우리는 기꺼이 국립 과학 재단 (CHE - 0847145), 그리고 넉넉한이 연구를 지원하기위한 헨리 드레이 퓨 스를 교사 학술 상 프로그램을 인정합니다. 우리는 특별히 크리스틴 데이비스, 크로스 - 단면 영상과 함께 그녀의 도움 리치몬드 대학에서 생물의학과 현미경 및 이미징 이사를 인식하고 싶습니다. 특별 감사는 Drs에 주어집니다. T. 레오폴드, R. Kanters, D. 켈로그, R. 밀러, 그리고 W. 사례뿐만 아니라, 러스 콜린스, 필 조셉, 캐롤린 마크, 맨디 Mallory와 존 Wimbush - 모든이 대학에서 가능한 학부생 연구를하다 리치몬드의. 감사합니다 아주 개인은 레오폴드의 연구실에있는 모든 현재, 과거와 미래의 대학 연​​구자들에게 주어집니다.

1. Hexanethiolate Monolayer 보호 금 클러스터 합성 Hexanethiolate 작용 monolayer 보호 황금 클러스터 (MPCs)은 같은 끊을 225 (C6) 75 평균 구조를 생산하는 황금 두더지 비율 2시 1분 1 hexanethiol (C6). 부르 스트 반응에 4-9 특정 수정할 다음과 같은 합성 아르 리간드 유형, 특정 thiol - 투 - 황금 비율, 온도 및 반응 전달 속도, 또는 포스트 합성 트리 트먼트, 9-11은 각각 다양한 핵심 크기와 기능 보호 단체와 MPCs의 다양한 범위를 얻을 수 있습니다. 4 MPC의 대략적인 (을 다양한 alkanethiol 그룹으로 작용 MPCs의 평균) 작곡은 양성자 (1 H) 요오드 - 분해 시료의 핵 자기 공명 (NMR) 분석에 의해 결정하실 수 있습니다. <ol><li> 적절한 연기 후드의 환기와 톨루엔의 30 ML 1.1 g의 tetraoctylammonium의 브로마이드 (TOABr)를 해산. </li><li> 18 MΩ ultrapurified 물 (H 2 O UP)의 ~ 20 ML에서 0.38 g의 나트륨 borohydride (NaBH 4) 디졸브 최소한 30 분 이상 얼음 진정 수 있습니다. </li><li> UP H 2 O 중 ~ 20 ML에서 0.31 g 수소 tetrachloroaurate (HAuCl 4) 분해하고 양적 솔루션 혼합물은 추가를 사용하여 TOABr - 톨루엔 용액으로 환승 ~ UP H 2 O 5 ML을 수성 금을 위상 전송하기 위해서는 nonaqueous 솔루션에 솔루션입니다. 번제 오렌지 수성 맑은 nonaqueous 단계가 잘 혼합되도록 가볍게 30 분 덮인 동안 엄격하게 저어. </li><li> 분리 깔때기에 대한 명확한 수성과 번제 오렌지 nonaqueous 단계를 모두 전송합니다. 수성 (아래) 레이어와 가만히 따르다 깨끗한 플라스크로 nonaqueous (상단) 레이어를 폐기하십시오. </li><li> nonaqueous 솔루션 HAuCl 4 2시 1분의 비율 C6을 추가합니다. 같은 엷은 노란색, 거의 무색의 용액으로 붉은 오렌지색의 컬러 변화로 감지 끊을 (I) 폴리머를 형성 30 분 저어. </li><li> 0 ° C 감동과 함께 최소 30 분 절연 얼음 욕조와 진정 반응 혼합물을 전송합니다. </li><li> 양적 빠르게 즉시 이외에 MPCs의 두꺼운 검은 솔루션을 형성 thiols의 면전에서 금속 황금색의 Au를 (I) 줄이기 위해 반응 혼합물에 차게 NaBH 4 솔루션을 추가합니다. 0 하룻밤 반응을 저어 ° C. </li><li> , 분리 깔때기에 반응 혼합물을 전송 쓰레기 비커에 수성 (아래) 레이어를 삭제하고, 로타리 술병에 큰 검은 슬러지를 떠나 근처 완료 건조하는 nonaqueous (위) 톨루엔 레이어를 증발. </li><li> acetonitrile를 추가하고 밤새 앉아 있도록하여 MPCs을 촉진. </li><li> 고무 부품 및 흡인기와 사이드 무장 플라스크와 중간 다공성의 유리 프릿을 사용하여 진공 여과에 의해 MPCs를 수집하고 acetonitrile의 풍부한 양의 린스. </li><li> 공기 건조 MPCs는, 제품의 무게를 전송 전자 현미경 (TEM)과 NMR 분석에 의해 특성, 그리고 저장소가 나중에 사용하기 위해 덮힌 수 있습니다. formvar / 구리 그리드 (400 메쉬) 및 80-100 kV에서 TEM 악기를 운영에 대한 탄소 지원 영화에 톨루엔에 용해 드롭 주조 MPCs하여 TEM 이미지를 얻습니다. 평균 코어 크기는 같은 이미지 J (프리웨어)와 같은 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 추정 수 있습니다. </li></ol> 2. 필름 어셈블리 : 단백질 Monolayer의 전기에 대한 Dithiol 연결된 MPC 필름 조립 골드 기판 처음 electrochemically 몇 번 결국 dithiol 연결된 MPC 필름 어셈블리를 형성 반복되는 &#39;딥 사이클 &quot;을 만들길 dithiol 연결 분자와 C6 수정 MPCs의 솔루션을 번갈아에 immersing하기 전에 청소 및 C6 SAM과 수정 . 마찬가지로 이전의 연구에서 설명된 2가 녹농균 azurin (AZ) 단백질의 원래 플라스미드가 우아하게 라이스 대학과 AZ의 박사 코리 윌슨에 의해 주어졌다는 리치몬드 교수, 박사 조나단의 대학 정화와 동결 건조된 분말로 제공된 이후 자외선 볼 수 (UV - VIS) 분석에 의해 확인된대로 5-10 μm의 솔루션을 만드는 데 4.4 MM 인산 칼륨 완충액 (KPB, 산도 = 7.0, μ = 10 ㎜)과 rehydrated했습니다 Dattelbaum. <ol><li> 첫째 Lucite 리테이너 플레이트, 작업 전극으로 금 기판, 금 작업 전극에 황동 전기 접촉, 먼저 고무 가스켓, Viton 전극 영역을 정의하는 O - 링 : 아래쪽에서 위쪽으로 다음과 같은 순서로 전기 (echem) 샌드위치 셀을 조립 (0.32 cm 2), 유리 세포 기관, 초 고무 가스켓, 둘째 Lucite 리테이너 플레이트. 전체 세포는 스레드 봉에​​ 정신이 없는데, 조심스럽게 날개 너트를 강화합니다. 세포는 1 M KCl 포화, 자세 / AgCl 참조 와이어 및 PT 보조 전극 와이어와 유리 배럴을 전시하고 상업적으로 구입 기준 전극과 함께 장착되어 있습니다. </li><li> Electrochemically 청소 일0.2에서 0.9 V 가능성 Windows에서 0.2-1.2 V, 및 0.2-1.35를 주기적 voltammetry (CV)를 수행하여 전자 골드 기판 V (대 자세 / AgCl, KCl) 100 0.1 MH 2 솔루션에 MV / s의 4 SO 및 0.01 M의 KCl. </li><li> 0.1에서 0.4 V (대 자세 / AgCl, KCl) 100 스캔 KPB에서 MV / s의 1. 삭제를 KPB에 잠재적인 윈도우를 포함한 &quot;표준 약관&quot;에 CV를 수행하여 세척 베어 금 기판의 충전 전류를 측정하고 린스 연속와 H 2 H 2 O UP O, 에탄올 (EtOH), 그리고 EtOH UP. </li><li> EtOH 5 MM의 C6 솔루션 ~ 300 μl로 청소 황금 기판을 폭로하고 주문 C6 SAM을 형성 밤새 앉아 수 있습니다. 세포에서 C6 솔루션을 취소하고 H 2 O, EtOH, 그리고 UP H 2 O. UP, EtOH로 연속 린스 </li><li> 표준 조건에서 SAM의 충전 전류를 측정합니다. KPB을 취소하고 H 2 H 2 O UP O, EtOH, 그리고 EtOH UP와 연속 린스. 충전 전류는 현저하게 베어 금 측정 (2.3 단계)의 감소에서해야 1. </li><li> EtOH에서 1,9 - nonanedithiol (뉴펀들랜드 서머 타임) 솔루션 5 mm의 ~ 300 μl에 SAM 수정된 골드 기판을 폭로하고 C6 SAM 내의 분자를 연결 interdisperse 뉴펀들랜드 서머 타임에 1 시간을 위해 앉아 수 있습니다. 뉴펀들랜드 서머 타임 솔루션을 취소하고 H 2 O UP H 2 O, EtOH, 그리고 메틸렌 클로라이드 (CH 2 망할 CIA 2) UP, EtOH로 연속 철저하게 린스. </li><li> 천천히 1 시간에 대한 N 2 가스 버블링하여 CH 2 MPC 솔루션 동요와 함께 망할 CIA 2 (~ 1 MG / ML)로 골드 기판을 폭로. 필요한 경우 더 CH이 망할 CIA 2 증발 MPC 솔루션을 교체하십시오. 이것은 영화 어셈블리의 고정 MPC 층입니다. MPC 솔루션을 폐기하고 다시 CH 2 H 2 O UP 망할 CIA 2 및 KPB와 연속 린스. </li><li> 표준 조건에서 MPC 층의 충전 전류를 측정합니다. KPB을 취소하고 H 2 O 및 CH 2 망할 CIA 두 UP와 연속 린스. </li><li> 천천히 20 분에 대한 N 2 가스 버블링하여 CH 2 교반과 망할 CIA 2 5 MM의 뉴펀들랜드 서머 타임 솔루션 ~ 300 μl에 금을 기판을 폭로. </li><li> 뉴펀들랜드 서머 타임과 CH 2 망할 CIA 2와 린스 철저하게 폐기하십시오. 영화 어셈블리의 두 번째 MPC 계층을 입금하는 단계 2.7 및 2.8을 반복합니다. </li><li> 추가 MPC 레이어, 단계 2.9과 2.10을 입금하기 위해서는 반복됩니다. 각 추가 MPC 계층과 충전 전류에 상응하는 증가가 관찰됩니다. </li><li> 네트워크 MPC 영화가 완료되면, KPB와 필름 수정 기판 린스. AZ 단백질은 echem 샌드위치 셀로 KPB의 ~ 5-10 μm의 AZ 솔루션 ~ 150 μL를 주입하고 뒤덮힌 최소한 1 시간을 위해 냉장 앉아 있도록하여 MPC 필름 조립에 adsorbed 수 있습니다. </li><li> 냉장고에서 echem 세포를 제거하고 근처 상온으로 돌아갑니다 수 있습니다. 철저하게 10 분에 대한 N 2 가스 KPB, KPB와 리필 echem 세포 및 거품 KPB와 린스. </li><li> 단백질 monolayer 전기 연구가 0.25로 -0.25 V에서 잠재 창에서 이력서로 수행되는 V (대 자세 / AgCl, KCl) 100 스캔 뮤직 비디오 / KPB에서 초. </li></ol> 3. 필름 조립 : 광학 추적 Dithiol 연결된 MPC 필름 조립 사전 광학 평가를위한 MPC 필름을 성장하는 유리 슬라이드 섹션은 피라 냐가 솔루션 (CAUTION! 2시 1분는 4 H 2 O 2 SO H 2 집중되어)로 사전 세척 및 (3 mercaptopropyl) trimethoxysilane (3 MPTMS로 취급됩니다 .) 1-2 MPC 필름은 다음 이러한 수정 유리에 모였습니다 이전에 위에서 설명한 &quot;딥 사이클&quot;기법을 사용하여 슬라이드. <ol><li> CH이 망할 CIA 2 3 MPTMS 수정 유리 슬라이드를 씻어과 낮은 속도로 흔드는에 agitating 동안 CH 2 MPC 솔루션 망할 CIA 2 (~ 1 MG / ML) 1 시간을 위해 그것을 놓으십시오. 이것은 실란의 mercaptans의 endgroups에 MPCs를 고정하여 영화 어셈블리의 첫 번째 MPC 레이어를 완료합니다. CH이 망할 CIA 2, N 2 가스로 건조와 철저하게 슬라이드를 씻어. 슬라이드의 UV - VIS 스펙트럼을 (400-1000 nm의에서) 가지고, CH 2 망할 CIA 2 다시 린스. </li><li> 낮은 속도로 흔드는에 agitating 동안 1 시간에 대한 채널이 망할 CIA 2 5 MM의 뉴펀들랜드 서머 타임 솔루션에있는 슬라이드를 삽입합니다. CH이 망할 CIA 2와 슬라이드를 씻어. </li><li> 낮은 속도로 흔드는에 agitating 동안 1 시간에 대한 MPC 솔루션에있는 슬라이드를 삽입합니다. 이것은 영화 어셈블리의 두 번째 MPC 레이어를 완료합니다. CH이 망할 CIA 2, N 2 가스로 건조와 철저하게 슬라이드를 씻어과 슬라이드의 UV - VIS 스펙트럼을 (400-1000 nm의에서) 받아. 추가 MPC 레이어는 필름 어셈블리에 adsorbed대로 스펙트럼에 걸쳐 흡광도가 증가한다. </li><li> 추가 MPC 레이어, 세인트를 입금EPS 3.2-3.3이 반복됩니다. </li></ol> 4. Monolayer의 특성은 교차 단면 전송 전자 현미경에 의한 골드 클러스터 필름 어셈블리를 보호 TEM 크로스 섹션이 다시 포함 EN 얼굴 임베디드 영화 2. 12 이것은 먼저 깨끗한 표준 현미경에 3 MPTMS 수정 유리 슬라이드에 조립 MPC 필름을 부착하여 이루어집니다 의해 준비가되어 있도록 퍼가기 812 에폭시 수지를 사용하여 슬라이드 아래의 절차를 수행하는 동안 처리를 향상되었습니다. 높은 온도가 영화 내에서 MPCs를 분해되므로 적용 열과 함께주의를 사용하십시오. <ol><li> 혼합 비율은 812 에폭시 수지를 삽입하고 적어도 12 시간에 대한 진하게 수 있습니다. </li><li> 에폭시 수지와 &quot;00&quot;BEEM 캡슐을 입력하고 MPC 필름 샘플 (섹션 3 준비)의 상단에 반전. 거품은 에폭시 수지와 MPC 필름 샘플 사이에 인감을 생성, 캡슐의 상단에 상승 있도록 캡슐에 장소 압력. 60 이상 18 시간을위한 중합 허용 ° C 그리고 실내 온도에 탑재된 슬라이드를 냉각. </li><li> 열 ° C 연결된 MPC EN 얼굴 영화와 블록의 제거를 용이하게하기 위해 200 주조 알루미늄 철판에서 20 초에 대한 슬라이드를 마운트. </li><li> 보석의 본을 사용하여 BEEM 캡슐 블록의 필름을 포함하는 샘플을 잘라요. </li><li> 물론 실리콘의 내부를 만나게 MPC 필름 면을 실리콘 아파트 금형에 다시 삽입 제거 부분. 실온에서 에폭시 수지와 잘 실리콘을 채워 60 적어도 18 시간을위한 중합 수 있도록 ° C. 실내 온도 샘플을 좋았어. </li><li> 칼의 가장자리에 수직 섹션을 잘라 다이아몬드 나이프를 사용하여 Leica UCT ultramicrotome에서 60-80 nm의 얇은 샘플 섹션을 구합니다. </li><li> 장소 formvar / 구리 그리드 (400 메쉬)에 탄소 지원 필름 섹션을 얇게하고 MPC 필름 어셈블리 준비 크로스 섹션의 TEM 이미지를 가져가라. </li></ol> 5. 대표 결과 : <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig1.jpg" /> 5 마른주기 (MPC와 뉴펀들랜드 서머 타임 솔루션 노출을 교대)의 총 MPC 필름 성장 전류 모니터링 충전 1 개의 더블 레이어를 그림. 충전 전류는 (그림 2) 필름 MPC의 &quot;레이어&quot;를 추가, 각 수영 사이클과 함께 체계적으로 증가했다. 주기적 voltammograms는 V이 (대 자세 / AgCl, KCl) 4.4 MM의 인산 칼륨 버퍼에 MV / S (산도 = 7.0, μ = 10 ㎜) 100 스캔 0.1에서 0.4로 잠재적인 윈도우를 사용하여 수집되었습니다. ML Vargo, CP Gulka, JK Gerig, CM Manieri, JD Dattelbaum, CB 마크, NT 로렌스, ML Trawick, 그리고 MC 레오폴드, Langmuir 26 일 (1), 560-569의 허가 Reprinted. 저작권 2010 미국 화학 학회. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig2.jpg" /> 그림 2 dithiol 연결된 MPC 필름 어셈블리에 adsorbed AZ 단백질의 (A) 도식 표현. (B) MPC 필름 어셈블리에 adsorbed AZ에 대한 일반적인 순환 voltammogram는 V이 (대 자세 / AgCl, KCl) 4.4 MM의 인산 칼륨 버퍼 (산도가 = 7.0에서 100 MV / s의 스캔 -0.25에서 0.25로 가능성이 윈도우를 사용하여 수집 μ = 10 ㎜). <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig3.jpg" /> 3 MPTMS 수정 유리 슬라이드에 dithiol 연결된 MPC 영화 성장의 그림 3 UV - VIS 대표 스펙트럼 모니터링. 딥 사이클 링커 솔루션 MPC 솔루션에 노출을 따라 뉴펀들랜드 서머 타임에 유리 슬라이드의 노출로 구성되어 있습니다. 필름 두께의 성장과 동시 흡광도 증가의 각 후속 딥 결과입니다. 딥 사이클 증가로 표면 plasmon 밴드는 점차 ~ 520 nm의에서 정의됩니다. ML Vargo, CP Gulka, JK Gerig, CM Manieri, JD Dattelbaum, CB 마크, NT 로렌스, ML Trawick, 그리고 MC 레오폴드, Langmuir 26 일 (1), 560-569의 허가 Reprinted. 저작권 2010 미국 화학 학회. <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig4.jpg" /> dithiol - 연결된 MPC 필름 어셈블리의 그림 4 전송 전자 현미경 (TEM) 교차 단면 이미지 분석. 삽입 : 영화 어셈블리에서 사용 hexanethiolate 작용 MPCs의 일반적인 TEM 이미지. TEM 분석 이미지 J 분석을 사용하여 ~ 2 nm의 수 MPCs의 평균 골드 코어 직경을 결정. ML Vargo, CP Gulka, JK Gerig, CM Manieri, JD Dattelbaum, CB 마크, NT 로렌스, ML Trawick, 그리고 MC 레오폴드, Langmuir 26 일 (1), 560-569의 허가 Reprinted. 저작권 2010 미국 화학 학회.

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

단백질 monolayer의 전기는 산화 환원 단백질과 합성 흡착 플랫폼 사이의 상호 작용을 연구하는 데 효과적인 기술이다. 이 전략의 효과 그러나, 분자 수준의 제어 높은 수준의 흡착 인터페이스를 엔지니어 수있는 능력에 따라 달라집니다. 이 프로토콜에서 만든 MPC 기반 플랫폼보다 동질적인 단백질 흡착 환경 세를 제공하고 alkanethiolate SAMs를 고용 전통 PME 시스템에 비해 더 멀리 둘 ?...

<table border="1"><tr><th> 시약 및 장비의 명칭 </th><th> 회사 </th><th> 카탈로그 번호 </th></tr><tr><td> Tetraoctylammonium의 브로마이드 </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> 294,136 </td></tr><tr><td> 나트륨 borohydride </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> 213,462 </td></tr><tr><td> 수소 tetrachloroaurate </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> 254169 - 5G </td></tr><tr><td> 1 Hexanethiol </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> 234,192 </td></tr><tr><td> 전송 전자 현미경 </td><td> JEOL </td><td> 1010 </td></tr><tr><td> 핵 자기 공명 분광계 </td><td> Bruker 이동한다 </td><td> 300 MHz의 </td></tr><tr><td> 구리 그리드 (400 메쉬)에 Formvar / 탄소 지원 필름 </td><td> 전자 현미경 과학 </td><td> FCF400 - 잘라내기 </td></tr><tr><td> 골드 기판 </td><td> 증발 금속 영화 주식 회사 </td><td> 사용자 정의 </td></tr><tr><td> AG / AgCl 참조 전극 </td><td> Microelectrodes 주식 회사 </td><td> MI - 401F </td></tr><tr><td> Potentiostats </td><td> CH 인 스트 루먼트 주식 회사 </td><td> CHI650A, CHI610B </td></tr><tr><td> 1,9 - Nonanedithiol </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> N29805 </td></tr><tr><td> (3 mercaptopropyl) trimethoxysilane </td><td> 시그마 - 올드 리치 </td><td> 175,617 </td></tr><tr><td> 자외선 분광 표시 </td><td> 애질런트 </td><td> 8453 </td></tr><tr><td> 퍼가기 812 에폭시 수지 </td><td> 전자 현미경 과학 </td><td> 14,120 </td></tr><tr><td> &quot;00&quot;BEEM 캡슐 </td><td> 전자 현미경 과학 </td><td> 70000 - B </td></tr><tr><td> 실리콘 몰드 플랫 </td><td> 전자 현미경 과학 </td><td> 70,900 </td></tr><tr><td> 다이아몬드 나이프 </td><td> Diatome </td><td> 21 ULE, S12801 </td></tr></table>

synthesis, assembly, and characterization of monolayer protected gold nanoparticle films for protein monolayer electrochemistry

콜로이드 골드는 단백질 monolayer의 전기 (PME)의 흡착 플랫폼 역할을 필름 어셈블리로 합성하고 이후 통합됩니다 monolayer 보호 금색 클러스터 (MPCs)라는 alkanethiolate 리간드로 보호 nanoparticles. PME는 전자 송금 (동부 표준시) 반응을위한 산화 환원 파트너로서 역할을 수정 전극에서 흡착 플랫폼을 confining하여 산화 환원 단백질의 전기 특성을 공부를위한 모델 시스템으로 활용됩니다. 연구는이 자연의 황금 nanoparticle 필름 어셈블리가 더 균일한 단백질 흡착 환경을 제공하고 alkanethiol 자기 조립 monolayers (SAM)로 수정보다 전통적인 시스템에 비해 거리 의존하지 않고 동부 표준시를 촉진하는 것으로 나타났습니다. 1-3이 종이 MPCs에서 hexanethiolate 리간드가 수정된 부르 스트 반응 4를 사용하여 합성 및 자외선 가시 (UV - VIS) 분광, 전송 전자 현미경 (TEM), 그리고 양자 (1 H) 핵 자기 공명 (NMR)과 특징과 작용. MPC 필름은 MPC의 레이어와 dithiol 연결 분자를 교대의 &quot;딥 사이클&quot;메서드를 사용하여 SAM 수정된 골드 전극 인터페이스에서 조립됩니다. 금 전극에 영화의 성장은 시스템의 전류를 충전 더블 레이어의 변경 사항을 측정하여 electrochemically 추적됩니다. 실란 수정된 유리 슬라이드에 조립 유사한 영화는 예상 필름 두께를 제공합니다 영화의 성장과 교차 단면 TEM 분석의 광학 모니터링하실 수 있습니다. 필름 조립하는 동안, MPC의 리간드 보호 조작뿐만 아니라 내부의 연동 메커니즘은 서로 다른 흡착 메커니즘을 가지고 산화 환원 단백질과 인터페이스, 쉽게 적응 아르 네트워크 필름에 대한 수 있습니다. 예를 들어, 모나스 녹농균이라는 박테리아 azurin (AZ)는 hexanethiolate MPCs 및 시토크롬 C (cyt C) MPC 계면 층을 수정 카르복실산에 electrostatically 움직일 수의 dithiol 링크된 영화에 hydrophobically adsorbed 수 있습니다. 이 보고서에서는, 우리는 독점적 AZ 시스템 필름 프로토콜에 중점을두고 있습니다. MPC 플랫폼에서 수정된 합성 단백질의 흡착과 관련된 조사는 biomolecules과 인간이 만든 물질 사이의 상호 작용에 대한 이해를 더하고, 결과적으로 바이오 센서 구조, 동부 표준시 모델링 시스템 및 합성 biocompatible 물질의 개발을 원조 수 있습니다. 5-8

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Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry

monolayer 보호 클러스터 (MPCs)로 알려진 Alkanethiolate 안정화 황금 colloids은 합성 특징과 같은 간단한 산화 환원 단백질의 단백질 monolayer의 전기에 대한 흡착 인터페이스로 박막에 모였습니다<em&gt; 녹농균</em&gt; azurin (AZ)와 시토크롬<em&gt; C</em&gt; (cyt<em&gt; C</em&gt;).

Monolayer의 합성, 조립, 그리고 특성화는 단백질 Monolayer의 전기에 대한 골드 Nanoparticle 필름을 보호

Colloidal gold nanoparticles protected with alkanethiolate ligands called monolayer protected gold clusters (MPCs) are synthesized and subsequently ...

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Research

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Bioengineering

14.4K 조회수.  University of Richmond. monolayer 보호 클러스터 (MPCs)로 알려진 Alkanethiolate 안정화 황금 colloids은 합성 특징과 같은 간단한 산화 환원 단백질의 단백질 monolayer의 전기에 대한 흡착 인터페이스로 박막에 모였습니다 녹농균 azurin (AZ)와 시토크롬 C (cyt C).

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Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest in using nano-colloids for photo-thermal ablation, drug delivery and many other biomedical applications 6. Gold is particularly used because of its low toxicity 7-9. A property of metal nano-colloids is that they can have a strong surface plasmon resonance 10. The peak of the surface plasmon resonance mode depends on the structure and composition of the metal nano-colloids. Since the surface plasmon resonance mode is stimulated with light there is a need to have the peak absorbance in the near infrared where biological tissue transmissivity is maximal 11, 12.
We present a method to synthesize star shaped colloidal gold, also known as star shaped nanoparticles 13-15 or nanostars 16. This method is based on a solution containing silver seeds that are used as the nucleating agent for anisotropic growth of gold colloids 17-22. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of the resulting gold colloid showed that 70 % of the nanostructures were nanostars. The other 30 % of the particles were amorphous clusters of decahedra and rhomboids. The absorbance peak of the nanostars was detected to be in the near infrared (840 nm). Thus, our method produces gold nanostars suitable for biomedical applications, particularly for photo-thermal ablation.

We synthesized star shaped gold nanostars using a silver seed mediated growth method. The diameter of the nanostars ranges from 200 to 300 nm and the number of tips vary from 7 to 10. The nanoparticles have a broad surface plasmon resonance mode centered in the near infrared.

실버 씨앗 중재 성장 방법과 골드 Nanostar 합성

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

연구

생체공학

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the monitoring of therapeutic efficiency.1-3 The circulating low molecular weight proteome (LMWP) composed of small proteins shed from tissues and cells or peptide fragments derived from the proteolytic degradation of larger proteins, has been associated with the pathological condition in patients and likely reflects the state of disease.4,5 Despite these potential clinical applications, the use of Mass Spectrometry (MS) to profile the LMWP from biological fluids has proven to be very challenging due to the large dynamic range of protein and peptide concentrations in serum.6 Without sample pre-treatment, some of the more highly abundant proteins obscure the detection of low-abundance species in serum/plasma. Current proteomic-based approaches, such as two-dimensional polyacrylamide gel-electrophoresis (2D-PAGE) and shotgun proteomics methods are labor-intensive, low throughput and offer limited suitability for clinical applications.7-9 Therefore, a more effective strategy is needed to isolate LMWP from blood and allow the high throughput screening of clinical samples. 
Here, we present a fast, efficient and reliable multi-fractionation system based on mesoporous silica chips to specifically target and enrich LMWP.10,11 Mesoporous silica (MPS) thin films with tunable features at the nanoscale were fabricated using the triblock copolymer template pathway. Using different polymer templates and polymer concentrations in the precursor solution, various pore size distributions, pore structures, connectivity and surface properties were determined and applied for selective recovery of low mass proteins. The selective parsing of the enriched peptides into different subclasses according to their physicochemical properties will enhance the efficiency of recovery and detection of low abundance species. In combination with mass spectrometry and statistic analysis, we demonstrated the correlation between the nanophase characteristics of the mesoporous silica thin films and the specificity and efficacy of low mass proteome harvesting. The results presented herein reveal the potential of the nanotechnology-based technology to provide a powerful alternative to conventional methods for LMWP harvesting from complex biological fluids. Because of the ability to tune the material properties, the capability for low-cost production, the simplicity and rapidity of sample collection, and the greatly reduced sample requirements for analysis, this novel nanotechnology will substantially impact the field of proteomic biomarker research and clinical proteomic assessment.

We developed a technology based on mesoporous silica thin film for the selective recovery of low molecular weight proteins and peptides from human serum. The physico-chemical properties of our mesoporous chips were finely tuned to provide substantial control in peptide enrichment and consequently profile the serum proteome for diagnostic purposes.

Biomarker 디스커버리를위한 Mesoporous 실리카 박막의 낮은 분자량의 단백질 농축

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Combinatorial Synthesis of and High-throughput Protein Release from Polymer Film and Nanoparticle Libraries

Polyanhydrides are a class of biomaterials with excellent biocompatibility and drug delivery capabilities. While they have been studied extensively with conventional one-sample-at-a-time synthesis techniques, a more recent high-throughput approach has been developed enabling the synthesis and testing of large libraries of polyanhydrides1. This will facilitate more efficient optimization and design process of these biomaterials for drug and vaccine delivery applications. The method in this work describes the combinatorial synthesis of biodegradable polyanhydride film and nanoparticle libraries and the high-throughput detection of protein release from these libraries. In this robotically operated method (Figure 1), linear actuators and syringe pumps are controlled by LabVIEW, which enables a hands-free automated protocol, eliminating user error. Furthermore, this method enables the rapid fabrication of micro-scale polymer libraries, reducing the batch size while resulting in the creation of multivariant polymer systems. This combinatorial approach to polymer synthesis facilitates the synthesis of up to 15 different polymers in an equivalent amount of time it would take to synthesize one polymer conventionally. In addition, the combinatorial polymer library can be fabricated into blank or protein-loaded geometries including films or nanoparticles upon dissolution of the polymer library in a solvent and precipitation into a non-solvent (for nanoparticles) or by vacuum drying (for films). Upon loading a fluorochrome-conjugated protein into the polymer libraries, protein release kinetics can be assessed at high-throughput using a fluorescence-based detection method (Figures 2 and 3) as described previously1. This combinatorial platform has been validated with conventional methods2 and the polyanhydride film and nanoparticle libraries have been characterized with 1H NMR and FTIR. The libraries have been screened for protein release kinetics, stability and antigenicity; in vitro cellular toxicity, cytokine production, surface marker expression, adhesion, proliferation and differentiation; and in vivo biodistribution and mucoadhesion1-11. The combinatorial method developed herein enables high-throughput polymer synthesis and fabrication of protein-loaded nanoparticle and film libraries, which can, in turn, be screened in vitro and in vivo for optimization of biomaterial performance.

This method describes the combinatorial synthesis of biodegradable polyanhydride film and nanoparticle libraries and the high-throughput detection of protein release from these libraries.

조합의 합성과 고분자 필름과 Nanoparticle 도서관에서 높은 처리량 단백질 출시

Polyanhydrides are a class of biomaterials with excellent biocompatibility and drug delivery capabilities. While they have been studied extensively with ...

Synthesis of an Intein-mediated Artificial Protein Hydrogel

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of this hydrogel are two protein block-copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. A highly hydrophilic random coil is inserted into one of the block-copolymers for water retention. Mixing of the two protein block copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit with crosslinkers at either end that rapidly self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is very stable under both acidic and basic conditions, at temperatures up to 50 &#176;C, and in organic solvents. The hydrogel rapidly reforms after shear-induced rupture. Incorporation of a &#34;docking station peptide&#34; into the hydrogel building block enables convenient incorporation of &#34;docking protein&#34;-tagged target proteins. The hydrogel is compatible with tissue culture growth media, supports the diffusion of 20 kDa molecules, and enables the immobilization of bioactive globular proteins. The application of the intein-mediated protein hydrogel as an organic-solvent-compatible biocatalyst was demonstrated by encapsulating the horseradish peroxidase enzyme and corroborating its activity.

We present the synthesis of a split-intein-mediated protein hydrogel. The building blocks of this hydrogel are two protein copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. Mixing of the two protein copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit that self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is highly pH- and temperature-stable, compatible with organic solvents, and easily incorporates functional globular proteins.

테인 매개 인공 단백질 히드로 겔의 합성

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of ...

Fluorescence Recovery after Merging a Droplet to Measure the Two-dimensional Diffusion of a Phospholipid Monolayer

We introduce a new method to measure the lateral diffusivity of a surfactant monolayer at the fluid-fluid interface, called fluorescence recovery after merging (FRAM). FRAM adopts the same principles as the fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) technique, especially for measuring fluorescence recovery after bleaching a specific area, but FRAM uses a drop coalescence instead of photobleaching dye molecules to induce a chemical potential gradient of dye molecules. Our technique has several advantages over FRAP: it only requires a fluorescence microscope rather than a confocal microscope equipped with high power lasers; it is essentially free from the selection of fluorescence dyes; and it has far more freedom to define the measured diffusion area. Furthermore, FRAM potentially provides a route for studying the mixing or inter-diffusion of two different surfactants, when the monolayers at a surface of droplet and at a flat air/water interface are prepared with different species, independently.

We present a new technique to measure the lateral diffusion of a surface active species at the fluid-fluid interface by merging a droplet monolayer onto a flat monolayer.

액적 병합 후 형광 복구 인지질 단분자막 이차원 확산을 측정하도록

We introduce a new method to measure the lateral diffusivity of a surfactant monolayer at the fluid-fluid interface, called fluorescence recovery after ...

Synthesis of Gold Nanoparticle Integrated Photo-responsive Liposomes and Measurement of Their Microbubble Cavitation upon Pulse Laser Excitation

Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control over the drug release. However, most of the relevant technologies are still in the development process and are unprocurable by clinics. Here, we describe a facile fabrication of these photo-responsive NPs with commercially available gold NPs and thermo-responsive liposomes. Calcein is used as a model drug to evaluate the encapsulation efficiency and the release kinetic profile upon heat/light stimulation. Finally, we show that this photo-triggered release is due to the membrane disruption caused by microbubble cavitation, which can be measured with hydrophone.

This protocol describes a simple preparation method for gold nanoparticle integrated photo-responsive liposomes with the commercially available materials. It also shows how to measure the microbubble cavitation process of the synthesized liposomes upon the treatment of pulsed laser.

펄스 레이저인가 전압에 따라 금 나노 입자 통합 사진 응답 리포좀과 그들의 마이크로 버블 공동 현상의 측정의 합성

Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control ...

Micropatterning and Assembly of 3D Microvessels

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass based substrates, and hydrogel-based tube formation assays. These assays, while informative, do not recapitulate lumen geometry, proper extracellular matrix, and multi-cellular proximity, which play key roles in modulating vascular function. This manuscript describes an injection molding method to generate engineered vessels with diameters on the order of 100 &#181;m. Microvessels are fabricated by seeding endothelial cells in a microfluidic channel embedded within a native type I collagen hydrogel. By incorporating parenchymal cells within the collagen matrix prior to channel formation, specific tissue microenvironments can be modeled and studied. Additional modulations of hydrodynamic properties and media composition allow for control of complex vascular function within the desired microenvironment. This platform allows for the study of perivascular cell recruitment, blood-endothelium interactions, flow response, and tissue-microvascular interactions. Engineered microvessels offer the ability to isolate the influence from individual components of a vascular niche and precisely control its chemical, mechanical, and biological properties to study vascular biology in both health and disease.

This manuscript presents an injection molding method to engineer microvessels that recapitulate physiological properties of endothelium. The microfluidic-based process creates patent 3D vascular networks with tailorable conditions, such as flow, cellular composition, geometry, and biochemical gradients. The fabrication process and examples of potential applications are described.

미세화 및 3D 미세 혈관의 조립

In vitro platforms to study endothelial cells and vascular biology are largely limited to 2D endothelial cell culture, flow chambers with polymer or glass ...

Synthesis of Cationized Magnetoferritin for Ultra-fast Magnetization of Cells

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs). Achieving sufficient cellular uptake of SPIONs is a challenge that has traditionally been met by exposing cells to elevated concentrations of SPIONs or by prolonging exposure times (up to 72 hr). However, these strategies are likely to mediate toxicity. Here, we present the synthesis of the protein-based SPION magnetoferritin as well as a facile surface functionalization protocol that enables rapid cell magnetization using low exposure concentrations. The SPION core of magnetoferritin consists of cobalt-doped iron oxide with an average particle diameter of 8.2 nm mineralized inside the cavity of horse spleen apo-ferritin. Chemical cationization of magnetoferritin produced a novel, highly membrane-active SPION that magnetized human mesenchymal stem cells (hMSCs) using incubation times as short as one minute and iron concentrations as lows as 0.2 mM.

A protocol for the synthesis and cationization of cobalt-doped magnetoferritin is presented, as well as a method to rapidly magnetize stem cells with cationized magnetoferritin.

세포의 초고속 자화에 대한 양이온 Magnetoferritin의 합성

Many important biomedical applications, such as cell imaging and remote manipulation, can be achieved by labeling cells with superparamagnetic iron oxide ...

Synthesis of Functionalized 10-nm Polymer-coated Gold Particles for Endothelium Targeting and Drug Delivery

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting and drug delivery are some of the applications of these AuNPs, but endothelial extracellular matrices&#39; defensive properties hamper particle uptake. To address this issue, we describe a synthesis method for ultrasmall gold nanoparticles to improve vascular delivery, with customizable functional groups and polymer lengths for further adjustments. The protocol yields 2.5 nm AuNPs that are capped with tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium chloride (THPC). The replacement of THPC with hetero-functional polyethylene glycol (PEG) on the surface of the AuNP increases the hydrodynamic radius to 10.5 nm while providing various functional groups on the surface. The last part of the protocol includes an optional addition of a fluorophore to allow the AuNPs to be visualized under fluorescence to track nanoparticle uptake. Dialysis and lyophilization were used to purify and isolate the AuNPs. These fluorescent nanoparticles can be visualized in both in vitro and in vivo experiments due to the biocompatible PEG coating and fluorescent probes. Additionally, the size range of these nanoparticles render them an ideal candidate for probing the glycocalyx without disrupting normal vasculature function, which may lead to improved delivery and therapeutics.

We describe a method of synthesizing biocompatible 10-nm gold nanoparticles, functionalized by coating poly-ethylene glycol onto the surface. These particles can be used in vitro and in vivo for delivering therapeutics to nanoscale cellular and extracellular spaces that are difficult to access with conventional nanoparticle sizes.

기능성된 10 nm 폴리머-코팅 된 금 입자 피 대상에 대 한 및 약물 전달의 합성

Gold nanoparticles (AuNPs) have been used extensively in medical research due to their size, biocompatibility, and modifiable surface. Specific targeting ...

Assembly and Characterization of Biomolecular Memristors Consisting of Ion Channel-doped Lipid Membranes

The ability to recreate synaptic functionalities in synthetic circuit elements is essential for neuromorphic computing systems that seek to emulate the cognitive powers of the brain with comparable efficiency and density. To date, silicon-based three-terminal transistors and two-terminal memristors have been widely used in neuromorphic circuits, in large part due to their ability to co-locate information processing and memory. Yet these devices cannot achieve the interconnectivity and complexity of the brain because they are power-hungry, fail to mimic key synaptic functionalities, and suffer from high noise and high switching voltages. To overcome these limitations, we have developed and characterized a biomolecular memristor that mimics the composition, structure, and switching characteristics of biological synapses. Here, we describe the process of assembling and characterizing biomolecular memristors consisting of a 5 nm-thick lipid bilayer formed between lipid-functionalized water droplets in oil and doped with voltage-activated alamethicin peptides. While similar assembly protocols have been used to investigate biophysical properties of droplet-supported lipid membranes and membrane-bound ion channels, this article focuses on key modifications of the droplet interface bilayer method essential for achieving consistent memristor performance. Specifically, we describe the liposome preparation process and the incorporation of alamethicin peptides in lipid bilayer membranes, and the appropriate concentrations of each constituent as well as their impact on the overall response of the memristors. We also detail the characterization process of biomolecular memristors, including measurement and analysis of memristive current-voltage relationships obtained via cyclic voltammetry, as well as short-term plasticity and learning in response to step-wise voltage pulse trains.

Soft, low-power, biomolecular memristors leverage similar composition, structure, and switching mechanisms of bio-synapses. Presented here is a protocol to assemble and characterize biomolecular memristors obtained from insulating lipid bilayers formed between water droplets in oil. The incorporation of voltage-activated alamethicin peptides results in memristive ionic conductance across the membrane.

The ability to recreate synaptic functionalities in synthetic circuit elements is essential for neuromorphic computing systems that seek to emulate the ...