이 작품은 마리 퀴리 국제 재 통합 그랜트와 독일 - 이스라엘 재단에 의해 지원되었다. 우리는 AFM 분석을 위해 씨의 Yair Razvag을 인정합니다.

1. Homoaromatic 디 펩티드의 자기 조립 <ol><li> 해당 동결 건조 된 형태 (예, NH-2의 Phe-Phe가-OH,-BOC의 Phe-Phe가-COOH)에서 원하는 펩타이드를 달아 1,1,1,3,3,3 - 헥사 펩티드에 용해시켜 스톡 용액을 준비 - 2 - 프로판올 7,17,46 (NH 2의 Phe-Phe가-OH 및 BOC-반페 - 반페-COOH 예 : 100 ㎎ / ㎖) 적절한 농도 (HFP). </li><li> 펩타이드가 완전히 용해 액이 (몇 분) 분명해 보인다 때까지 벤치에 소용돌이와 장소를 사용하여 솔루션을 섞는다. </li><li> 적절한 농도 (나노 튜브의 형성에 트리플 증류수 NH 2의 Phe-Phe가-OH (TDW)의 예 2 ㎎ / ㎖로, 적당한 용매, 펩티드 원액을 희석; 펩티드의 2 μl를 첨가함으로써 98 μL TDW, 구형 구조의 형성을위한 에탄올 BOC-반페 - 반페-COOH의 5 ㎎ / ㎖)에 원액. </li><li> 24 대한 RT에서 용액을 유지시간. </li><li> 어떤 사전 집계를 피하기 위해, 각 실험을위한 신선한 원액을 준비한다. </li></ol> 2. 두 Homoaromatic 디 펩티드의 Coassembly <ol><li> TDW과 무수 에탄올 같은 부피를 혼합하여 50 % 에탄올 용액을 제조. 두 용액을 혼합하는 소용돌이를 사용합니다. </li><li> NH 2의 Phe-Phe가-OH 펩타이드 및 BOC-의 Phe-Phe가-OH 펩타이드의 1 MG의 2 밀리그램 무게. 100 ㎎ / ㎖의 농도로 HFP 각 펩티드를 용해. </li><li> 소용돌이를 사용하여 펩티드 원액을 혼합 및 펩티드가 완전히 용해 및 솔루션을 분명히 보일 때까지 벤치에 배치합니다. </li><li> 펩티드에게 원하는 비율 원액을 혼합. 이 특정 실험에서 (각각 5:3 최종 비율) BOC-의 Phe-Phe가-OH 펩타이드의 6 μL와 NH 2의 Phe-Phe가-OH 펩타이드의 10 μl를 혼합. 인해 HFP 용매의 높은 휘발성으로, 그것은 (이것은 스톡 용액을 다량 준비하는 추천 레아에서세인트 10 μL). </li><li> 혼합 펩티드 원액을 혼합하는 소용돌이를 사용합니다. </li><li> 원하는 최종 농도 50 % 에탄올을 혼합 펩티드 원액을 희석. 이러한 특정 실험에서, 각각 BOC-의 Phe-Phe가-OH에 대한 NH 2의 Phe-Phe가-OH 및 3 ㎎ / ㎖에 대한 5 mg / ml의 최종 농도를 얻기 위해, 혼합 된 펩티드 원액의 13 μL를 추가 50 % 에탄올 용액 92 μL에. 부드럽게 솔루션을 혼합 피펫을 사용합니다. </li><li> 24 시간 동안 실온에서 용액을 유지한다. </li><li> 이 때문에, 용매의 휘발성이 높은 특성으로 실험 펩티드의 농도의 작은 변화에 민감 주목해야한다. 따라서, 신선한 주식 솔루션은 각 실험에 대한 준비를해야합니다. </li></ol> 3. 주사 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 자기 조립 된 구조물의 특성화 <ol><li> 배양 24 시간 후, 유리 코브 펩타이드 용액 10 ㎕의 방울을 적용RT에서 R 슬립 건조. </li><li> 외투 90 초 동안 스퍼터 코터를 이용하여 금의 박막 (몇 나노 미터)를 가진 유리 샘플. </li><li> 이미지 SEM은 10 ~ 20 kV의에서 작동하여 어셈블리. </li></ol> 4. 투과 전자 현미경 (TEM)을 이용하여 자기 조립 구조의 특성 <ol><li> 탄소 덮여 및 폴리머 필름의 지원에 의해 안정화 200 메쉬 구리 그리드에 펩티드 용액을 10 ㎕의 드롭 놓습니다. </li><li> 1 분 후 여과지를 사용하여 여분의 액체를 제거합니다. </li><li> TDW의 2 % 우라 닐 아세테이트의 솔루션을 준비합니다. 0.22 μm의 필터 장치를 이용하여 용액을 고를. </li><li> 샘플 (음 염색) 염색하기, 그리드에 10 μL의 우라 닐 아세테이트 용액 한 방울을 배치합니다. </li><li> 30 초 후 종이 필터를 사용하여 여분의 액체를 제거합니다. 그것은 부정 얼룩이 화상의 콘트라스트를 개선하지만, 모든 경우에 필수적이지는 것을 주목해야한다. </li><li> 이미지 일에 샘플120 kV의에서 작동 TEM에 의한 전자 격자입니다. </li></ol> 5. 원자 힘 현미경 (AFM)에 의한 어셈블리의 3 차원 특성 <ol><li> 3.1 절에 설명 된 절차를 사용하여 AFM 분석을 위해 샘플을 준비한다. </li><li> AC 모드에서 작업 AFM 악기를 사용하여 유리에 샘플을 분석합니다. 3 N / m의 스프링 상수와 75 kHz의 공진 주파수와 실리콘 캔틸레버를 사용합니다. </li><li> 원하는 구조를 찾기 위해, 격자의 큰 영역을 스캐닝함으로써 시작. 그런 다음 특정 작은 영역에 집중하고 (스캔 크기는 이미지의 X 2.5 μm의 2.5 ㎛,이 원고에 포함)를 검사합니다. </li></ol> 6. FT-IR에 의한 이차 구조의 특성 <ol><li> CaF2를 창으로 펩티드 용액을 30 ㎕의 드롭을 적용합니다. </li><li> 이 솔루션은 실온에서 건조하도록 허용합니다. </li><li> IR 스펙트럼에서 물의 흡착 1,650센티미터에 -1입니다.이 피크는 펩티드 결합의 아미드 I 밴드의 중심에있다. 또한, 펩타이드 및 단백질 47의 α-나선 구조의 전형적인 피크이다. 이 문제를 극복하고 물 신호를 피하기 위하여, 수소 - 투 - 중수소 교환이 수행되어야한다. 건조 된 펩타이드 샘플에 중수 한 방울 (D 2 O)을 놓습니다. 드롭은 완전히 창에서 펩타이드 보증금을 충당 할 수있을만큼 충분히 커야합니다. </li><li> 샘플은 진공 상태에서 건조하도록 허용합니다. </li><li> 반복 최대 수소를 중수소 교환을 보장하기 위해 6.3 및 6.4 배 단계를 반복합니다. 그 분석까지 진공에서 샘플을 저장합니다. </li><li> 중수 소화 triglycine 황산 (DTGS) 검출기를 사용하여 FT-IR 스펙트럼을 기록합니다. FT-IR 시스템은 샘플의 환경에서 습도를 방지하기 위하여, 퍼지 가스 발생기를 포함한다. 짧은 펩티드의 샘플의 경우, 4cm-1의 해상도로 샘플 2,000 X를 스캔하는 것이 가장 좋습니다. 최소 투과율 값은 그렇게함으로써 결정될 수있다ftware 악기와 함께 제공. </li></ol>

저자는 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

요약하면, 본 논문은 펩타이드 기반 어셈블리를 체외에서 형성 될 수있는 용이성을 보여줍니다. 프로세스는 시판 펩티드 및 용매를 포함하고,이 시험관에 극성 용매의 첨가시, 주위 조건하에 자발적으로 일어난다. 이 때문에, 다른 유기 용매에 펩티드의 낮은 용해도 때문에, 펩티드의 용매로서 HFP를 사용하는 것이 중요하다. 또, 인해 HFP의 높은 변동성으로는 각 실험을위한 신선한 원액을 ?...

자연 형태의 생체 분자 자기 조립의 과정에서 구조를 주문하고 기능. 이 자연 과정을 지배하는 힘을 이해하는 것은 체외에서 자기 조립을 모방 결과적으로 재료 과학 10, 11의 지역의 주요 진보 할 수있는 능력으로 이어질 수 있습니다. 펩티드는, 구체적으로, 그들은 큰 구조의 다양성, 화학 합성의 용이성을 제공하기 때문에, 생명 빌딩 블록으로 큰 약속을 잡고, 쉽게 생물학적 및 화학적 실체로 작용 될 수있다. 펩티드 자기 조립의 필드는 Ghadiri 및 D-및 L-아미노산 (12)을 교대로 환형 펩타이드 의해 펩타이드 나노 튜브의 자기 조립을 증명 그의 동료에 의해 ​​개척되었다. 펩타이드 어셈블리의 디자인에 다른 성공적인 접근 방식은 선형 bolaamphiphile 펩티드 5, 양친 (AP) 6, 비공 자체 보완 이온 펩타이드 13, 계면 활성제와 같은 펩타이드를 포함 <suP&gt; 4,14, 및 디 블록은 15 copolypeptides. 보다 최근의 접근 방식은 짧은 방향족 펩티드의 자기 조립을 수반 homoaromatic 디 펩티드를 칭했다. 이 펩티드는 방향족 특성 (예를 들면의 Phe-Phe가, t-부틸 디 카보네이트 (BOC)의 Phe-Phe가) 7,8,16-21와 두 개의 아미노산을 포함한다. 이러한 homoaromatic 펩타이드에 의해 형성되는 구조는 관 구조, 분야, 시트와 같은 어셈블리 및 섬유 6,8,15,21-32 있습니다. 일부 경우에서 섬유는 하이드로 겔 33-37을 산출 브릴 메시를 생성한다. 이러한 어셈블리는 바이오 센서, 약물 전달, 분자 전자 공학 등의 응용 프로그램에 대한 악용되었다. 38-45 이 논문은 homoaromatic 펩티드의 자발적인 자기 조립을 시작하기 위해 필요한 실험 단계에 대해 설명합니다. 또, coassembly 펩티드의 과정을 제시한다. 이 프로세스는 펩티드의 하나 이상의 유형의 자기 조립을 포함모노머. diphenylalanine 펩티드 (NH 2의 Phe-Phe가-COOH)와 BOC는 아날로그 보호 (BOC-반페 - 반페-OH) : 우리의 데모는 두 개의 상업적으로 이용 가능한 펩티드의 coassembly이 포함되어 있습니다. supermolecular 구조로 펩타이드의 자기 조립의 각 : 어느 분야 나 섬유에 diphenylalanine 펩타이드 형태의 관 어셈블리 및 BOC-의 Phe-Phe가-OH 펩타이드 자기 조립 용매 7,17,46에 따라. 우리는 일정한 비율로 두 개의 펩티드를 혼합 및 전자 현미경, 현미경 및 FT-IR 분광법에 의해 생성 된 어셈블리를 특징으로한다. 방법은 수백 나노 미터의 직경을 갖는 기다란 조립체에 의해 연결되는 여러 미크론의 직경 (1-4 μM)와 구형 요소 (300-800 ~ NM)로 구성된다 펩티드 구조의 형성을 증명 . 구형 구조에 스레드 것 같습니다으로 어셈블리는, 자신의 형태에 의하여 구슬로 장식 된 문자열과 유사연장 된 어셈블리. 따라서 우리는 이러한 어셈블리 &quot;생명 목걸이&quot;라고. &quot;생명의 목걸이는&quot;약물 전달 에이전트 또는 전자 애플리케이션을위한 발판으로, 새로운 생체​​ 재료의 역할을 할 수도 있습니다. 또한, 펩티드의 자기 조립에 이르게 절차 펩티드 및 생체 분자의 다른 클래스로 이용 될 수있다. 그것은 자기 조립과 새로운 주문 구조의 형성에 관여하는 힘의 더 나은 이해로 이어질 수 있습니다.

<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

자연에서, 복잡한 기능적 구조는 온화한 조건 하에서 생체 분자의 자기 조립에 의해 형성된다. 자기 조립을 제어하는 힘을 이해하고 체외에서이 과정을 흉내 낸 것은 재료 과학 및 나노 기술 분야에서 큰 진보를 가져올 것입니다. 그들은 상당한 다양성을 선물로서 사용할 생물학적 빌딩 블록들, 펩티드는 대규모에서의 합성이 간단, 여러 가지 장점을 가지고, 그들이 쉽게 생물학적 및 화학적 실체 1,2로 변형 될 수있다. 이러한 환상 펩티드, amphiphile 펩타이드 및 펩타이드 복합체 용액에 주문 구조로 자기 조립으로 설계 펩티드의 여러 클래스. Homoaromatic 디 펩티드는, 예컨대 나노 튜브, 분야와 브릴 3-8으로 주문할 구조를 형성하는 데 필요한 모든 정보를 포함하는 분자 짧은 자기 조립 펩티드의 클래스이다. 이 펩티드의 큰 다양한 상업적으로 사용할 수 있습니다. <p클래스 = &quot;jove_content&quot;&gt;이 논문은 homoaromatic 펩타이드의 자기 조립에 의해 정렬 된 구조의 형성에 이르게하는 과정을 제시한다. 프로토콜은 상용 시약 및 기초 실험실 장비가 필요합니다. 또한, 종이는 펩타이드 기반 어셈블리의 특성에 사용할 수있는 몇 가지 방법에 대해 설명합니다. 이러한 방법은 전자와 원자 힘 현미경을 포함 적외선 분광기 (FT-IR)를 푸리에 - 변환. 또한, 원고는 펩티드의 블렌딩 (coassembly),이 처리에 의해 같은 구조 &quot;문자열에 구슬&quot;의 형성을 보여준다. 9 여기에 제시된 프로토콜은 잠재적으로 수 펩티드 또는 생물학적 빌딩 블록의 다른 클래스에 적응 될 수 있고 새로운 펩타이드 기반 구조의 발견과 그 어셈블리의 더 나은 제어로 이어집니다.

이 논문은 펩티드의 자기 조립에 의하여 나노 및 마이크로 스케일에서 정렬 구조의 형성 방법을 설명한다. 우리는 선물이 간단한 과정을 설명하고 두 가지 간단한 방향족 펩티드의 coassembly (그림 1)의 특성을하기 위해. 펩타이드 중 하나는 나노 미터 크기 7 빈 관 구조로 수용액에 자기 조립 수있는 NH 2의 Phe-Phe가-OH (diphenylalanine) 펩타이드이다. 다른 펩타이드는 BOC 보호...

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

이 논문은 자기 조립의 자연 프로세스에 의해 주문한 높은 펩타이드 기반 구조의 형성을 설명합니다. 이 방법은 시판 펩티드 및 일반적인 실험실 장비를 이용한다. 이 기술은 펩티드의 큰 다양성에 적용 할 수 있으며, 새로운 펩티드 어셈블리의 발견으로 이어질 수있다.

짧은 펩타이드의 자기 조립에 의해 주문 생체 고분자 구조의 형성

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

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12.7K 조회수.  The Hebrew University of Jerusalem.  이 논문은 자기 조립의 자연 프로세스에 의해 주문한 높은 펩타이드 기반 구조의 형성을 설명합니다. 이 방법은 시판 펩티드 및 일반적인 실험실 장비를 이용한다. 이 기술은 펩티드의 큰 다양성에 적용 할 수 있으며, 새로운 펩티드 어셈블리의 발견으로 이어질 수있다. 

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Origami Inspired Self-assembly of Patterned and Reconfigurable Particles

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

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

종이 접기 고취 패턴 및 재구성 입자의 자기 조립

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

연구

화학

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.

전자 레인지를 이용한 폴리의 기능화 (에틸렌 글리콜) 및 체인 중합 및 하이드로 겔 형성에있는 사용을위한 온 수지 펩티드

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.

단일 가닥 DNA 타일에서 단지 두 차원 모양의 자기 조립 (self-assembly)

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.

단일 분자 힘 분광학을 사용하여 무기 재료와 아미노산 및 펩타이드의 상호 작용에 대한 통찰력

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.

자기 집합에 있도록 폴리스 티 렌과 이방성 Patchiness Multiwalled 탄소 나노튜브를 접목

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.

나노 입자의 자기 조립 추적에 대 한 액체 셀 전송 전자 현미경 검사 법

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.

구형 및 벌레 모양의 Micellar 나노 자기 조립, 분무, 결합 하 여 용 매 기반 구조 제어의 제조

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.

합성 및 특성 1, 2-Dithiolane의 수정 자가 조립 펩 티 드

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.

Gold(III)의 바인딩에 의해 소 혈 청 알 부 민의 다양 한 Conformations에 Luminophore 형성

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.

생체 고분자 첨가제의 존재에 있는 탄산칼슘 대형

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