avons appelé donc ces ensembles &quot;colliers&quot; biomoléculaires. Les &quot;colliers biomoléculaires» pourraient servir de nouveau biomatériau, comme un agent de l&#39;administration de médicaments ou comme un échafaudage pour des applications électroniques. De plus, la procédure qui conduit à l&#39;auto-assemblage des peptides peut être utilisé avec d&#39;autres classes de peptides et de biomolécules. Elle peut conduire à une meilleure compréhension des forces impliquées dans l&#39;auto-assemblage et la formation de nouvelles structures ordonnées.

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

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

Dans la nature, des structures fonctionnelles complexes sont formés par l&#39;auto-assemblage de biomolécules dans des conditions douces. Comprendre les forces qui contrôlent l&#39;auto-assemblage et en imitant ce processus in vitro apportera des avancées majeures dans les domaines de la science des matériaux et de la nanotechnologie. Parmi les blocs de construction disponibles biologique, les peptides ont plusieurs avantages, car ils présentent une importante diversité, leur synthèse à grande échelle est simple, et ils peuvent facilement être modifiées avec des entités biologiques et chimiques 1,2. Plusieurs classes de peptides conçus comme des peptides cycliques, des peptides amphiphiles et des conjugués peptide-s&#39;auto-assembler en structures ordonnées en solution. Dipeptides homoaromatiques, sont une classe de peptides auto-assemblés courtes qui contiennent toutes les informations nécessaires moléculaire pour former des structures ordonnées telles que les nanotubes, des sphères et des fibrilles 8.3. Une grande variété de ces peptides est disponible dans le commerce. <pclass = &quot;jove_content&quot;&gt; Cet article présente une procédure qui conduit à la formation de structures ordonnées par l&#39;auto-assemblage de peptides homoaromatiques. Le protocole exige que des réactifs commerciaux et du matériel de laboratoire de base. En outre, le document décrit certaines des méthodes disponibles pour la caractérisation des assemblages à base de peptides. Ces méthodes comprennent électrons et microscopie à force atomique et Fourier spectroscopie infrarouge à transformée (FT-IR). En outre, le manuscrit montre le mélange de peptides (co-assemblage) et la formation d&#39;un «perles sur une ficelle&quot; de structure comme par ce processus. 9 Les protocoles présentés ici peuvent être adaptées à d&#39;autres classes de peptides ou des blocs de construction biologique et peuvent potentiellement conduire à la découverte de nouvelles structures à base de peptides et d&#39;un meilleur contrôle de leur assemblage.

Ce document décrit un procédé pour la formation de structures ordonnées à la nano-échelle micrométrique et par l&#39;auto-assemblage des peptides. Afin de démontrer ce processus simple, nous présentons et caractériser le co-assemblage de deux peptides aromatiques simples (figure 1). L&#39;un des peptides est la NH 2-Phe-Phe-OH (diphénylalanine) peptide, qui peut s&#39;auto-assembler en une solution aqueuse dans des structures tubulaires creuses de dimensions nanométriques 7.<...

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

Ce document décrit la formation de structures à base de peptides hautement ordonnés par le processus spontané d&#39;auto-assemblage. Le procédé utilise des peptides disponibles dans le commerce et l&#39;équipement de laboratoire commun. Cette technique peut être appliquée à une grande variété de peptides et peut conduire à la découverte de nouveaux assemblages à base de peptides.

Formation de structures ordonnées biomoléculaires par l&#39;auto-assemblage de peptides courts

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

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12.7K vues.  The Hebrew University of Jerusalem.  Ce document décrit la formation de structures à base de peptides hautement ordonnés par le processus spontané d'auto-assemblage. Le procédé utilise des peptides disponibles dans le commerce et l'équipement de laboratoire commun. Cette technique peut être appliquée à une grande variété de peptides et peut conduire à la découverte de nouveaux assemblages à base de peptides. 

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

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

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

Origami Inspired Auto-assemblage de particules à motifs et reconfigurable

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

Recherche

Chimie

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

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

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

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

La fonctionnalisation assistée par micro-ondes de poly (éthylène glycol) et peptides sur-résine pour l&#39;utilisation dans la polymérisation en chaîne et de la Formation hydrogel

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

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

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

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

Auto-assemblage de formes bidimensionnelles complexes de l&#39;ADN simple brin Tuiles

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

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

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

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

Regards sur les interactions des acides aminés et Peptides avec matériaux inorganiques à l&#39;aide d&#39;une seule molécule de travail Spectroscopy

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

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

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

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

Greffage des Nanotubes de carbone multiparois avec polystyrène pour permettre à l’auto-assemblage et morcellement anisotrope

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

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

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

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

Microscopie électronique à Transmission liquide-cellule suivi auto-assemblage des nanoparticules

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

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

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

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

Fabrication de nanocristaux micellaire sphériques et en forme de ver en combinant Electrospray, auto-assemblage et le contrôle de la Structure à base de solvant

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

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

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

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

Synthèse et caractérisation de 1, 2-Dithiolane modifiée Peptides auto-assemblage

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

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

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

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

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

Formation de luminophore dans différentes Conformations de l’albumine sérique Bovine en se liant d’or

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

Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives

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

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

Formation de carbonate de calcium en présence d'additifs biopolymères

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