NSF-MRI 프로그램 (CHE : 1229103)는 새로운 전자 제어 장치, 소프트웨어, 액체 세포 및 이중 AFM / STM을 조립하는 데 필요한 다른 장비의 구입 자금을 인정한다. 우리는 AFM 계측, 교육 및 영상에 대한 지원은 시카고 NSF-MRSEC 프로그램의 대학 (DMR-0820054)의 공용 시설을 인정하고 악기 시간 동안 재료 연구 시설 네트워크 (DMR은-0820054)에 의해 제공. 우리는 특히 우리의 캠퍼스에 필요한 장비를 가져 NSF-MRI 제안의 자금 전에 학생들을 환영 박사 Qiti 구오 박사 저스틴 Jureller, 교수 카 유 리 감사합니다. 소모품 공급을위한 여름 연구 학생 및 교직원에 대한 생활비 지원뿐만 아니라 제공하는 노스 이스턴 일리노이 대학에게 수여 : (P031C110157 ID) 우리는 제목 III STEM 기금에서 자금을 인정합니다. 마지막으로, 우리는 계속 악기 지원 및 R에 대한 허가를 브루 커 (Bruker) 나노, 주식을 인정PeakForce QNM의 메커니즘을 보여주는 플롯을 eproduce 및 자동 소프트웨어 업데이트를 설명하는 단어 ScanAsyst을 사용합니다.

1 컴퓨터 및 현미경 설정 <ol><li> N 2 실린더의 밸브를 열고 공기 테이블이 부동 레벨 확인하기 위해 노브를 조정합니다. </li><li> 이 순서에서 컴퓨터, 컨트롤러 및 파이버 광섬유 조명을 켜십시오. </li><li> AFM / LFM 모드로 스캐너를 설정하고 AFM의 머리에 카메라를 중심으로. </li><li> 오픈 소프트웨어입니다. 선택 실험 카테고리 &quot;나노 기계 속성&quot;, 실험 그룹에서 &quot;양적 나노 기계 매핑&quot;, 그리고 실험에서 &quot;유체의 PeakForce QNM&quot;. 부하 실험 한 다음 설정을 클릭합니다. </li><li> 스테이지의 표면을 볼 Z 목적을 사용 카메라 초점. / 아래로 거친을 사용 피에조 약 1mm AFM 헤드 구경의 표면 아래의 단계를 이동합니다. </li></ol> 운모 표면의 2 준비 <ol><li> 깨끗한 샘플지지 디스크 (직경 15 mm, 두께 0.8 mm)의 표면에 접착 스티커를 누른다. 운모 V-4를 밀어접착제 위에 등급 디스크 (25 X 25 X 26mm)가 단단히 연결까지. </li><li> 완전히 공기 방울이와 함께 부착 보장 운모에 명확한 테이프의 조각을 문질러. 균등을 절단 한 측에서 운모 오프 테이프를 당깁니다. 운모는 평평 보장하기 위해 필요한 경우 반복합니다. </li><li> 그립지지 디스크, 원형 핀셋 (디스크 그리퍼)의 쌍 정리 운모 측, 및 스캐너에 놓는다. 운모는 AFM 헤드 개구의 레벨 이하이어야한다. </li></ol> 3 유체 셀 조립 및 운모 표면의 영상 <ol><li> 액체 셀, O-링, 주사기 어댑터, 호스 어댑터, 및 100 % 에탄올 토출 호스 린스. DI 물 내의 유체 세포를 씻어. 모든 부분의 공기가 완전히 건조한 상태가되도록하십시오. </li><li> 깨끗한 유체 셀 포트에 호스 어댑터를 밀어 넣습니다. 부드럽게 플랫 향하고 핀셋을 사용하여 유체 셀의 중심에 압입 O-링을 누른다. </li><li> 프로브 고정 클립을 살짝 봄을 누르고 groov에서 멀리십시오팁을위한 전자. </li><li> 평면 향하고 핀셋으로 멀리 끝에서 긴 끝에 프로브를 잡고. 셀의 중심에 대향하는 선단부와 그루브로 프로브를 배치했다. 에 스프링을 밀어하고 (그림 1B)를 확보하기 위해 프로브를 통해 고정 클립을 조정합니다. </li><li> 완전히 (그림 1C) 들어 갔는지 확인하기 위해 AFM에 클램프를 확인합니다. </li><li> 유체 셀, O-링을 놓고 운모 샘플의 상단에, 아래로 향 프로브. 유체 셀이 AFM의 스터드에 휴식을 허용합니다. 무대에서 유체 셀을 안정시키기 위해 클램프를 낮 춥니 다. 육안 검사가 제대로 지원 디스크와 유체 셀 사이에 압축 된 O-링 표시 될 때까지 현미경의 아래쪽 스위치를 누르십시오. </li><li> 모니터를 보면서, 화면 유체 셀의 상단을 시각화하는 거친 조정 노브 초점. </li><li> X / Y 조절 노브와 Z를 사용하여 목적 팁의 선명한 화상이있을 때까지 이동을 현미경. 팁 앱합니다금속, 황금 삼각형과 같은 귀. 현미경 아래 피에조 레버를 이용하여 시료 표면에 가까운 선단을 이동. 팁의 반사에 초점을 맞 춥니 다. 그것의 반사의 관계에서 실제 캔틸레버를 추적. 이 단계에서, 이들은 밀접하게 정렬되지만 완전히 겹치지 않는한다. </li><li> 멸균 한 ML의 주사기에 주사기 어댑터를 연결합니다. 주사기 어댑터 토출 호스의 일단을 부착하고 완충 용액 용기에 호스의 타 단부를 배치했다. 완전히 주사기의 플런저를 확장 할 수 있습니다. </li><li> 유체 셀 호스 어댑터에 호스를 연결합니다. 유체가 완전히 중심 챔버를 채울 때까지 부드럽게 플런저를 누릅니다. 기포가없는 보장하기 위해 셀을 확인합니다. 현미경에 유체 셀에서 쏟아져에는 유체가없는 확인하십시오. 제기 고체 지지체에 주사기를 놓습니다. </li><li> 화면의 레이저 (확산 빨간 점)을 찾기 위해 카메라 공급 및 X / Y 번역 노브를 사용합니다. 레이저 movem 사용엔트 컨트롤 노브는 팁에 레이저를 이동합니다. </li><li> (- 6 값 = 4) 현미경에 표시 합 신호가 최대가 될 때까지 미세 레이저 및 미러 컨트롤을 조정합니다. </li><li> (± 0.1) 가능한 제로에 가깝도록 현미경에 표시 수직 및 수평 편향을 낮출 좌측 후방 측면에 노브와 주사 헤드의 상단 왼쪽 사분면을 사용 다이오드의 각도를 조정한다. </li><li> 소프트웨어에서 취득 옵션을 선택합니다. 최소 선택 높이 (추적 및 트레이스), 최대 힘의 오류 및 변형에서. 다른 옵션은 사용자 종속적이며 실험가가 원하는 특정 정보에 기초하여 맞추어 질 수있다. </li><li> 각 획득 창에서 RT 비행기 맞추기위한 &quot;라인&quot;을 선택합니다. 높이 창에서 OT 평면 맞추기위한 &quot;없음&quot;을 선택합니다. 아직 수행되지 않은 경우 X 및 Y는 0으로 오프셋 및 주사 각도를 설정한다. </li><li> 1 Hz에서, 256 라인 당 샘플, ScanAsyst 자동 제어에 스캔 속도를 설정개인, Off로 ScanAsyst 자동 Z 한계. 500 nm의 Z 제한을 변경합니다. 1 μm의 스캔 크기를 설정합니다. </li><li> 참여를 클릭합니다. 이 시점에서, 팁 표면에 접근한다. 선단이 접근되는 동안 화면의 좌측 하단에 Z 압전 전압 변화를 관찰한다. 팁이 범위를 벗어날 경우, 팁 재 접근을 철회. 이것이 실패 할 경우, 팁은 성공적인 접근을 위해 변경 될 필요가있다. 끝이 종사되면, 라인은 이미지를 구성 할 것이다 취득 각 창에 표시하기 시작합니다. </li><li> 1 × 1 μm의에서 운모의 이미지를 가지고 운모 표면이 깨끗하고 평평한 지 확인하기 위해 천천히 확대합니다. 그들이 나타나는 이미지를 저장하기 위해 연속 캡처를 클릭합니다. 확대하고 필요에 따라 표면을 이동. </li></ol> (4) 단백질 증착 및 이미지에 대한 샘플의 준비 <ol><li> 정제 된 단백질 샘플 (38)을 확보하고 얼음에 보관하십시오. 냉동실에 저장하는 경우에 샘플을 해동5 분 동안 얼음. </li><li> / ㎖ 냉장 사용해서 촬상 완충액 0.0010 mg의 단백질을 희석. 여기에 사용되는 촬상 버퍼는 15 mM 트리스 - 염산 (pH가 8.0), 150 mM의 염화나트륨, 15 mM의 MgCl2를이다. </li><li> 4 챔버 (100 × 15mm) 냉장 영상 완충 용액과 페트리 접시를 채 웁니다. 용액의 적어도 5 ㎖로 각 챔버를 입력합니다. 부드럽게 micropipettor 부착 팁 희석 된 단백질 용액을 혼합한다. </li><li> 이미 준비 운모의 표면에 희석 된 단백질 용액 200 μl를 적용합니다. 30 초 후, 원형 핀셋 (디스크 그리퍼)와 단백질 / 운모 표면을 픽업. 실험실 벤치에 샘플 병렬를 잡습니다. </li><li> 샘플 채 시료가 페트리 접시의 분지에 평행 한 것을 보장하면서, 즉시 페트리 접시 (단계 4.2)의 제 1 사분면에 포함 된 완충 용액에서 샘플을 담가. 1 초 후, 샘플을 제거합니다. </li><li> 분지에 샘플 평행을 유지하도록 계속페트리 접시에, 나머지 세 사분면에 대한 4.5 단계를 반복합니다. </li><li> 여분의 수분을 흡수하고, 현미경의 무대에 디스크를 전송하는 마른 먼지 천에 디스크를 넣습니다. 천으로 실제 표면을 만지지 마십시오. 샘플이 건조하지 않도록하십시오. </li><li> 3.16 - 반복 3.6 단계를 반복합니다. </li></ol> 운모에 5 이미징 단백질 <ol><li> 화면의 왼쪽에있는 체크 박스 파라미터 클릭. 스프링 크기 및 팁 반경은 팁이 사용에 기초하여 설정한다. </li><li> 참여를 클릭합니다. 마찬가지로 운모 촬상 처리 (단계 3.17)에, 선단 접근을 Z-피에조 윈도우를 관찰한다. </li><li> 적어도 두 개의 연속적인 패스에 대한 이미지 스캐너에게 동일한 영역을 허용합니다. 수집 된 각각의 이미지를 저장하기 위해 연속 캡처를 클릭합니다. </li><li> 새로운 영역에 스캐너를 이동 및 / 또는 원하는대로 이미지 크기를 변경합니다. </li><li> 자동화 된 소프트웨어는 조정 완료 후스캔 파라미터들은 특정 이미지 사이즈, 소프트웨어를 해제. </li><li> 수동으로 미세 조정하기 위해 이미지의 초점을 스캔 속도, z는 한계, 행수, 및 전압을 조절한다. 이미지가 너무 초점이 될 경우, 원래의 시작 위치를 반환 다시 소프트웨어를 켭니다. 단백질을 확대하면서 화상의 해상도를 증가시키기 위하여, 주사 속도를 감소 비례 라인의 수를 증가시킨다. </li><li> 실험 후, 100 % 에탄올로 액체 셀을 청소하고 DI H 2 O. 씻어 액체 셀에 완전히 건조 허용합니다. </li><li> 원시 이미지 데이터를 처리하는 데이터 소프트웨어를 연다. 첫째, 패턴 화 된 아이콘을 클릭하여 이미지를 평평하게. 주문 번째 제로를 선택하고 실행을 클릭합니다. 이미지에 따라, 평면 맞는 적절한 평면 화상을 얻을 필요가있다. 이 경우, 평면 맞는 아이콘을 선택하고 커서를 이용하여 화상의 평탄한 영역의 평면을 그린다. 실행을 클릭합니다. 필요한만큼 반복 </li><li> 셀프요법 단면 탭 단백질의 치수를 측정한다. 커서를 라인 분석 할 수있는 분자 또는 지역에 이동립니다. 여러 영역에 대해 반복하고 소프트웨어 오버레이를 생성합니다. 그림 또는 다른 소프트웨어 프로그램에 대한 도면과 호환 형식으로 영상을 생성하는 데 사용되는 데이터를 내보낼. </li></ol>

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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+Near-Infared+Fluorescent+Protein+for+in+vivo+Imaging.">Stable Near-Infared Fluorescent Protein for in vivo Imaging.</a> Nature Biotech. 29, 757-761 (2011).</li><li>Samma, A. A., Johnson, C. K., Song, S., Alvarez, S., Zimmer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+Origin+of+Fluorescence+in+Bacteriophytochrome+Infrared+Fluorescent+Proteins.">On the Origin of Fluorescence in Bacteriophytochrome Infrared Fluorescent Proteins.</a> J. Phys. Chem. B. 114, 15362-15369 (2011).</li><li>Lehtivuori, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+Properties+of+the+Chromophore-Binding+Domain+of+Bacteriophytochrome+from+Deinococcus+radiodurans.">Fluorescence Properties of the Chromophore-Binding Domain of Bacteriophytochrome from Deinococcus radiodurans.</a> J. Phys. Chem. B. 117, 11049-11057 (2013).</li><li>Toh, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+Reactions+of+Bacteriophytochrome+Observed+with+Ultrafast+Mid-Infrared+Spectroscopy.">Primary Reactions of Bacteriophytochrome Observed with Ultrafast Mid-Infrared Spectroscopy.</a> J. Phys. Chem. A. 115, 3778-3786 (2011).</li><li>Auldridge, M. E., Satyshur, K. A., Anstrom, D. M., Forest, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure-guided+engineering+enhances+a+phytochrome-based+infrared+fluorescent+protein.">Structure-guided engineering enhances a phytochrome-based infrared fluorescent protein.</a> J. Biol. Chem. 287, 7000-7009 (2012).</li><li>Toh, K. C., Stojkovic, E. A., van Stokkum, I. H., Moffat, K., Kennis, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proton-transfer+and+hydrogen-bond+interactions+determine+fluorescence+quantum+yield+and+photochemical+efficiency+of+bacteriophytochrome.">Proton-transfer and hydrogen-bond interactions determine fluorescence quantum yield and photochemical efficiency of bacteriophytochrome.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 107, 9170-9175 (2010).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Pymol+Molecular+Graphic+System+v.1.5.0.1.">The Pymol Molecular Graphic System v.1.5.0.1.</a> , .</li><li>Yang, X., Stojkovic, E. A., Kuk, J., Crystal Moffat, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=structure+of+the+chromophore+binding+domain+of+an+unusual+bacteriophytochrome,+RpBphP3,+reveals+residues+that+modulate+photoconversion.">structure of the chromophore binding domain of an unusual bacteriophytochrome, RpBphP3, reveals residues that modulate photoconversion.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 12571-12576 (2007).</li><li>Yang, X., Kuk, J., Moffat, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+structure+of+Pseudomonas+aeruginosa+bacteriophytochrome:+photoconversion+and+signal+transduction.">Crystal structure of Pseudomonas aeruginosa bacteriophytochrome: photoconversion and signal transduction.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105, 14715-14720 (2008).</li><li>Woitowich, N. K., Garrido, C., Ozarowski, W., Stojkovic, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preliminary+X-ray+Crystallographic+and+Structural+Analyses+of+a+Bacteriophytochrome+from+Stigmatella+aurantiaca.">Preliminary X-ray Crystallographic and Structural Analyses of a Bacteriophytochrome from Stigmatella aurantiaca.</a> The FASEB Journal. 25, 928 (2011).</li><li>Wagner, J. R., Zhang, J., Brunzelle, J. S., Vierstra, R. D., Forest, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+structure+of+Deinococcus+bacteriophytochrome+yields+new+insights+into+phytochrome+architecture+and+evolution.">High resolution structure of Deinococcus bacteriophytochrome yields new insights into phytochrome architecture and evolution.</a> J. Biol. Chem. 282, 12298-12309 (2007).</li><li>Wagner, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutational+analysis+of+Deinococcus+radiodurans+bacteriophytochrome+reveals+key+amino+acids+necessary+for+the+photochromicity+and+proton+exchange+cycle+of+phytochromes.">Mutational analysis of Deinococcus radiodurans bacteriophytochrome reveals key amino acids necessary for the photochromicity and proton exchange cycle of phytochromes.</a> J. Biol. Chem. 283, 12212-12226 (2008).</li></ol>

There are no competing financial interests or conflicts of interest.

AFM은 생리 학적 조건에서 중요한 단백질 및 다른 생체 고분자를 충분히 촬상 할 수있는 주사 탐침 현미경 방법이다. X-선 결정학 및 NMR 비교하여, AFM의 한 가지 제한은 동일한 해상도, 특히 측 방향 해상도를 달성 할 수 없다는 점이다. 모든 표면에 분자를 분석하는 AFM을 이용하면 데이터를 분석 할 때, 분자의 이미지 표면의 영향과 프로브도 고려되어야한다. 획득 된 이미지 프로브의 영향 Deconvoluti...

원자력 현미경 (AFM)은 1986 년 발명 (도 1) 이후 표면 박막 및 단일 분자의 구조 및 기계적 특성을 조사하기위한 매우 중요한 도구가되고있다. 1-3 액정 셀을 사용하여, 상기 방법은 보유 생리 학적으로 관련 환경에서 생체 고분자의 연구에도 살아있는 세포에 특히 유용해진다. AFM 전통적 접촉 모드 AFM 때문에, 부드러운 물질 또는 표면에 느슨하게 구속 분자 이미징에 사용되어 4-10 탭핑 모드 인해 일반적 부적합 횡력에 의한 피해에 캔틸레버하여 샘플에 가해진. 11 태핑 모드 AFM은 실질적으로 끝이 간헐적으로 표면을 만지지 가진보다는 일정한 접촉하는 이러한 힘을 감소시킨다. 이 모드에서는, 캔틸레버 또는 표면에 수직의 공진 주파수 근처에서 발진된다. 마찬가지로 AFM 모드를 연락하는 지형 항문이다XY (거리)의 함수로서 Z-피에조의 이동을 플롯하여 yzed. 캔틸레버 역학 또는 공진 근처에 매우 불안정 할 수 있습니다; 따라서, 그들은 &quot;정상 상태&quot;상황 밖에서 자동화 매우 도전적이다. 특히 이러한 역학 샘플 특성과 스캔 환경 모두에 따라 달라집니다. 하드 (어) 표면에 흡착 부드러운 분자를 들어, 분자 잘 조정 피드백 루프는 표면에 대한 피드백 진동의 원인이됩니다. 상기 작동 유체는 캔틸레버의 튜닝을 복잡. 온도 나 유체 수준의 변화는 세트 포인트, 이익, 및 기타 영상 매개 변수의 일정 재조정이 필요합니다. 이러한 조정은 매우 시간 소모적이고 누구나 도전을 경향이있다. 피크 포스 양적 나노 기계 속성 매핑 (PF-QNM)는, 모드 AFM을 눌러처럼 간헐적으로 샘플 (그림 2)에 연락하여 측면의 상호 작용을 방지 할 수 있습니다. 12-15 &lt;/ SUP&gt; 그러나, PF-QNM 비 공진 모드 및 태핑 모드 AFM보다 훨씬 낮은 주파수에서 작동합니다. 이것은 탭핑 모드 AFM, 유체의 존재에 의해 악화 특히 튜닝의 과제를 제거한다. PF-QNM을 선택하면 이미지가 접촉의 모든 지점에서 힘 응답 곡선을 복용에 의해 수집됩니다. ScanAsyst 소프트웨어의 추가로, 주사 파라미터 조정 (15)는 자동화 될 수 있고, 높은 해상도 이미지에도 경험이없는 사용자에 의해 분내에 수득. 사용자는 AFM에 익숙하게되면 자동화 된 파라미터의 일부 또는 전부는 수동으로 화질 미세 조정을 허용 실험가 언제든지 비활성화 될 수있다. 그 이래, PF-QNM이. submolecular 레벨 박테리오로돕신, 세포막 단백질 및 다른 천연 단백질을 매핑 적용된 박테리오로돕신 들어 16-18, 단백질 유연성 및 X-선 결정 학적 구조 사이에 직접적인 상관 관계가있다. 12 PF -qnM은 높은 해상도로 살아있는 세포 조사하기 위해 사용되었다. 세포의 무결성과 기능에 대 한 중요 한 적혈구 막 내 구조와 역학 사이 19, 20 또한, PF-QNM 데이터를 밝혀왔다 중요한 연결합니다. (21) 우리는 22 bacteriophytochromes (BphPs)라고 붉은 빛 감광체의 구조를 연구하기 위해 AFM (23)를 포함하여, 주 사형 프로브 현미경 (SPM)의 방법을 채용했다. 24,25 그들은 공유 시그널링 이펙터 모듈 등의보기에 연결된 광 검출 모듈로 구성 히스티딘 키나아제 (HK)로서. 26 광 감지 모듈은 일반적으로 구조 변화 시그널링 이펙터 모듈에 도달하고, 전체 단백질의 전체에 변형 선도의 시리즈, 광자의 흡수에 구조적 변형을 겪는다 bilin 발색단을 포함 . 이러한 변화를 바탕으로 24,27-29, 두 가지 광 흡수의가BphPs, 빨간색과 원적외선 광 흡수 상태 tates은 홍보 및 PFR로 표시. 홍보는 대부분의 BphPs에 대한 열 안정성, 어두운 적응 상태입니다. PR / PFR의 광 변환의 분자 기초가 완전히 때문에이 단백질의 제한 구조 지식을 이해하지 않습니다 28. D. 하나의 구조를 제외 radiodurans는, 이들 단백질의 번역 30 모두 X-선 결정 학적 구조가 어두운 상태에 적응하고 이펙터 도메인이 부족하다. 그대로 BphPs 효과적으로 핵 자기 공명 (NMR)에 의해 연구하기에는 너무 크고 X-선 결정학을위한 (특히 광 적응 상태에서) 그들의 본래 형태로 결정화 악명 어렵다. BphPs은 최근 적외선 형광 단백질 마커로 설계되었다 (IFP의).이 단백질의 31 구조 특성이 적용 IFP 디자인 지원을 촉진 할 수 있습니다. 32-36 이 기사의 초점은하는 절차를 제시하는 것PF-QNM 통해 액체 셀 AFM을 이용 BphPs의 촬상. 방법은 광합성 세균에서 R. bacteriophytochrome의 RpBphP3 (P3)의 광 적응 상태의 연구에 의해 증명된다 palustris. 여기에 제시된 AFM 절차는 단백질의 이미징을위한 편리하고 간단한 방법뿐만 아니라 다른 생물학적 거대 분자이다. 이 방법으로, 개별 분자의 구조적인 세부 사항은 상위 과학 과정 실험실 세션 유사한 시간의 단기간에 수집 할 수있다. 단면을 측정하고 상기 차원 분석을 통해 완료, 실험 데이터는 유용한 계산 모델을 비교할 수있다. 37-42

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Material/Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog #</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-HCl</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>O4997-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2</td>
			<td>Acros Organics</td>
			<td>7791-18-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimode 8 AFM</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td>492-008-011</td>
			<td>equipped with Nanoscope V controller and J scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td>SNL-10, ScanAsyst-Fluid+</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tapping Mode Fluid Cell</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td>MTFML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mica V-4 Grade</td>
			<td>SPI supplies</td>
			<td>1150503</td>
			<td>25 x 25 x .26 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample support disk</td>
			<td>nanoSurf</td>
			<td>BT02236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Plasta-Medic, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>100 mm x 15 mm&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micropipettors</td>
			<td>Denville Scientific</td>
			<td>XL 3000i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RpBphP3</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Prepared according to cited references</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanoscope software</td>
			<td>Bruker-Nano</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber Optic Light</td>
			<td>Digital Instruments Inc.</td>
			<td>F0-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pelco AFM Disc Gripper</td>
			<td>Ted Pella Inc</td>
			<td>1668</td>
			<td>12 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 ml syringe</td>
			<td>McKesson</td>
			<td>102-ST1C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf tubes</td>
			<td>Denville Scientific</td>
			<td>C2171</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The Pymol Molecular Graphic System v.1.5.0.1</td>
			<td>Schrodinger, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

atomic force microscopy of red-light photoreceptors using peakforce quantitative nanomechanical property mapping

원자 힘 현미경 (AFM)의 표면의 힘에 응답을 프로빙 캔틸레버에 부착 피라미드 팁을 이용한다. 팁의 편향은 지형 화상으로 변환 될 수 레이저 및 섹터 탐지기에 의해 10 ~ PN 측정 할 수있다. 진폭 변조 또는 &quot;탭핑 모드&quot;는 AFM 이미지를 생성하기 위하여 그것의 공진 주파수로 진동하면서 표면 간헐적 접촉하는 프로브를 포함한다. 유체 세포와 함께 사용, 태핑 모드 AFM은 생리 학적으로 관련 조건에서 단백질과 같은 생물학적 거대 분자의 이미징을 할 수 있습니다. 태핑 모드 AFM 프로브와 경험이없는 사용자를 위해 도전 할 수있는 스캔 매개 변수의 다수의 빈번한 조정의 수동 튜닝이 필요합니다. 고품질 화상을 얻기 위해서는, 이러한 조정은 대부분의 시간을 소비한다. PeakForce 정량적 나노 기계 공간 매핑 (PF-QNM)가 힘을 측정함으로써 respon 이미지를 만들어샘플과 접촉의 모든 지점에 대한 자체 곡선. ScanAsyst 소프트웨어로, PF-QNM은 자동화 할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 자동으로 주어진 샘플에 대한 설정 점, 구동 주파수, 스캔 속도, 이익, 및 기타 중요한 검색 매개 변수를 조정합니다. 뿐만 아니라이 프로세스가 깨지기 탐침과 시료를 보호 않으며, 그것은 훨씬 높은 해상도의 이미지를 얻기 위해 필요한 시간을 감소시킨다. PF-QNM 유체의 AFM 이미징 호환; 따라서, 생물학적으로 중요한 물질을 이미징하는 광범위한 애플리케이션을 갖는다. 본 논문에서 제시하는 방법은 광합성 R.에서 세균 붉은 빛이 광 수용체, RpBphP3 (P3)의 이미지를 얻기 위해 PF-QNM의 응용 프로그램을 설명합니다 그 빛 적응 상태에서 palustris. 이 방법을 사용하여, 각각의 단백질의 이량 P3와 다이머의 응집체는 촬상 버퍼의 존재 운모 표면에 관찰되었다. 적절한 표면을 조정 및 / 또는 용액 농도,이 방법일반적으로 생물학적 관련 거대 분자와 부드러운 소재에 적용될 수있다.

그 빛 적응 상태에서 광 수용체 단백질, P3, 대표 AFM 이미지는 그림 3과 그림 4에 제시되어있다. 갓 죽습 운모 기판 (그림 3a는) 단백질 흡착에 적합한 평평한 표면입니다. 음성 대조군으로서 깨끗한 운모의 화상을 수집하는 것은 여러 가지 이유로 중요하다. 첫째, 액체 세포가 깨끗 보장 이전 실험에서 잔류 물질은 표면을 오염하지 않습니다. 둘째, 프로브의 품질을 테스트?...

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Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

PeakForce 양적 나노 기계 대지 매핑을 사용하여 붉은 빛이 광수의 원자 힘 현미경

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

atomic-force-microscopy-red-light-photoreceptors-using-peakforce

Research

JoVE Journal

Engineering

11.6K 조회수.  Northeastern Illinois University. A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface. 

비디오: Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

고분자 브러쉬를 반대 섞이지의 준비 및 마찰 힘 현미경 측정,

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

연구

공학

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

원자 힘 분광학에 의해 단일 ​​분자 접착 조사

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

싱크로 빠른 단층 촬영을 사용하여 탄산염의 반응의 동적 기공 규모의 저수지 조건 이미징

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

액체의 진폭 변조 원자 힘 현미경과 서브 나노 미터 해상도 이미징

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ion-selective removal of radioactive iodines. By using citrate-stabilized gold nanoparticles (mean diameter: 13 nm) and cellulose acetate membranes, gold nanoparticle-embedded cellulose acetate membranes (Au-CAM) have easily been fabricated. The nano-adsorbents on Au-CAM were highly stable in the presence of high concentration of inorganic salts and organic molecules. The iodide ions in aqueous solutions could rapidly be captured by this engineered membrane. Through a filtration process using an Au-CAM containing filter unit, excellent removal efficiency (&gt;99%) as well as ion-selective desalination result was achieved in a short time. Moreover, Au-CAM provided good reusability without significant decrease of its performances. These results suggested that the present technology using the engineered hybrid membrane will be a promising process for the large-scale decontamination of radioactive iodine from liquid wastes.

An efficient method for the rapid and ion-selective desalination of radioactive iodine in several aqueous solutions is described by using gold nanoparticles-immobilized cellulose acetate membrane filters.

금 나노 입자 포함 멤브레인 필터를 사용 하 여 방사성 요오드 음이온의 선택적 담 수는 효율적인 방법

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Surface Mapping of Earth-like Exoplanets using Single Point Light Curves

Spatially resolving exoplanet features from single-point observations is essential for evaluating the potential habitability of exoplanets. The ultimate goal of this protocol is to determine whether these planetary worlds harbor geological features and/or climate systems. We present a method of extracting information from multi-wavelength single-point light curves and retrieving surface maps. It uses singular value decomposition (SVD) to separate sources that contribute to light curve variations and infer the existence of partially cloudy climate systems. Through analysis of the time series obtained from SVD, physical attributions of principal components (PCs) could be inferred without assumptions of any spectral properties. Combining with viewing geometry, it is feasible to reconstruct surface maps if one of the PCs are found to contain surface information. Degeneracy originated from convolution of the pixel geometry and spectrum information determines the quality of reconstructed surface maps, which requires the introduction of regularization. For the purpose of demonstrating the protocol, multi-wavelength light curves of Earth, which serves as a proxy exoplanet, are analyzed. Comparison between the results and the ground truth is presented to show the performance and limitation of the protocol. This work provides a benchmark for future generalization of exoplanet applications.

The protocol extracts information from light curves of exoplanets and constructs their surface maps. It uses light curves of Earth, which serves as a proxy exoplanet, to demonstrate the approach.

단일 점 라이트 커브를 사용하여 지구와 같은 외계 행성의 표면 매핑

Spatially resolving exoplanet features from single-point observations is essential for evaluating the potential habitability of exoplanets. The ultimate ...

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

자기력 현미경 분해능과 감도를 최적화하여 나노스케일 자기 도메인 시각화

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

Atomic Force Microscopy Cantilever-Based Nanoindentation: Mechanical Property Measurements at the Nanoscale in Air and Fluid

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by the probe tip and its contact area with the sample can be quantified, it is possible to determine the nanoscale mechanical properties (e.g., elastic or Young&#39;s modulus) of the surface being probed. A detailed procedure for performing quantitative AFM cantilever-based nanoindentation experiments is provided here, with representative examples of how the technique can be applied to determine the elastic moduli of a wide variety of sample types, ranging from kPa to GPa. These include live mesenchymal stem cells (MSCs) and nuclei in physiological buffer, resin-embedded dehydrated loblolly pine cross-sections, and Bakken shales of varying composition.
Additionally, AFM cantilever-based nanoindentation is used to probe the rupture strength (i.e., breakthrough force) of phospholipid bilayers. Important practical considerations such as method choice and development, probe selection and calibration, region of interest identification, sample heterogeneity, feature size and aspect ratio, tip wear, surface roughness, and data analysis and measurement statistics are discussed to aid proper implementation of the technique. Finally, co-localization of AFM-derived nanomechanical maps with electron microscopy techniques that provide additional information regarding elemental composition is demonstrated.

Quantifying the contact area and force applied by an atomic force microscope (AFM) probe tip to a sample surface enables nanoscale mechanical property determination. Best practices to implement AFM cantilever-based nanoindentation in air or fluid on soft and hard samples to measure elastic modulus or other nanomechanical properties are discussed.

An atomic force microscope (AFM) fundamentally measures the interaction between a nanoscale AFM probe tip and the sample surface. If the force applied by ...

AFMS의 병렬 활성 캔틸레버 어레이를 통해 고처리량 검사 가능

Active Probe Atomic Force Microscopy with Quattro-Parallel Cantilever Arrays for High-Throughput Large-Scale Sample Inspection

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. However, due to their limited imaging throughput, AFMs have not been widely adopted for large-scale inspection purposes. Researchers have developed high-speed AFM systems to record dynamic process videos in chemical and biological reactions at tens of frames per second, at the cost of a small imaging area of up to several square micrometers. In contrast, inspecting large-scale nanofabricated structures, such as semiconductor wafers, requires nanoscale spatial resolution imaging of a static sample over hundreds of square centimeters with high productivity. Conventional AFMs use a single passive cantilever probe with an optical beam deflection system, which can only collect one pixel at a time during AFM imaging, resulting in low imaging throughput. This work utilizes an array of active cantilevers with embedded piezoresistive sensors and thermomechanical actuators, which allows simultaneous multi-cantilever operation in parallel operation for increased imaging throughput. When combined with large-range nano-positioners and proper control algorithms, each cantilever can be individually controlled to capture multiple AFM images. With data-driven post-processing algorithms, the images can be stitched together, and defect detection can be performed by comparing them to the desired geometry. This paper introduces principles of the custom AFM using the active cantilever arrays, followed by a discussion on practical experiment considerations for inspection applications. Selected example images of silicon calibration grating, highly-oriented pyrolytic graphite, and extreme ultraviolet lithography masks are captured using an array of four active cantilevers (&#34;Quattro&#34;) with a 125 &#181;m tip separation distance. With more engineering integration, this high-throughput, large-scale imaging tool can provide 3D metrological data for extreme ultraviolet (EUV) masks, chemical mechanical planarization (CMP) inspection, failure analysis, displays, thin-film step measurements, roughness measurement dies, and laser-engraved dry gas seal grooves.

저자 스포트라이트: Quattro-Parallel Cantilever Arrays를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy 소개

Large-scale sample inspection with nanoscale resolution has a wide range of applications, especially for nanofabricated semiconductor wafers. Atomic force microscopes can be a great tool for this purpose, but are limited by their imaging speed. This work utilizes parallel active cantilever arrays in AFMs to enable high-throughput and large-scale inspections.

고처리량 대규모 시료 검사를 위한 Quattro-Parallel Cantilever 어레이를 사용한 Active Probe Atomic Force Microscopy

An Atomic Force Microscope&#160;(AFM) is&#160;a powerful and versatile tool for nanoscale surface studies to capture 3D topography images of samples. ...