著者らは、確認応答（1）Nanobiomedical科学檀大学再生医療のためのBK21 PLUS NBMグローバルリサーチセンター、省からの財政支援の優先順位からNRF、韓国、（資金による研究センタープログラム（番号2009から0093829） 2）シドニー大学の顕微鏡および微量分析のためのオーストラリアのセンターの設備、科学的·技術的支援を、。 HKCディスカバリープロジェクト無償（DP0985367＆DP120102778）を通じて金融支援のためのオーストラリアの研究評議会に感謝している。 WCHリンケージプロジェクト無償（LP120200489、LP110200316）を通じて金融支援のためのオーストラリアの研究評議会に感謝している。

1。コロイドプローブとAFM基板を準備<ol><li>コロイド状プローブを製造するために、筆者らが以前に開発された方法を使用します。19 <ol><li>簡単に説明すると、45°（ 図1A）の特定の角度でチップレスカンチレバーを固定するために45°の角度ホルダーを使用しています。 </li><li>顕微鏡スライド上にエポキシの薄い層を塗りつけによってエポキシスライドを準備します。顕微鏡のスライドに追加し、エポキシの層は、最小限の高さであることを保証するために、クリーンヘラや窒素のゆっくりした流れを使用してください。 </li><li>カスタムデザインのホルダー（ 図1B）を使用して、40X光学ズーム顕微鏡レンズにエポキシスライドを貼り付けます。その後、エポキシスライドに近づき、カンチレバーにエポキシ少量を取得するためにカンチレバーを使用しています。 </li><li>また、カンチレバー（ 図1C）の頂点に興味のある単一の粒子を添付し、これらの手順を繰り返します。 </li></ol></li><li>コロイド状パーを貼り付けることにより、AFM基板を準備します熱可塑性ファスナー、接着剤を使用した原​​子間力顕微鏡のカバーガラス上にticles。 <ol><li> 120℃に35ミリメートルラウンドカバーガラスを加熱して、カバーグラスに少量の接着剤を適用します。高温では、アプリケーションのための熱可塑性接着剤を溶融させる必要がある。 </li><li>次いで冷却、のりの上にコロイド粒子を散布する前に、40℃のカバーガラス。注：40℃で接着剤が十分に粒子が接着剤に埋め込まならないよう設定されますが、接着剤は、粒子が基板に付着することを確実にするのに十分な粘着性です。 </li><li>さらにRTにカバーガラスを冷却し、余分な付着していない粒子を吹き飛ばすために、窒素の穏やかな流れを使用しています。 </li><li>すべての未結合粒子が基板から除去されることを保証するために、コロイド状プローブ測定のために使用される液体媒体で基板を数回洗浄する。注：これは、測定中の自由流動性粒子の影響を低減することが重要であることができインターカンチレバーを持って行動し、結果に誤差を導入する。 </li></ol></li></ol> 2。コロイドプローブ、整列レーザー、平衡化システムのマウント<ol><li> Oリングは、任意の漏れを防ぐために適切に装着されていることを確認して、液晶セルの下半分にコロイド粒子とカバースリップをマウントします。 </li><li>特に唯一の測定のための液体セルの下半分を使用している場合は、実験中に漏れる可能性のある液体を防ぐ、及び顕微鏡ステージ上に液体セルを配置するために顕微鏡のステージ上に疎水性の透明なシートを置きます。注：簡単にするために1は、システムが適切に平衡化することができることを考えると、液晶セルの下半分のみを使用することができます。ヒント - 蒸発は、測定と影響結果/読書の条件を変更する。 </li><li>原子間力顕微鏡の走査ヘッドにコロイド状のプローブを接続して、AFMに組み立てる。上のAFM測定器ソフトウェアを使用すると、上のノブを使っ焦点にカンチレバー先端を持って頭をスキャンする。注：すべての処理手順や測定はアサイラムリサーチ·ソフトウェアとMFP-3D-バイオAFMを用いて完了した。 </li><li>強度を最大化するために、走査ヘッドに対する適切な調整ノブを使用して、カンチレバーの先端にレーザーの位置を合わせます。 </li><li>システムは5〜10分間、または偏向値が安定するまで平衡化することができます。ゼロまたはわずかに負に振れをもたらすために偏向調整ノブを使用してください。 </li><li>システムは、空気中で平衡化した後、熱InvOLS（感度）を計算し、コロイド状プローブのばね定数を原子間力顕微鏡のソフトウェア（マスターパネル]ウィンドウで熱パネル）を使用します。注：真の感度は、測定が完了した時点で測定されるまでこの感度は（ステップ4を参照）を一時的に使用されます。 <ol><li>どちらの「CALばね定数」や「カルInvOLS」を選択し、「熱データのキャプチャ」をクリックしてください。 </li><li>一度顕著なピークが明らかで、データのキャプチャを停止し、メインピークの上に拡大します。 </li><li>自動的に計算されたバネ定数やInvOLS値を取得する」、熱データに合わせて &quot;続く&quot;の初期フィット」をクリックします。 </li></ol></li><li>ゆっくりと注射器を用いて液体セルに液体培地2mlを加え、気泡がカンチレバーの周囲に存在しないことを確認。媒質の屈折率は、現在変更され、再び偏向値がゼロにたわみを調整する前に安定させることができ、システムを平衡化しているため、レーザーを再調整。注：大きな温度差は、環境と液体の間に存在する場合、平衡は時間がかかります。 </li></ol> 3。イメージングとデータ収集<ol><li> 1 Hzの、90°、スキャン角度、0.2 Vに設定ポイントに金利をスキャンし、20μmの初期スキャンサイズを設定し、サンプルのスキャンを得る。重複したトレースを取得するために、必要に応じてゲインを調整や曲線をたどる。 </li><li>関心対象の粒子が検出されると、直ちに強制容積測定値を得る前に、基板を有する拡張プローブ相互作用を制限するために、その粒子上にズームイン。 </li><li>ズームインすると、単一の粒子の単一粒子または部分の十分な画像を取得する。次に、ソフトウェアの力パネルに切り替えます。 、最も高い位置に赤いポジションバーを持って来る5ミクロン、スキャン速度0.1 Hzで、[なし]にトリガチャンネルに力の距離を設定し、単一力測定を実施しています。プローブが基板に接触しないことを確認してください。 </li><li>得られた単一の測定グラフから、グラフウィンドウを右クリックし、仮想偏向ラインを計算し、「仮想デフラインの計算」オプションを選択する。これは自動的に仮想たわみを計算し、ソフトウェア内で、必要に応じて値を更新します。 </li><li> 20 nmのトリガ点を偏向し、設定するトリガチャンネルを変更します。力DISTを設定1μmでANCE、目的の測定された力に応じて、必要に応じて、走査速度を調整します。 </li><li>手動で2月3日の連続した​​予備的な単一の力の測定を行った後レビューフォースパネルの偏向逆光てこ感度（InvOLS）の値を調整します。 <ol><li>シングル力測定を実施し、マスターフォースパネルを開きフォースパネルの「レビュー」ボタンをクリックしてください。 </li><li>最後に完了した力の測定値を強調表示します。 「軸」は、見出しの下にのみ「DeflV」がチェックされていることを確認してください。 「9月」ドロップダウンメニューを使用してをクリックし、「グラフを作成する」「X軸」の入力フィールドを変更する</li><li>マスターフォースパネルの「するparm」タブをクリックし、グラフの接触領域が完全に垂直になるまで、「InvOLS」の値を調整します。その後、カルの下にある「DEFL InvOLS」フィールドにこの値を移入60、メインマスターパネルウィンドウ上にあるフォース]タブでサブタブ。 </li><li> InvOLS値が大きく変化しないことを確認するには、この2〜3回繰り返します。 </li></ol></li><li>これで、すべてのパラメータが設定されていることを、液体培地のレベルがまだ十分であり、たわみがまだ安定していることことを確認してください。注：この時点で、単一の力または力曲線マップを得ることができる。ドエル力の測定が必要な場合は、滞留オプションが強制パネルにアクセスすることができる。 </li></ol>分析のための感度の4。ポストチューニング<ol><li>測定データの集録が完了した後、コロイド状プローブの真の感度を測定します。これを行うには、雲母などの「無限」のハード面に同じ液体培地中のコロイドプローブを用いて、比較的大きなたわみ/力を利用した力の測定を行っています。注：大きな偏向/力がコロを損傷する可能性があるため、感度は、実験が終了した後に得られた多孔性または脆弱なコロイドを用いて調製idalプローブ。 </li><li>接触領域の傾きは自動的に感度（ 図2）を計算するためにソフトウェアによって使用される。その特定のコロイド状プローブを使用して得られた全ての曲線のデータ分析中の感度は、この真の値を使用してください。 </li></ol>

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

The authors declare that they have no competing financial interests.

液体のコロイドプローブナノスの間に存在し、システムの不安定性のいくつかのソースは、簡単に適切な平衡化手続きを緩和することができる。前述のように不安定性を客観的に分析するのがより困難であり、誤った結果と力曲線をもたらす。不安定性のすべてのソースが傾向にされており、 図4に示したものと同様のグラフがまだ存在する場合、他の測定パラメータが理由であ...

原子間力顕微鏡（AFM）は、定性的および定量的画像化を可能にし、材料表面のプロービング技術である。4-6伝統的に、AFMは、多相材料の表面形状、形態および構造の評価のために使用される。 AFMは、定量的な空気と液体媒体の両方に特異的なプローブと基板との間の電荷、アトラクション、反発や接着力などのナノスケールの相互作用を評価する機能を備えています。7,8もともとビニング、クエートおよびガーバー9用途が開発した原子間力顕微鏡決定された/既知の感度および接近および/または試料を走査するバネ定数のプローブ。 、プローブと試料との間の物理的相互作用に、カンチレバーが接触又は近接中に偏向され、動作モードに応じて、このたわみは、プローブと試料との間に存在する試料または測定力のトポグラフィを取得するために翻訳することができる。 AFMテクニへの変更QUE、コロイドプローブナノスなど、10の科学者が直接関心のコロイド系に存在する2つの材料間のナノ力の相互作用を評価することができました。 コロイドプローブナノスでは、選択球状粒子は、従来の円錐形及びピラミッド状の先端を交換する、カンチレバーの頂部に取り付けられている。球状粒子は、ジョンソン、ケンダル、ロバーツ（JKR）11とDerjaguin、ランダウ、Vervwey、オーバービーク（DLVO）12月14日の理論と測定の表面粗さの影響を最小限に抑えるために理論モデルとの比較を可能にするために理想的です。 15これらの理論は、コロイド系の中に予想される接触機構と粒子間の力を定義するために使用される。 JながらDLVO理論は、定量的に水性コロイド系の凝集挙動を説明するために魅力的なファンデルワールス力と反発静電力（起因電気二重層への）を組み合わせたKR理論は、2つの構成要素間の弾性接触をモデル化するための接触圧力および接着の効果を組み込む。適当なプローブが生成されると、2つのコンポーネント間の力を評価するために、任意の他の材料/粒子に接近するために使用される。標準製造されたチップ1を使用すると、その先端と、選択した材料との間の相互作用力を測定することができるが、カスタムメイドのコロイドプローブを使用する利点を検討し、システム内に存在する物質との間に存在する力の測定を可能にします。測定可能な相互作用としては、接着剤、魅力的で、反発性、電荷、粒子間に存在しても、静電力を16加えて、コロイドプローブ技術は粒子材料の弾力性との間に存在する接線方向の力を探求するために使用することができる17,18。 様々なメディアでの測定を行う能力は、コロイドプローブナノスの主な利点の一つである。周囲条件、液体mをEDIA、又は湿度制御された条件は、すべて検討し、システムの環境条件を模倣するために使用することができる。液体環境での測定を行う能力は、それが自然に発生する環境でのコロイド系の研究を可能にします。このようにして、定量的にその天然の状態でシステムに直接並進可能であるデータを取得することができる。例えば、定量噴霧式吸入器（MDI）内に存在する粒子の相互作用は、MDIのに用いられる推進剤と同様の特性を有するモデルの液体推進剤を使用して研究することができる。空気中で測定し、同一の相互作用は、吸入器のシステム存在の代表ではないでしょう。さらに、液体媒体は、湿気の侵入、二次界面活性剤、又はMDI中の粒子の相互作用に及ぼす温度の影響を評価するために修飾することができる。温度を制御する能力は、どのように温度の製造において又はいずれか評価するために、コロイド系の製造における特定のステップを模倣するために使用することができるコロイド系のストレージは、粒子の相互作用に影響を与えることができる。 コロイドプローブを用いて得ることができる測定が挙げられる;トポグラフィースキャン、個々の力 - 距離曲線、力 - 距離接着マップ、および力 - 距離測定ドエル。本論文で提示コロイド状プローブナノス法を用いて測定している主要なパラメータは、スナップイン、マックス負荷、分離エネルギー値が含まれています。スナップインが引力の測定値で、maxは最大の接着力の値をロードし、分離エネルギーが接触から粒子を引き出すために必要なエネルギーを伝達する。これらの値は、瞬時の又はドエル力の測定を介して測定することができる。ドエルの測定の2つの異なるタイプのたわみやインデントなどがあります。測定ドエルの長さおよび種類は特に関心のあるシステム内に存在する特異的相互作用を模倣するように選択することができる。例では、偏向滞留を使用している - 保持する希望の偏向値で接触サンプル - 分散液中で形成された凝集体に発展接着結合性を評価する。形成された接着結合は、時間の関数として測定することができ、長期保存後の凝集体を再分散するために必要とされる力への洞察を提供することができる。この方法を用いて得ることができるデータの過多は、本方法の汎用性を証明するものである。

<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.

液体コロイド系は、いくつかの薬学的薬物送達システムのために使用される。吸入薬物送達のための、共通のコロイド系は、サスペンション加圧式定量吸入器（pMDI）である。のpMDI内に存在する粒子の相互作用は、製剤の物理的安定性、貯蔵、および薬剤送達の均一性に重要な役割を果たしている。本稿では、モデル噴射剤（2H、3H-ペルフルオロペンタン）多孔質脂質ベースの粒子間の粒子間...

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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.

コロイドプローブナノスを使用して、粒子間相互作用の定量的および定性的調査

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

quantitative-qualitative-examination-particle-particle-interactions

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.9K ビュー.  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.

カルボン酸、ボロン酸、およびアミンの定性的同定は十字フルオロフォアを使用

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 ...

化学

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.

安定同位体標識するための還元ジメチル化を用いた定量的プロテオミクス

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.

クロマトグラフィーのための最適な固定相の定量的な選択を伴う合成とIodoaziridinesの精製

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.

コロイド液の結晶を得ることが合成とディスコティックリン酸ジルコニウムの剥離

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.

定量的グライコミクスおよびプロテオミクス複合精製戦略

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.

サイズ排除ICP-MSを用いた定量Metalloproteomic分析のための基準

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.

単一分子力分光法を用いて無機材料とアミノ酸とペプチドの相互作用への洞察

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.

ファセットとファセットの形状異方性のコロイド カドミウム カルコゲナイド系ナノ構造のリンク

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.

表面プラズモン励起によるコロイドAuナノロッドへのPdの光堆積

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.