Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
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.
Atomik kuvvet spektroskopisi yüzeyleri ve arayüzleri de molekülleri incelemek için ideal bir araçtır. Kovalent bir AFM ucu üzerine çift tek moleküllerin büyük bir çeşitlilik için deneysel bir protokol sunulmuştur. Aynı zamanda AFM ucu ucuna AFM bağlı tek molekülleri incelemek için bir ön koşuldur ucu ve alt tabaka arasındaki spesifik etkileşimleri önlemek için pasifize edilir. Analizler yapışma kuvveti, yapışma uzunluğu, kısa bir süre sunulmaktadır ve ileri okuma için dış referanslar verilmektedir katı yüzeyler ve biyo-arayüzleri bu moleküllerin serbest enerjisini belirlemek için. Örnek molekülleri, poli (amino asit) polytyrosine olan ekleme polimer PI g PS ve fosfolipid POPE (1-palmitoil-2-oleoil sn -glisero-3-fosfoetanolamin). Bu moleküller CH 3 -SAMs gibi farklı yüzeyler, hidrojen sona elmas kusturulmuş ve çeşitli çözücü koşullarda lipit katmanlarını desteklenmektedir. Son olarak,kuvvet spektroskopik tek bir molekül deneyler avantajları gerçekten tek bir molekülün deneyde incelenmiştir belirtilen yöntemler karar da dahil olmak üzere ele alınmaktadır.
Son 30 yılda, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) her üç boyutta molekül uzaysal çözünürlüğü sağlar ve çeşitli çözücü çalıştırılabilir beri biyolojik 1,2 ve sentetik 3 malzeme ve yüzeyleri incelemek için değerli bir görüntüleme tekniği olduğu ortaya çıktı etti ortamları. Buna ek olarak, AFM-tek molekül kuvvet spektroskopisi (SMFs) rejimi μN için pN arasında değişen kuvvetleri ölçmek için sağlar ve 4,5 katlama protein içine örneğin görülmemiş içgörü, polimer fiziği 6 vermiş - 8, ve tek bir molekül yüzey etkileşimi 9 - Tek molekülleri yerine moleküllerin bir topluluk okuyan arkasında 12 .The mantık genellikle nadir olaylar veya gizli moleküler durumları maske etkileri ortalama kaçınmaktır. Bundan başka, bu gibi çevre uzunluğu Kuhn uzunluğu, yapışma serbest enerjisi gibi moleküler parametrelerin çok sayıda olabilirelde edilmiştir. Bu, aşağıdaki örneklerde detaylı olarak tarif edilmektedir. Tipik AFM SMFs deneyde, prob molekülü, bir bağlayıcı molekül vasıtası ile çok keskin ucu ile birleştirilir. ucu kendisi bükülebilir konsolun sonunda yer almaktadır. Uç yüzeyi ile temas haline getirilir ise prob molekülü, bu yüzey ile etkileşim. Yüzeyden molekülün koparılması için ucu, kuvvet ve dolayısıyla serbest enerji geri çekilmesi üzerine konsol sapmasını gözlemleyerek tespit edilebilir. Anlamlı istatistikleri elde etmek için, adı verilen kuvvet-mesafe eğrisi çok sayıda elde edilecek var. Ayrıca, prob molekülü AFM ucuna kovalent bağlanmış olmalıdır (yani, bir ve bütün deney süresi boyunca aynı prob molekülünü kullanarak) gerçek tek bir molekül deneyler var. Burada, bir kovalent bağ aracılığıyla oluşturulması, tek bir molekül ile konsol işlevsellik için bir deney protokolü sunulmaktadır. tek bir molekül ya da bir amino ya da bir tio üzerinden bağlanabilirAFM ucu l grubudur. birleşme işlemi kullanılan polimer çözme özelliklerini hesaba almak için (organik ve sulu) çözücülerin geniş bir yelpazesi içinde uygulanabilir.
Birinci bölümde, genel bir protokol kovalent açıklanan bir AFM ucu bir bağlayıcı molekülü vasıtasıyla tek bir molekül ("prob molekülü") eklemek için. Bu amaçla, organik NHS- ya da maleimid-kimya 13 kullanılır. Üç örnek moleküller için protokol ile birlikte, veri toplama, veri analizi işlemleri tarif edilmiştir ve daha fazla okuma referansları verilmiştir. Örnek moleküllerdir: (lineer) polimeri tirosin, ekleme polimer PI g PS ve lipit POPE. Örnek kovalent sisteinleri eklemek için bu protokolün hafif varyasyonları içerir. Buna ek olarak, bir bölümü, bir elmas yüzey, CH3 -Self monte tek ve lipid çift tabakaları gibi farklı yüzeylerin hazırlanması ile ayrılmıştır. Bu arayüzler ata vartr iyi referanslar ve örnek olmak.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
NOT: hazırlık, veri toplama ve veri analizi adımları içeren proses akışının genel bir bakış için Şekil 2'ye bakınız.
1. Reaktif Kurulumu
NOT: Tüm kimyasallar dikkatle ele alınması gerekir ve böylece laboratuvar önlüğü, eldiven ve göz koruması kullanılmalıdır. Tüm işlemler, bir laboratuar ocak içinde gerçekleştirilmelidir. Özellikle, özel eldivenler kloroform kullanılması durumunda kullanılmalıdır.
2. Ekipman Kurulumu
NOT: olası çapraz bulaşmayı önlemek için, her adım için taze ve temiz kapları kullanın.
3. İpucu İşlevselleştirilmesi
NOT: cımbız, kaplar, paslanmaz çelik, PTFE, cam ya da uygunsa organik çözeltiler, kimyasal olarak stabil olan herhangi bir başka malzemeden yapılmış. Aksi belirtilmediği sürece, R tüm adımları gerçekleştirmekİnkübasyon çözeltisi miktarı gerekli T. konsol fiş sayısına bağlıdır. Çıkma tüm zamanların ilgili çözümleri dalmış emin olun.
NOT: Organik buharların solunması bir başlık kullanın.
Şekil 1. (A) şematik NHS kimya örneği kullanarak ucu fonksiyonelleştirme sürecini gösteren. Bir amino grubu aracılığıyla ucu bir prob molekülünü bağlamak için kullanılan (B) Kimyasal bağlar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
4. Yüzey Hazırlama
5. Veri Toplama
NOT: deneyler için, sıvı ölçmek için yeteneği sağlayan bir AFM, kullanın. veri toplama ve veri analizi işlemleri ne olursa olsun kullanılan AFM modeli uygulanabilir. Ayrıca, bazı deneylerde bu sıcaklık kontrolü imkanı bulunması avantajlıdırSıvı hücre içinde e. Konsol saptırma lazer ışını saptırma yöntemiyle 19 ile tespit edilmiştir. Yay sabitleri ısıl gürültü yöntemi 20 ile belirlenmiştir.
6. Veri Hazırlama
NOT: genellikle newton ve nanometre yanı sıra veri açıklanmıştır düzeltmek için birimleri dönüştürmek için deney belirli tip bağımsız yürütülen bu bölümde genel veri hazırlama adımlarında. Deney belirli veri analizleri br olaniefly ilgili temsili bir örneği bölümünde aşağıda daha ayrıntılı olarak tarif edildiği.
Numune hazırlama, veri toplama ve veri analizi gösteren Şekil 2. Süreç akış diyagramı. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Aşağıda yukarıda belirtilen sonuçları örneğin molekülleri, yani polimer poli (amino asit) polytyrosine tarif ekleme polimer PI g PS ve fosfolipid POPE sunulmaktadır. İlk olarak her örnek için temin edilmiştir, veri toplama ve veri hazırlama için özel ayrıntıları deney. Daha sonra, bu moleküller, farklı yüzeylerden dezorbe deneylerde için örnek sonuçlar (CH 3 -SAMs, hidrojen sona elmas ve lipid bilayers) gösterilmektedir. Yapışma kuvveti, yapışma uzunluğu ve serbest ene...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Son on yılda, tek bir molekül deneyler moleküler mekanizmaları görülmemiş anlayışlar sağladı ve yaşam bilimleri ve ötesinde paha biçilmez bir yaklaşım olduğu ortaya çıktı oylandı. SMFs deneyler, ideal olarak, tek ve aynı molekül deney bütün boyunca kullanıldığı iyi ve anlamlı istatistikleri elde etmek için. Moleküllerin toplulukları ile deneylerde aksine, SMFs deneyleri nadir olaylar ve gizli moleküler devletleri tespit edebiliyoruz. Tek bir molekül deneylerin başka bir avantajı, mol...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
The authors declare that they have no competing financial interests.
The authors thank the DFG (Hu 997/2-2) for financial support. FS acknowledges the Hanns-Seidel-Stiftung (HSS). SKr was supported by the Elitenetzwerk Bayern in the framework of the doctorate program Material Science of Complex Interfaces. SKi thanks the SFB 863 for financial support.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials | |||
Hellmanex III alkaline liquid concentrate (detergent solution) | Hellma | ||
RCA (ultrapure water, hydrogen peroxide (35%), ammonia (32%); 5:1:1(v/v/v)) | Sigma | ||
Vectabond reagent / APTES (3-Aminopropyl)triethoxysilane | Vectorlabs | ||
Dry acetone (< 50 ppm H2O) | Sigma | ||
Dry chloroform (> 99.9%) | Sigma | ||
Triethylamine | Sigma | ||
Ultrapure water | Biochrom, Germany | ||
Di-sodium tetraborate (> 99.5%) | Biochrom, Germany | ||
Boric Acid | Biochrom, Germany | ||
Monofunctional α-methoxy-ω-NHS PEG, 5 kDa, “methyl-PEG-NHS” | Rapp, Germany | ||
Heterobifunctional α,ω-bis-NHS PEG, 6 kDa, “NHS-PEG-NHS” | Rapp, Germany | ||
Heterobifunctional α-maleimidohexanoic- ω-NHS PEG, 5 kDa, “Mal-PEG-NHS” | Rapp, Germany | ||
Probe molecule (polymer, lipid, etc.) | |||
Equipment | |||
Sufficient amount of glass crystallising dishes with spout (10 ml), glass Petri dishes (500 µl) and glass lids | VWR International GmbH, Germany | ||
[header] | |||
Laboratory oven model UF30 | Memmert, Germany | ||
Temperature controlled sonicator | VWR International GmbH, Germany | ||
Plasma system "Femto", 100 W | Diener, Germany | ||
One separate glass syringe for each organic solvent | VWR International GmbH, Germany | ||
Vortex mixer | VWR International GmbH, Germany | ||
Microcentrifuge tubes (0.5 ml or 1.5 ml) | Eppendorf | ||
Pipettes: 10-100 µl, 50-200 µl and 100-1,000 µl | Eppendorf | ||
AFM with temperature controlled fluid cell (e.g. MFP-3D with BioHeater) | Asylulm Research, Santa Barbara | ||
Soft SiN cantilevers cantilever, typically made from silicon nitride (SiN) (spring constant less than 100 pN/nm, e.g. MLCT) | Bruker AXS, Santa Barbara |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır