Les auteurs reconnaissent (1) soutien financier du ministère de la Science et Nanobiomedical PLUS NBM Global Research Center BK21 pour la médecine régénérative à l&#39;Université Dankook, et de la priorité du programme des centres de recherche (n ° 2009-0093829) financé par la NRF, République de Corée, ( 2) les installations et l&#39;assistance scientifique et technique, du Centre australien pour la microscopie et de microanalyse de l&#39;Université de Sydney. HKC est reconnaissant au Conseil australien de la recherche pour le soutien financier par le biais d&#39;une subvention de projet de découverte (DP0985367 &amp; DP120102778). CM est reconnaissant au Conseil australien de la recherche pour le soutien financier par le biais d&#39;une subvention de projet de liaison (LP120200489, LP110200316).

1. Préparation de la sonde colloïdale et AFM Substrat <ol><li> Pour préparer des sondes colloïdales, utiliser une méthode développée précédemment par les auteurs. 19 <ol><li> En bref, utiliser un porte-angle de 45 ° pour fixer un porte à faux sans pointe à l&#39;angle spécifique de 45 ° (figure 1A). </li><li> Préparer une lame d&#39;époxy en enduisant une couche mince de résine époxy sur une lame de microscope. Utiliser une spatule propre ou un lent courant d&#39;azote afin d&#39;assurer que la couche d&#39;époxy ajouté à la lame de microscope est de hauteur minimale. </li><li> Fixez la glissière époxy à une lentille optique de microscope zoom 40X en utilisant un support conçu sur mesure (figure 1B). Ensuite, utilisez la console d&#39;aborder la diapositive époxy et d&#39;acquérir une petite quantité d&#39;époxy sur la poutre. </li><li> Répétez ces étapes pour joindre également une seule particule d&#39;intérêt au sommet de la poutre (figure 1C). </li></ol></li><li> Préparer le substrat de l&#39;AFM en apposant colloïdale parcles sur une lamelle de l&#39;AFM en utilisant un adhésif de fixation thermoplastique. <ol><li> Chauffer à 35 mm de diamètre lamelle à 120 ° C, et appliquez une petite quantité d&#39;adhésif à la lamelle. La température élevée est nécessaire pour faire fondre l&#39;adhésif thermoplastique pour l&#39;application. </li><li> Puis refroidir, la lamelle couvre-objet de 40 ° C avant de poudrage des particules colloïdales sur la colle. NOTE: A 40 ° C la colle est suffisamment défini que les particules ne seront pas s&#39;incruster dans la colle, mais la colle est suffisamment collante pour faire en sorte que les particules adhèrent au substrat. </li><li> Refroidir davantage la lamelle à la température ambiante et d&#39;utiliser un léger courant d&#39;azote pour souffler les particules seules excédentaires. </li><li> Laver plusieurs fois le substrat avec le milieu liquide qui sera utilisé pour les mesures de la sonde colloïdales afin de s&#39;assurer que toutes les particules seules sont retirés à partir du substrat. NOTE: Il est important de réduire les effets de particules à écoulement libre au cours de la mesure, qui peut entreagir avec le cantilever et d&#39;introduire des erreurs dans les résultats. </li></ol></li></ol> 2. Montage de la sonde colloïdale, alignement laser et système d&#39;équilibrage <ol><li> Montez la lamelle avec les particules colloïdales dans la moitié inférieure d&#39;une cellule liquide, s&#39;assurer que le joint torique est bien en place pour éviter toute fuite. </li><li> Placer une feuille transparente hydrophobe sur la platine du microscope pour se prémunir contre tout liquide qui peut fuir pendant l&#39;expérience, en particulier en utilisant seulement si la moitié inférieure d&#39;une cellule pour la mesure de liquide, et placer la cellule liquide sur la platine du microscope. NOTE: Pour plus de simplicité on peut utiliser seulement la moitié inférieure d&#39;une cellule liquide, étant donné que le système peut être équilibré de manière adéquate; pointe - l&#39;évaporation modifie l&#39;état de la mesure et les effets que les résultats / lecture. </li><li> Fixer la sonde colloïdale à la tête de balayage de l&#39;AFM et assembler sur l&#39;AFM. Avec le logiciel de l&#39;appareil de l&#39;AFM, utilisez les boutons de labalayage tête pour amener la tête de flèche dans le foyer. NOTE: Toutes les étapes de la procédure et des mesures ont été réalisées en utilisant un AFM MFP-3D-Bio avec le logiciel Asylum Research. </li><li> Afin de maximiser l&#39;intensité, aligner le laser sur la pointe de la poutre à l&#39;aide des boutons de réglage appropriées sur la tête de lecture. </li><li> Laisser le système s&#39;équilibrer pendant 5-10 min ou jusqu&#39;à ce que la valeur de déviation se stabilise. Utiliser le bouton de réglage de déflexion pour amener la déviation nulle ou légèrement négative. </li><li> Une fois le système en équilibre dans l&#39;air, utiliser le logiciel de l&#39;AFM (Panneau thermique dans la fenêtre Panneau de Master) thermiquement calculer les InvOLS (sensibilité) et constante du ressort de la sonde colloïdale. NOTE: Cette sensibilité sera utilisé temporairement jusqu&#39;à ce que la vraie sensibilité est mesurée à la fin de la mesure (voir l&#39;étape 4). <ol><li> Sélectionnez &quot;Cal Constant Spring» ou «Cal InvOLS&quot; puis cliquez sur &quot;Capture de données thermique&quot;. </li><li> Une foisun pic important apparaît, arrêter la capture des données, et cliquez pour zoomer sur le pic principal. </li><li> Cliquez sur &quot;Initialisation Fit&quot;, suivi par &quot;Monter données thermiques,&quot; pour obtenir la constante de ressort calculée automatiquement ou valeurs InvOLS. </li></ol></li><li> Ajouter lentement 2 ml du milieu liquide dans la cellule liquide en utilisant une seringue et veiller à ce qu&#39;aucune bulles sont présentes dans le cantilever. Re-alignez le laser, puisque l&#39;indice de réfraction du milieu a changé, et encore une fois équilibrer le système permettant la valeur de déviation pour stabiliser avant de régler la déviation à zéro. REMARQUE: Si une grande différence de température existant entre l&#39;environnement et le liquide, l&#39;équilibre sera plus long. </li></ol> 3. D&#39;imagerie et d&#39;acquisition de données <ol><li> Définissez la taille de balayage initial à 20 um, vitesse de balayage de 1 Hz, angle de balayage de 90 °, le point de consigne à 0,2 V et d&#39;obtenir une analyse de l&#39;échantillon. Réglez le gain que nécessaire pour obtenir la trace de chevauchementet retracer les courbes. </li><li> Une fois qu&#39;une particule d&#39;intérêt est détecté, faire immédiatement sur cette particule de limiter les interactions de sonde étendus avec le substrat avant d&#39;obtenir des mesures du volume de la force. </li><li> Une fois le zoom, acquérir une image suffisante d&#39;une seule particule ou partie d&#39;une seule particule. Puis passer au Groupe de travail dans le logiciel. Apportez la barre de position rouge à la position la plus élevée, réglez la distance de la force à 5 pm, vitesse de balayage de 0,1 Hz, le canal de déclenchement à aucun et effectuer une mesure de la force unique. Assurez-vous que la sonde ne touche pas le substrat. </li><li> De la courbe de mesure unique obtenue, calculer la ligne de déviation virtuelle par un clic droit sur la fenêtre graphique, et en sélectionnant l&#39;option &quot;Calculer virtuel Def Line&quot;. Cela va automatiquement calculer la déviation virtuelle et mettre à jour la valeur comme nécessaire dans le logiciel. </li><li> Changez le canal de déclenchement à la flexion et définir le point de déclenchement à 20 nm. Réglez le dist de forceance à 1 um et ajuster la vitesse de balayage comme on le souhaite en fonction des forces mesurées d&#39;intérêt. </li><li> Ajuster manuellement la valeur de la déviation optique inverse levier Sensibilité (InvOLS) dans le Groupe d&#39;étude sur la Force après avoir mené 2-3 les mesures de force unique préliminaires consécutives. <ol><li> Effectuer une mesure de la force seule, puis cliquez sur le bouton &quot;avis&quot; sur le panneau de travail qui ouvre un Master Panel de travail. </li><li> Sélectionnez mesure la force le plus récent. Dans le cadre du &quot;Axe&quot; rubrique s&#39;assurer que seul &quot;DeflV&quot; est cochée. Modifiez le champ d&#39;entrée &quot;X-Axis&quot; à &quot;SEP&quot; à l&#39;aide du menu déroulant, puis cliquez sur &quot;faire graphique.&quot; </li><li> Cliquez sur l&#39;onglet &quot;Parm&quot; sur le panneau principal de travail et d&#39;ajuster la valeur de &quot;InvOLS&quot; jusqu&#39;à ce que la région de la courbe de contact est complètement verticale. Puis remplir cette valeur dans le champ &quot;DEFL InvOLS&quot; situé sous le Cal60; sous-onglet dans l&#39;onglet de travail situé dans la fenêtre principale du panneau principal. </li><li> Répéter ce 2-3 fois afin de s&#39;assurer que la valeur en InvOLS ne change pas de manière significative. </li></ol></li><li> Maintenant que tous les paramètres ont été mis en place, s&#39;assurer que le niveau moyen de liquide est encore suffisante et que la déviation est toujours stable. NOTE: A ce moment, les courbes de force unique ou les cartes de force peuvent être obtenus. Si les mesures de force séjour sont souhaitées, les options de temps d&#39;arrêt peuvent être consultés dans le panneau de travail. </li></ol> 4. Post-tuning de sensibilité pour l&#39;analyse <ol><li> Après l&#39;achèvement de l&#39;acquisition de mesure, mesurer la vraie sensibilité de la sonde colloïdale. Pour ce faire, procéder à une mesure de la force en utilisant un nombre relativement important de déviation / force avec la sonde colloïdale dans le même milieu liquide contre un &quot;infiniment&quot; surface dure tels que le mica. REMARQUE: La sensibilité a été obtenue après la fin des expériences, car la grande déflexion / force peut endommager colloIDAL sondes préparées avec des colloïdes poreux ou fragiles. </li><li> La pente de la zone de contact est utilisé par le logiciel pour le calcul automatique de la sensibilité (figure 2). Utilisez cette vraie valeur de la sensibilité lors de l&#39;analyse de données de toutes les courbes obtenues en utilisant cette sonde colloïdale particulier. </li></ol>

<ol>
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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. 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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.

Plusieurs sources de l&#39;instabilité du système actuel durant liquide colloïdal sonde nanoscopie peuvent facilement être atténués grâce à des procédures d&#39;équilibrage appropriées. Instabilités tel que discuté précédemment entraînent des résultats erronés et courbes de force qui sont plus difficiles à analyser objectivement. Si toutes les sources d&#39;instabilité ont été tendu et des graphiques similaires à celui représenté sur la figure 4 sont encore présents, un autre p...

Microscopie à force atomique (AFM) est une technique qui permet une imagerie qualitative et quantitative de palpage et d&#39;une surface du matériau. 06.04 Traditionnellement, AFM est utilisé pour l&#39;évaluation de la topographie de la surface, la morphologie et la structure des matériaux multi-phasiques. AFM a la capacité d&#39;évaluer quantitativement les interactions à l&#39;échelle nanométrique, tels que frais, attraction, répulsion et d&#39;adhérence forces entre une sonde et le substrat spécifique à la fois dans l&#39;air et les milieux liquides 7,8 L&#39;AFM développé à l&#39;origine par Binning, Quate et Gerber 9 utilisations. une sonde de sensibilité connue / déterminée et constante de rappel à l&#39;approche et / ou analyser un échantillon. En raison des interactions physiques entre la sonde et l&#39;échantillon, le porte à faux est dévié lors d&#39;un contact ou de proximité et en fonction du mode de fonctionnement, cette déflexion peut être traduit pour acquérir la topographie des forces de l&#39;échantillon ou de la mesure actuelle entre la sonde et l&#39;échantillon. Les modifications apportées à la technique AFMQue, comme sonde colloïdale nanoscopie, 10 ont permis scientifique pour évaluer directement les interactions nano-d&#39;œuvre entre les deux matériaux présents dans un système colloïdal d&#39;intérêt. Dans colloïdale sonde nanoscopie, une particule sphérique de choix est fixé au sommet d&#39;un cantilever, en remplaçant les pointes coniques et pyramidales traditionnelles. Une particule sphérique est idéal pour permettre la comparaison avec les modèles théoriques tels que le Johnson, Kendal, Roberts (JKR) 11 et Derjaguin, Landau, Vervwey, Overbeek (DLVO) 12-14 théories et de minimiser l&#39;influence de la rugosité de surface sur la mesure. 15 Ces théories sont utilisées pour définir les mécanismes de contact et les forces entre les particules attendues dans un système colloïdal. La théorie DLVO combine les attrayante forces de van der Waals et les forces électrostatiques répulsives (en raison de doubles couches électriques) pour expliquer quantitativement le comportement d&#39;agrégation des systèmes colloïdales aqueuses, tandis que le Jthéorie des KR incorpore l&#39;effet de la pression de contact et l&#39;adhérence de modéliser un contact élastique entre les deux composants. Une fois que la sonde appropriée est produite, elle est utilisée pour approcher tout autre matériau / particules pour évaluer les forces entre les deux composants. En utilisant une pointe un standard fabriqué sera capable de mesurer les forces d&#39;interaction entre cette pointe et un matériau de choix, mais l&#39;avantage d&#39;utiliser une sonde colloïdale sur mesure permet la mesure de forces en présence entre les matériaux présents dans le système étudié. Interactions mesurables sont:.. Adhésif, attrayant, répulsif, la charge et les forces électrostatiques même présents entre les particules 16 En outre, la technique de la sonde colloïdale peut être utilisé pour explorer les forces tangentielles présents entre les particules et la matière élasticité 17,18 La capacité d&#39;effectuer des mesures dans divers médias est l&#39;un des principaux avantages de la sonde colloïdale nanoscopie. Conditions ambiantes, liquide mdias, ou des conditions d&#39;humidité contrôlée peuvent tous être utilisés pour reproduire les conditions environnementales du système étudié. La capacité d&#39;effectuer des mesures dans un environnement liquide permet l&#39;étude des systèmes colloïdaux dans un environnement qui se produit naturellement; par conséquent, être capable d&#39;acquérir des données qui sont quantitativement directement transposables pour le système dans son état naturel. Par exemple, les interactions de particules présentes dans les inhalateurs doseurs (MDI) peuvent être étudiés en utilisant un modèle propergol liquide avec des propriétés similaires à l&#39;agent propulseur utilisé dans les inhalateurs-doseurs. Les mêmes interactions mesurées dans l&#39;air ne seraient pas représentatives de l&#39;existant du système dans l&#39;inhalateur. En outre, le milieu liquide peut être modifié pour évaluer l&#39;effet de la pénétration d&#39;humidité, un agent tensio-actif secondaire, ou de la température sur les interactions de particules dans un aérosol-doseur. La capacité de contrôler la température peut être utilisée pour imiter certaines étapes de la fabrication des systèmes colloïdaux d&#39;évaluer comment la température soit dans la fabrication ou destockage des systèmes colloïdaux peut avoir un impact sur les interactions de particules. Les mesures que l&#39;on peut obtenir en utilisant des sondes colloïdales comprennent; balayage de Topographie, courbes force-distance individuels, des cartes d&#39;adhésion force-distance, et habiter mesures force-distance. Les paramètres clés qui sont évalués selon la méthode de la sonde de nanoscopie colloïdale présentée dans ce document sont les valeurs de l&#39;énergie séparation snap-in, charge max, et. Snap-in est une mesure des forces d&#39;attraction, max charger la valeur de la force d&#39;adhérence maximale, et l&#39;énergie de séparation donne l&#39;énergie nécessaire pour retirer la particule de contact. Ces valeurs peuvent être mesurées par des mesures instantanées ou de la force de maintien. Deux types de mesures sont différentes Dwell déviation et l&#39;indentation. La longueur et le type de mesure temporisation peuvent être spécifiquement choisies pour simuler les interactions spécifiques qui sont présents au sein d&#39;un système d&#39;intérêt. Un exemple utilise déviation séjour - qui détientles échantillons en contact à une valeur de déviation souhaité - d&#39;évaluer les collages qui se développent dans les agrégats formés dans les dispersions. Les liaisons adhésives formées peuvent être mesurées en fonction du temps et peuvent donner un aperçu des forces nécessaires pour redisperser les agrégats après un stockage prolongé. La pléthore de données qui peut être obtenu en utilisant cette méthode est un témoignage de la polyvalence de la méthode.

<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.

Systèmes colloïdaux liquides sont utilisés pour plusieurs systèmes de délivrance de médicaments pharmaceutiques. Pour l&#39;administration de médicaments par inhalation, un système colloïdal commun est la suspension d&#39;inhalateur doseur pressurisé (pMDI). interactions de particules présentes dans l&#39;aérosol-doseur jouent un rôle essentiel dans la formulation stabilité physique, le stockage et la livraison de drogue uniformité. Dans ce manuscrit, les forces inter-particules entre les particules à ba...

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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.

Examen quantitative et qualitative des interactions entre particules à l&#39;aide de la sonde colloïdale nanoscopie

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

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Research

JoVE Journal

Chemistry

10.9K vues.  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. 

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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.

Identification qualitative des acides carboxyliques, des acides boroniques et des amines aide fluorophores cruciforme

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 ...

Recherche

Chimie

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.

Protéomique quantitative à l&#39;aide réductrice diméthylation pour les isotopes stables étiquetage

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.

Synthèse et purification de Iodoaziridines implication quantitative de sélection de la phase stationnaire optimale pour chromatographie

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.

Synthèse et exfoliation de discotique Zirconium Phosphates pour obtenir des cristaux liquides colloïdal

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.

A Quantitative Glycomics et protéomique Stratégie Purification Combined

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.

Normes pour Quantitative Metalloproteomic Analyse Utilisation Taille 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 ...

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 ...

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.

Facet-à-facette reliant des Nanostructures de chalcogénure anisotropie forme colloïdale Cadmium

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.

Photodeposition de sur Colloidal Au Nanorods par 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.