עבודה זו נתמכה על ידי מארי קירי הבינלאומי שילוב מחדש גרנט ועל ידי הקרן הגרמנית לישראל. אנו מכירים במר יאיר Razvag לניתוח AFM.

1. הרכבה עצמית של Dipeptides Homoaromatic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את הפפטיד הרצוי בצורתו lyophilized (למשל NH 2-Phe-Phe-OH, BOC-Phe-Phe-COOH) ולהכין פתרון מניות על ידי המסת פפטיד ב1,1,1,3,3,3-hexafluoro -2-propanol (HFP) לריכוז המתאים (למשל 100 מ&quot;ג / מיליליטר לNH 2-Phe-Phe-OH וBOC-Phe-Phe-COOH) 7,17,46. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את הפתרון באמצעות מערבולת ומקום על הספסל עד פפטיד הוא נמס לגמרי והפתרון נראה ברור (כמה דקות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את פתרון מניות פפטיד, בממס מתאים, לריכוז המתאים (לדוגמא: 2 מ&quot;ג / מיליליטר של NH 2-Phe-Phe-OH במים מזוקקים משולשים (TDW) להיווצרות של צינורות; על ידי הוספת 2 μl של הפפטיד פתרון מניות ל98 TDW μl, 5 מ&quot;ג / מיליליטר של BOC-Phe-Phe-COOH באתנול להיווצרות של מבנים כדוריים). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את הפתרון בRT ל24שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת להימנע מכל preaggregation, להכין פתרונות מניות טריים עבור כל ניסוי. </li></ol> 2. Coassembly של שתי Homoaromatic Dipeptides <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון של 50% אתנול על ידי ערבוב כמויות שווה של TDW ואתנול מוחלט. השתמש מערבולת לערבב שני פתרונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שוקל 2 מ&quot;ג של פפטיד NH 2-Phe-Phe-OH ו1 מ&quot;ג של פפטיד BOC-Phe-Phe-OH. ממיסים כל פפטיד בHFP לריכוז של 100 מ&quot;ג / מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את פתרונות מניות פפטידים באמצעות מערבולת ומניח אותם על הספסל עד שפפטידים נמסו לגמרי ואת הפתרונות שנראים ברורים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ערבב פפטידים פתרונות מניות ליחס הרצוי. בניסוי הספציפי הזה למזג 10 μl של הפפטיד NH 2-Phe-Phe-OH עם 6 μl של הפפטיד BOC-Phe-Phe-OH (ליחס סופי של 5:03 בהתאמה). בשל התנודתיות הגבוהה של ממס HFP, מומלץ להכין כמות גדולה של מניות פתרון זה (בלאהst 10 μl). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מערבולת לערבב פתרון מניות פפטידים קבלת תערובת האחידים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לדלל את פתרון מניות פפטידים מעורבב עם אתנול 50% לריכוז הסופי הרצוי. בניסוי הספציפי הזה, על מנת לקבל ריכוז סופי של 5 מ&quot;ג / מיליליטר לNH 2-Phe-Phe-OH ו 3 מ&quot;ג / מיליליטר לבוק-Phe-Phe-OH בהתאמה, להוסיף 8 μl של פתרון מניות פפטידים מעורבב ל92 μl של פתרון אתנול 50%. השתמש פיפטה לערבב את הפתרון בעדינות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את הפתרון בRT ל24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש לציין כי בשל האופי ההפכפך מאוד של הממס, הניסויים רגישים לשינויים קטנים בריכוז של פפטידים. לכן, פתרונות מניות טריים צריכים להיות מוכנים לכל ניסוי. </li></ol> 3. אפיון של מבנים העצמי מורכב באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 24 שעות של דגירה, תחול ירידת 10 μl של פתרון פפטידים על מפרצון זכוכיתתלוש r ויבש ב RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעיל המדגם על הזכוכית בשכבה דקה של זהב (ננומטרים ספורים) באמצעות coater גמגום ל90 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת המכלולים באמצעות SEM הפועל ב10-20 ק. </li></ol> 4. אפיון של מבנים העצמי מורכב באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני הילוכים (TEM) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים ירידת 10 μl של פתרון פפטידים על רשת נחושת 200 רשת מכוסות בהפחם והתייצבה על ידי תמיכת סרט פולימר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 1 דקות להסיר את הנוזלים העודפים באמצעות נייר סינון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון של 2% אצטט uranyl בTDW. סנן את הפתרון באמצעות יחידת מסנן 0.22 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להכתים את המדגם (מכתים שלילי), במקום ירידה של 10 פתרון אצטט uranyl μl על הרשת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 30 שניות להסיר את הנוזלים עודפים באמצעות נייר סינון. יש לציין כי למרות שמכתים שלילי משפר את החדות של התמונות, זה לא הכרחי בכל המקרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת המדגם על הרשת דואר על ידי TEM פועלת ב120 KV. </li></ol> 5. אפיון תלת ממדי של הרכבות על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן מדגם לניתוח AFM באמצעות ההליך המתואר בסעיף 3.1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את המדגם על הזכוכית באמצעות מכשיר AFM עובד במצב AC. השתמש בזיזי סיליקון עם קבוע קפיץ של 3 N / m ותדר תהודה של 75 קילוהרץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל על ידי סריקת שטח גדול של הרשת, במטרה למצוא את המבנה הרצוי. לאחר מכן להתמקד באזור מסוים קטן יותר ולסרוק אותו (גודל הסריקה היה 2.5 מיקרומטר x 2.5 מיקרומטר עבור התמונה שנכלל בכתב היד הזה). </li></ol> 6. אפיון המבנה המשני על ידי FT-IR <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל ירידת 30 μl של פתרון פפטידים לחלון בית הקפה 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר הפתרון לייבוש ב RT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספיחת מים בספקטרום IR היא ב1,650 -1 סנטימטר.שיא זה הוא במרכז אמיד שהלהקה של אג&quot;ח פפטיד. זהו גם שיא אופייני למבני α-סליל של פפטידים וחלבונים 47. על מנת להתגבר על בעיה זו ולמנוע את האות של מים, יש לבצע חילופי מימן לדאוטריום. מניחים ירידה של תחמוצת דאוטריום (D 2 O) על מדגם פפטיד המיובש. הירידה צריכה להיות גדולה מספיק כדי לכסות את הפקדת פפטיד על החלון לחלוטין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר המדגם לייבוש תחת ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 6.3 ו6.4 2x כדי להבטיח תמורת המימן לדאוטריום מקסימלי. שמור את הדגימה תחת ואקום עד לניתוח שלה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את ספקטרום FT-IR באמצעות סולפט triglycine deuterated גלאי (DTGS). מערכת FT-IR כוללת מחולל גז טיהור, כדי למנוע לחות בסביבה של המדגם. לקבלת דוגמיות של פפטידים קצרים, עדיף לסרוק המדגם 2,000 x ברזולוציה של 4 -1 סנטימטר. הערכים מינימאלי העברה יכולים להיקבע על ידי כךftware שסופק עם המכשיר. </li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

לסיכום, מאמר זה מדגים את הקלות שבה יכולים להיווצר מכלולים מבוססי פפטיד במבחנה. התהליך כרוך פפטידים וממסים זמינים מסחרי, והיא מתרחשת באופן ספונטני בתנאי סביבה, על התוספת של ממס קוטבי למבחנה. זה חיוני כדי להשתמש HFP כממס של פפטידים, בשל המסיסות הנמוכה של פפטידים בממ?...

צורות טבע מסודרות ופונקציונליות מבנים על ידי התהליך של הרכבה עצמית biomolecular. הבנת הכוחות ששולטים בתהליך ספונטני זה עלולה להוביל ליכולת לחקות הרכבה עצמית במבחנה וכתוצאה מכך להתקדמות גדולה בתחום מדעי חומר 10,11. פפטידים, במיוחד, לקיים הבטחה גדולה כאבן בניין biomolecular, מאחר שהם מציגים מגוון מבני גדול, קלות של סינתזה כימית, והוא יכול בקלות להיות פונקציונליות עם ישויות ביולוגיות וכימיות. תחום ההרכבה עצמית פפטיד היה חלוץ ידי Ghadiri ועמיתיו, שהוכיחו את ההרכבה העצמית של צינורות פפטיד על ידי פפטידים מחזוריים לסירוגין עם D ו-חומצות אמינו L-12. גישות אחרות מוצלחות לעיצוב של מכלולי פפטיד כוללות פפטידים יניארי bolaamphiphile 5, amphiphiles (AP) 6, פפטידים עצמי משלים nonconjugated יוניים 13, פפטידים כמו פעילי שטח- <sup&gt; 4,14, וdiblock copolypeptides 15. גישה מאוחרת יותר כרוכה בהרכבה העצמית של פפטידים ארומטיים קצרים, כינה dipeptides homoaromatic. פפטידים אלה מהווים חומצות אמינו רק שתי עם טבע ארומטי (למשל Phe-Phe, dicarbonate טרט בוטיל (BOC)-Phe-Phe) 7,8,16-21. המבנים שהוקמו על ידי פפטידים homoaromatic אלה כוללים מבנים צינוריים, כדורים, מכלולים כמו גיליונות וסיבי 6,8,15,21-32. הסיבים ובמקרים מסוימים ליצור רשת סיבית כי תשואות הידרוג&#39;ל 33-37. מכלולים אלה נוצלו עבור יישומים של biosensing, אספקת סמים, אלקטרוניקה מולקולרית, וכו &#39;. 38-45 מאמר זה מתאר את שלבי הניסוי דרושים על מנת להתחיל את ההרכבה העצמית הספונטנית של פפטידים homoaromatic. בנוסף, הוא מציג התהליך של פפטיד coassembly. תהליך זה כרוך בהרכבה העצמית של יותר מסוג אחד של פפטידמונומר. ההפגנה שלנו כוללת coassembly של שני פפטידים זמינים מסחרי: פפטיד diphenylalanine (NH 2-Phe-Phe-COOH) ו בוק המוגן אנלוגי (BOC-Phe-Phe-OH). כל אחד מהפפטידים העצמיים מרכיב לתוך מבנה supermolecular: צורות פפטיד diphenylalanine מכלולי צינורי ועצמי מרכיב פפטיד BOC-Phe-Phe-OH לשני תחומים או סיבים בהתאם ל7,17,46 הממס. אנחנו מעורבב שני פפטידים ביחסים מסוימים ומאופיינות המכלולים הביאו על ידי מיקרוסקופית אלקטרונים, כוח מיקרוסקופיה וספקטרוסקופיית FT-IR. השיטות הוכיחו את היווצרות של מבנה המבוסס על פפטיד שמורכב מאלמנטים כדוריים בקוטר של כמה מיקרונים (1-4 מיקרומטר) שמחוברים על ידי אסיפות מוארכות בקוטר של כמה מאה ננומטרים (ננומטר ~ 300-800) . המכלולים דומים למחרוזות חרוזים במורפולוגיה שלהם, כמו המבנים כדוריים נראים שהושחלו עלמכלולים מוארכים. לפיכך, אנו מכונים המכלולים האלה &quot;שרשרות biomolecular&quot;. &quot;שרשרות biomolecular&quot; עשויות לשמש כחומר ביולוגי חדש, כסוכן משלוח סמים או כפיגום ליישומים אלקטרוניים. יתר על כן, ההליך שמוביל להרכבה העצמית של פפטידים עשוי להיות מנוצל עם כיתות אחרות של פפטידים וביומולקולות. זה עלול להוביל להבנה טובה יותר של הכוחות מעורבים בהרכבה עצמית והיווצרות מבנים מסודרים חדשים.

<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

<html> בטבע, מבנים פונקציונליים מורכבים נוצרים על ידי ההרכבה העצמית של ביומולקולות בתנאים קלים. הבנת הכוחות השולטים בהרכבה עצמית ומחק את התהליך הזה במבחנה תביא להתקדמות גדולה בתחומי מדע וננוטכנולוגיה חומרים. בין אבני הבניין ביולוגי זמין, יש לי פפטידים מספר יתרונות כפי שהם מציגים גיוון משמעותי, הסינתזה שלהם בקנה מידה גדולה היא פשוטה, והם יכולים בקלות להיות שונה עם גורמים ביולוגיים וכימיים 1,2. כמה כיתות של פפטידים נועדו כגון פפטידים מחזוריים, פפטידים amphiphile ופפטיד conjugates עצמי להרכיב לתוך מבנים מסודרים בתמיסה. dipeptides Homoaromatic, הוא קבוצה של פפטידים עצמי התאספו קצרים המכילים את כל המידע המולקולרי הנחוץ ליצירת מבנים מסודרים כגון צינורות, כדורים וסיבים 3-8. מגוון גדול של פפטידים אלה הוא זמין באופן מסחרי. class = &quot;jove_content&quot;&gt; מאמר זה מציג הליך שמוביל להיווצרות של מבנים מסודרים על ידי ההרכבה העצמית של פפטידים homoaromatic. הפרוטוקול דורש רק חומרים כימיים מסחריים וציוד מעבדה בסיסי. בנוסף, העיתון מתאר חלק מהשיטות הזמינות לאפיון של מכלולים המבוסס על פפטיד. שיטות אלה כוללות אלקטרונים ומיקרוסקופ כוח אטומי ופורות-Transform אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (FT-IR). יתר על כן, את כתב היד מדגימה את המיזוג של פפטידים (coassembly) והיווצרות של &quot;חרוזים על חוט&quot; מבנה דמוי על ידי תהליך זה. 9 הפרוטוקולים שהוצגו כאן ניתן להתאים לסוגים אחרים של פפטידים או אבני בניין ביולוגי ויכולים באופן פוטנציאלי להוביל לגילוי של מבנים מבוססי הפפטיד חדשים ולשליטה טובה יותר של ההרכבה שלהם.

מאמר זה מתאר שיטה ליצירת מבנים מסודרים על ננו ומיקרומטר בקנה מידה על ידי ההרכבה העצמית של פפטידים. כדי להדגים תהליך פשוט זה אנו מציגים ולאפיין coassembly של שני פפטידים ריחניים פשוטים (איור 1). אחד מהפפטידים הוא פפטיד 2-Phe-Phe-OH (diphenylalanine) NH, אשר יכול עצמי להרכיב ?...

Watch this Scientific Journal Video about Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides at JoVE.com

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

מאמר זה מתאר את היווצרותם של מבנים מבוססי פפטיד הורה מאוד על ידי התהליך הספונטני של הרכבה עצמית. השיטה מנצלת פפטידים זמינים מסחרי וציוד מעבדה משותפת. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת על מגוון רחב של פפטידים ועשויה להוביל לגילוי של מכלולים המבוסס על פפטיד חדשים.

היווצרות של מבני Biomolecular הוזמנו על ידי ההרכבה העצמית של פפטידים קצרים

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

formation-ordered-biomolecular-structures-self-assembly-short

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Thermodynamics

SCIENTISTS IN ACTION

12.7K Views.  The Hebrew University of Jerusalem.  מאמר זה מתאר את היווצרותם של מבנים מבוססי פפטיד הורה מאוד על ידי התהליך הספונטני של הרכבה עצמית. השיטה מנצלת פפטידים זמינים מסחרי וציוד מעבדה משותפת. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת על מגוון רחב של פפטידים ועשויה להוביל לגילוי של מכלולים המבו...

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

Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

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

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

אוריגמי השראה עצמית הרכבה של חלקיקים בדוגמת וReconfigurable

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

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.

Functionalization בסיוע מיקרוגל של פולי (אתילן גליקול) ופפטידים על השרף לשימוש בPolymerizations שרשרת וגיבוש 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.

עצמי הרכבה של צורות דו-ממדיות מורכבות מחד-גדילי דנ&quot;א אריחים

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.

תובנה לתוך האינטראקציות של חומצות אמינו פפטידים עם חומרים אורגניים באמצעות ספקטרוסקופיית חיל מולקולה בודדת

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.

הרכבה Multiwalled פחמן עם פוליסטירן כדי לאפשר הרכבה עצמית, Patchiness אנאיזוטרופי

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.

במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים נוזלי-תא לצורך מעקב הרכבה עצמית של חלקיקים

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.

ייצור של כדוריות, בצורת תולעת Nanocrystals Micellar על-ידי שילוב ספקטרומטריית Electrospray, הרכבה עצמית ובקרת מבנה ממס מבוסס

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.

סינתזה ואפיון של 1, 2-Dithiolane ששינה פפטידים וההספק עצמית

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.

Luminophore-צורה הייצורים החיים השונים של אלבומין שור על-ידי איגוד של Gold(III)

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

Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives

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

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

סידן קרבונט היווצרות בנוכחות של תוספים Biopolymeric

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