Biz minnetle Ulusal Bilim Vakfı (CHE-0.847.145) ve bu araştırma cömertçe destekleyen Henry Dreyfus Öğretmen-Scholar Ödül Programı kabul ediyorsunuz. Biz özellikle kesitsel görüntüleme ile ona yardım için Richmond Üniversitesi Biyoloji Bölümü Mikroskopi ve Görüntüleme Müdürü Christine Davis, tanımak istiyorum. Özel teşekkür Dr verilir. T. Leopold, R. Kanters, D. Kellogg, R. Miller, ve W. Kasa yanı sıra, Russ Collins, Phil Joseph, Carolyn Marks, Mandy Mallory ve John Wimbush - Tüm Üniversitesi&#39;nde lisans araştırma yapmak mümkün Richmond. Leopold Araştırma Lab, geçmiş ve gelecek tüm lisans araştırmacılar için çok teşekkür ederiz çok kişisel verilir.

1. Hexanethiolate Monolayer Korumalı Altın Kümeleri Sentezi Hexanethiolate Fonksiyonlu tek tabaka korunan altın kümeleri (MPCs) gibi, Au 225 (C6) 75 ortalama bir yapı üretmek için altın mol oranı 2:1 1-hexanethiol (C6). Brust reaksiyon 4-9 Özgül değişiklikler aşağıdaki sentezlenir ligand tipi, özel tiol-altın oranları, sıcaklık ve reaksiyon doğum oranı, ya da post-sentez uygulamaları, 9-11 sırasıyla, değişen temel boyutları ve fonksiyonel koruyucu grupların MPCs çeşitli verim alınabilir 4 MPC yaklaşık ( çeşitli alkanethiol gruplarla Fonksiyonlu MPCs ortalama) kompozisyonlar, proton (1 H) iyot-ayrıştırılır örnekleri nükleer manyetik rezonans (NMR) analizi ile tespit edilebilir . <ol><li> 30 mL toluen uygun davlumbaz havalandırma ile 1.1 g tetraoctylammonium bromür (TOABr) eritin. </li><li> M ultrapurified 18 su (H 2 O UP) ~ 20 ml 0,38 g sodyum bor hidrür (NaBH 4) çözülür ve en az 30 dakika boyunca buz üzerinde soğuk izin. </li><li> ~ 20 ml H 2 O 0.31 g hidrojen tetrachloroaurate (HAuCl 4) çözülür ve kantitatif çözüm karışımı bir ek kullanarak TOABr toluen çözümü için transfer ~ H 2 O 5 mL sulu altın faz transfer etmek için çözünmemiş çözüm çözüm. Yanık turuncu, sulu ve net susuz aşamaları iyi karıştırma, böylece 30 dakika hafifçe kapatılmış ise titizlikle karıştırın. </li><li> Açık, sulu ve yanık turuncu susuz aşamaları, ayırma hunisi aktarın. Sulu (alt) tabakası ve süzün temiz bir balona çözünmemiş (üst) katmanı atın. </li><li> Çözünmemiş çözüm HAuCl 4 ile 2:1 oranında C6 ekleyin. Oluşturmak için, soluk sarı, neredeyse renksiz bir çözüm kırmızımsı turuncu bir renk değişikliği ile tespit Au (I) polimer, 30 dakika karıştırın. </li><li> 0 ° C karıştırılarak en az 30 dakika süreyle yalıtımlı bir buz banyosu ve soğuk reaksiyon karışımı aktarın. </li><li> Kantitatif ve hızlı bir şekilde anında Ayrıca üzerine MPCs kalın siyah bir çözüm oluşturan, tiyoller varlığı bir metalik altın Au (I) azaltmak için reaksiyon karışımı soğuk NaBH 4 çözüm ekleyin. Gece 0 ile reaksiyon karıştırın ° C </li><li> , Reaksiyon karışımı ayırma hunisi transfer atık behere sulu (alt) katmanın atmak ve döner şişesi ağır bir siyah çamur bırakarak yakın tam kuruluk çözünmemiş (üst) toluen katmanı buharlaşması. </li><li> Asetonitril ekleyerek ve bir gecede oturup izin MPCs çöktürün. </li><li> Kauçuk parçaları ve aspiratör ile yan silahlı şişesi ile orta gözeneklilik cam frit ile vakum filtrasyonu MPCs toplayın ve bir bol miktarda asetonitril ile durulayın. </li><li> İzin hava kuru MPCs, ürün tartmak, transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve NMR analizi ile karakterize ve mağaza ileride kullanmak üzere şapkalı. Formvar / bakır ızgara (400 mesh) ve 80-100 kV TEM araç işletim karbon desteği filmi üzerine toluende çözülür, damla döküm MPCs TEM görüntüleri alın. Ortalama çekirdek boyutu, görüntü analiz yazılımı kullanarak, Resim J (ücretsiz) olarak tahmin edilebilir. </li></ol> 2. Film Derleme: Protein Monolayer Elektrokimya Dithiol bağlantılı MPC Film Meclisi Ilk altın substrat elektrokimyasal dithiol bağlayan moleküllerin ve C6 değiştirilmiş MPCs çözümler, sonuçta dithiol bağlantılı MPC film montaj oluşturmak için birkaç kez tekrarlanır bir &quot;dip döngüsü,&quot; telafi etmek için alternatif batırılmadan önce temizlenmeli ve C6 SAM ile modifiye . Önceki çalışmalarda belirtildiği gibi, 2 Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) protein için orijinal plazmid nezaketle Rice Üniversitesi ve AZ Dr Corey Wilson tarafından verildi Richmond profesörü olan Dr. Jonathan Üniversitesi tarafından saflaştırılmış ve liyofilize toz olarak verilmiştir . Dattelbaum, daha sonra görülebilir ultraviyole (UV-Vis) analizi ile doğrulandı gibi 5-10 mcM bir çözüm oluşturmak için 4.4 mM potasyum fosfat tamponu (KPB, pH = 7.0, μ = 10 mM) ile sulandırılır. <ol><li> Ilk Lucite tutucu plaka, bir çalışma elektrodu olarak altın yüzey, altın çalışma elektrot elektrik kontağı pirinç, kauçuk conta, Viton elektrot alanını tanımlar, o-ring: aşağıdan yukarıya doğru şu sırayla elektrokimyasal (ECHEM) sandviç hücre birleştirilmesi (0.32 cm 2), cam hücre gövdesi, ikinci kauçuk conta, ve ikinci Lucite hizmetkar levha. Tüm hücre dişli çubukları bir arada tutan ve dikkatle kanat somunların. Hücre 1 M doymuş KCI, Ag / AgCl referans tel ve bir Pt yardımcı elektrot teli ile bir bardak fıçı evler, ticari olarak satın alınan bir referans elektrot ile donatılmıştır. </li><li> Elektrokimyasal temiz incie, 0.2 ila 0.9 V potansiyel pencerelerde 0,2 ila 1,2 V ve 0,2 için 1,35 döngüsel voltametri (CV) yerine altın substrat V (karşı Ag / AgCl, KCl) 100 mV / s, 0.1 MH 2 bir çözüm 4 ve 0.01 M KCl SO. </li><li> 0.1 &#39;den 0.4 V (karşı Ag / AgCl, KCl) KPB içinde taranan 100 mV / s 1 atın KPB potansiyel bir penceresi de dahil olmak üzere &quot;standart koşullar,&quot; CV yaparak temizlenmiş çıplak altın substrat şarj akımını ölçmek ve durulama arda ile UP UP H 2 O H 2 O etanol (EtOH), ve EtOH. </li><li> ~ 300 ul EtOH 5 mM C6 çözüm temizlenmiş altın substrat Açığa ve sipariş C6 SAM oluşturmak için bir gecede oturup bekleyin. Hücre C6 çözüm atın ve H 2 O, EtOH ve H 2 O UP UP, EtOH gittikçe durulama </li><li> Standart koşullar SAM şarj akımı ölçün. KPB atın ve gittikçe UP UP H 2 O H 2 O, EtOH, ve EtOH ile durulayın. Şarj akımı çıplak altın ölçümü (adım 2.3) belirgin azalma olmalıdır 1 </li><li> EtOH 1,9-nonanedithiol (NDT) çözümü, 5 mM ~ 300 ul SAM modifiye altın substrat ortaya çıkarmak ve C6 SAM içinde moleküller birbirine bağlayan interdisperse NDT 1 saat oturmak için izin verir. NDT çözüm atın ve UP UP H 2 O H 2 O, EtOH, metilen klorür (CH 2 Cl 2), EtOH ile art arda ve iyice durulayın. </li><li> 1 saat süreyle yavaş yavaş N 2 gazı ile köpürme MPC çözüm CH 2 Cl 2 (~ 1 mg / ml) ajitasyon ile altın substrat Açığa . Gerekirse, buharlaşmış MPC çözüm CH 2 Cl 2 ile değiştirin. Bu film montaj ankraj MPC katmanı. MPC çözüm atın ve yeniden gittikçe CH 2 Cl 2 UP H 2 O, ve KPB ile durulayın. </li><li> Standart koşullar PPK katmanı şarj akımı ölçün. KPB atın ve gittikçe UP H 2 O ve CH 2 Cl 2 ile durulayın. </li><li> N 2 gazı ile 20 dakika süreyle yavaş yavaş köpürme ~ 300 ul CH 2 Cl 2 ajitasyon ile 5 mM NDT çözüm altın substrat Açığa . </li><li> NDT ve CH 2 Cl 2 ile iyice durulayın atın. Film montaj ikinci MPC pasoda 2.7 ve 2.8 adımları tekrarlayın. </li><li> Ek MPC katmanları, adımları 2.9 ve 2.10 para yatırmak için tekrarlanır. Her ek MPC tabakası ile şarj akımı karşılık gelen bir artış görülmektedir. </li><li> Ağa MPC filmi tamamlandıktan sonra, KPB ile film modifiye substrat durulayın. AZ protein, KPB ~ 5-10 mcM A&#39;dan Z&#39;ye çözüm ~ 150 mcL ECHEM sandviç hücre içine enjekte ve şapkalı ve en az 1 saat buzdolabında oturmak için izin MPC film montaj adsorbe. </li><li> ECHEM hücresi buzdolabından çıkarın ve yakın oda sıcaklığına geri dönmelerine izin verin. N 2 gazı ile KPB, KPB ile dolum ECHEM hücre ve kabarcık KPB ile 10 dakika süreyle iyice durulayın. </li><li> Protein tek tabaka elektrokimyasal çalışmalarda 0.25 -0.25 V, potansiyel penceresinde CV olarak yapılmaktadır V (karşı Ag / AgCl, KCl) 100 taranan KPB mV / sn. </li></ol> 3. Film Derleme: Optik Takip Dithiol bağlantılı MPC Film Meclisi MPC filmlerin optik değerlendirme için büyüyen önce, cam slayt bölümleri Piranha solüsyonu (Dikkat! 02:01, 4 ve H 2 O 2 SO H 2 konsantre) ile önceden temizlenmiş ve (3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane (3-MPTMS ile tedavi sonra) 1-2 MPC filmler bu modifiye cam üzerine monte edilmiş, daha önce yukarıda anlatıldığı gibi &quot;dip cycle&quot; tekniği kullanılarak slaytlar . <ol><li> CH 2 Cl 2 ile 3-MPTMS modifiye cam slayt durulayın ve düşük hızda bir çalkalayıcı üzerinde ajitasyon ise PPK çözüm CH 2 Cl 2 (~ 1 mg / ml) 1 saat için yerleştirin. Bu film montaj silan merkaptanlar endgroups MPCs demirleme ilk PPK katmanı tamamlar. Slayt CH 2 Cl 2 ve N 2 gazı ile kuru ile iyice durulayın. UV-Vis slayt spektrumu (400 ila 1000 nm) alın ve CH 2 Cl 2 ile tekrar yıkayın. </li><li> Düşük hızda bir çalkalayıcı üzerinde ajitasyon ise 1 saat için 5 mM NDT çözüm CH 2 Cl 2 slayt yerleştirin. CH 2 Cl 2 ile slayt durulayın. </li><li> Düşük hızda bir çalkalayıcı üzerinde ajitasyon ise 1 saat süreyle MPC çözüm slayt yerleştirin. Bu film montaj ikinci MPC katmanı tamamlar. Slayt CH 2 Cl 2, N 2 gaz kuru ile iyice durulayın ve slayt UV-Vis spektrumu (400 ila 1000 nm). Ek MPC katmanları film montaj adsorbe olarak yelpazesinde absorbans artan olmalıdır. </li><li> Ek MPC katmanları, st para yatırmak içineps 3,2-3,3 tekrarlanır. </li></ol> 4. Monolayer Karakterizasyonu Kesit Transmisyon Elektron Mikroskobu ile Altın Küme Film Meclisleri Korumalı TEM kesitleri yeniden gömme tr yüz gömülü filmler 2, 12, temiz, standart bir mikroskop üzerine bir 3-MPTMS modifiye cam slayt üzerine monte bir MPC filmi ilk ekleyerek yapılır tarafından hazırlanan izin Embed 812 epoksi reçine kullanarak , dia aşağıdaki prosedürü sırasında işleme daha da gelişti. Filmin içinde MPCs yüksek sıcaklıklarda dekompoze olarak uygulanan ısı ile dikkatli kullanın. <ol><li> Mix Embed 812 epoksi reçine ve en az 12 saat süreyle kalınlaştırmak için izin. </li><li> Epoksi reçine ile &quot;00&quot; BEEM kapsül doldurun ve MPC film örneği (bölüm 3 hazırlanan) üst üzerinde ters. Bir kabarcık, epoksi reçine ve MPC filmi örnek arasında bir mühür, kapsülün üst yükselir, böylece kapsül üzerine koyun basıncı. 60 yaşında en az 18 saat süreyle polimerize İzin ° C ve daha sonra oda sıcaklığına monte slayt serin. </li><li> Isı ° C blok bağlı MPC en yüz film kaldırılması kolaylaştırmak amacıyla, 200, dökme alüminyum sıcak levha monte 20 saniye boyunca slaytlar. </li><li> Örnek bir kuyumcuya testere kullanarak BEEM kapsül blok filmi içeren kesin. </li><li> Iyi silikon iç bakacak kadar MPC film yüzü düz bir silikon kalıp yeniden gömmek kaldırılan kısmı. Epoksi reçine ile oda sıcaklığında silikon doldurun ve 60 yaşında en az 18 saat süreyle polimerize izin ° C Için örnek oda sıcaklığında soğutun. </li><li> Leica UCT ultramicrotome 60-80 nm ince örnek bölümleri bölümleri kesmek için bıçak kenarında dik bir elmas bıçak kullanarak alın. </li><li> Formvar / bakır ızgara (400 mesh) karbon desteği filmi üzerine yerleştirin bölümleri dilimlenmiş ve MPC film meclislerinin hazırlanan kesitler TEM görüntüleri çekmek. </li></ol> 5. Temsilcisi Sonuçlar: <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig1.jpg" /> Şekil 1 çift katmanlı MPC film büyüme toplam 5 daldırma döngüleri (MPC ve NDT çözümleri maruz alternatif) akım izleme şarj. Şarj akımı (Şekil 2) film MPC &quot;katmanları&quot; ekleyerek, her daldırma döngüsü ile sistematik bir artış. Döngüsel voltamogramları 0.1 &#39;den 0.4 V (karşı Ag / AgCl, KCl) mV / s 4.4 mM potasyum fosfat tamponu (pH = 7.0, μ = 10 mM) 100 taranan potansiyel bir pencere kullanılarak toplanmıştır. ML Vargo, CP Gulka, JK Gerig, CM Manieri, JD Dattelbaum, CB Marks, NT Lawrence, ML Trawick&#39;in, ve MC Leopold, Langmuir 26 (1), 560-569 izni ile yayımlanmaktadır. Copyright 2010 American Chemical Society. <img alt="Şekil 2" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig2.jpg" /> Şekil 2 dithiol bağlantılı MPC film montaj adsorbe AZ protein (a) şematik. (B), MPC filmin montaj adsorbe AZ Tipik döngüsel voltammogram V (karşı Ag / AgCl, KCl) 100 mV / s 4.4 mM potasyum fosfat tamponu (pH = 7.0 taranan -0.25 &#39;den 0,25&#39; için potansiyel bir pencere kullanılarak toplanmıştır. μ = 10 mM). <img alt="Şekil 3" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig3.jpg" /> Şekil 3 Örnek 3 MPTMS modifiye cam slayt dithiol bağlantılı MPC film büyüme UV-Vis spektral izleme. Linker çözüm MPC çözümü için bir maruz kalma takip NDT cam slayt bir pozlama dip döngüsü oluşur. Film kalınlığı büyüme ve eşzamanlı absorbans artışı izleyen her daldırma sonuçları. Daldırma döngüleri artar sayısı arttıkça, yüzey plazmon bandının giderek ~ 520 nm dalga boyunda tanımlanır. ML Vargo, CP Gulka, JK Gerig, CM Manieri, JD Dattelbaum, CB Marks, NT Lawrence, ML Trawick&#39;in, ve MC Leopold, Langmuir 26 (1), 560-569 izni ile yayımlanmaktadır. Copyright 2010 American Chemical Society. <img alt="Şekil 4" src="/files/ftp_upload/3441/3441fig4.jpg" /> Şekil 4 dithiol bağlantılı MPC film montaj Transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kesitsel görüntü analizi. Ankastre: Tipik filmin montajında ​​kullanılan hexanethiolate Fonksiyonlu MPCs TEM görüntüsü. TEM analizi ~ 2 nm Resim J analizi kullanarak MPCs ortalama altın çekirdek çapı belirlenir. ML Vargo, CP Gulka, JK Gerig, CM Manieri, JD Dattelbaum, CB Marks, NT Lawrence, ML Trawick&#39;in, ve MC Leopold, Langmuir 26 (1), 560-569 izni ile yayımlanmaktadır. Copyright 2010 American Chemical Society.

<ol>
	<li>Loftus, A. F., Reighard, K. P., Kapourales, S. A., Leopold, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolayer-Protected+Nanoparticle+Film+Assemblies+as+Platforms+for+Controlling+Interfacial+and+Adsorption+Properties+in+Protein+Monolayer+Electrochemistry.">Monolayer-Protected Nanoparticle Film Assemblies as Platforms for Controlling Interfacial and Adsorption Properties in Protein Monolayer Electrochemistry.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 1649-1661 (2008).</li><li>Vargo, M. L., Gulka, C. P., Gerig, J. K., Manieri, C. M., Dattelbaum, J. D., Marks, C. B., Lawrence, N. T., Trawick, M. L., Leopold, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distance+Dependence+of+Electron+Transfer+Kinetics+for+Azurin+Protein+Adsorbed+to+Monolayer+Protected+Nanoparticle+Film+Assemblies.">Distance Dependence of Electron Transfer Kinetics for Azurin Protein Adsorbed to Monolayer Protected Nanoparticle Film Assemblies.</a> Langmuir. 26, 560-569 (2010).</li><li>Doan, T. T., Vargo, M. L., Gerig, J. K., Gulka, C. P., Trawick, M. L., Dattelbaum, J. D., Leopold, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+analysis+of+azurin+thermodynamic+and+adsorption+properties+at+monolayer-protected+cluster+film+assemblies+-+Evidence+for+a+more+homogeneous+adsorption+interface.">Electrochemical analysis of azurin thermodynamic and adsorption properties at monolayer-protected cluster film assemblies - Evidence for a more homogeneous adsorption interface.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 352, 50-58 (2010).</li><li>Brust, M., Walker, M., Bethell, D., Schriffrin, D. J., Whyman, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Thiol-derivatised+Gold+Nanoparticles+in+a+Two-phase+Liquid-Liquid+System.">Synthesis of Thiol-derivatised Gold Nanoparticles in a Two-phase Liquid-Liquid System.</a> J. Chem. Soc. Chem. Commun. , 801-802 (1994).</li><li>Scouten, W. H., Luong, J. H., Brown, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme+or+protein+immobilization+techniques+for+applications+in+biosensor+design.">Enzyme or protein immobilization techniques for applications in biosensor design.</a> Trends Biotechnol. 13, 178-185 (1995).</li><li>Davis, J., Vaughan, D. H., Cardosi, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elements+of+biosensor+construction.">Elements of biosensor construction.</a> Enzyme Microb. Technol. 17, 1030-1035 (1995).</li><li>Ramsay, G., Ed, . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Commercial+Biosensors+-+Applications+to+Clinical,+Bioprocess,+and+Environmental+Samples.">In Commercial Biosensors - Applications to Clinical, Bioprocess, and Environmental Samples.</a> , (1998).</li><li>Ghindilis, A. L., Atanasov, P., Wilkins, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immunosensors:+electrochemical+sensing+and+other+engineering+approaches.">Immunosensors: electrochemical sensing and other engineering approaches.</a> Biosens. Bioelectron. 13, 113-131 (1998).</li><li>Templeton, A. C., Wuelfing, W. P., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolayer-Protected+Cluster+Molecules.">Monolayer-Protected Cluster Molecules.</a> Accounts. Chem. Res. 33, 27-36 (2000).</li><li>Aguila, A., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolayer-Protected+Clusters+with+Fluorescent+Dansyl+Ligands.">Monolayer-Protected Clusters with Fluorescent Dansyl Ligands.</a> Langmuir. 16, 5949-5954 (2000).</li><li>Hostetler, M. J., Templeton, A. C., Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+Place-Exchange+Reactions+on+Monolayer-Protected+Gold+Cluster+Molecules.">Dynamics of Place-Exchange Reactions on Monolayer-Protected Gold Cluster Molecules.</a> Langmuir. 15, 3782-3789 (1999).</li><li>Wanunu, M., Popovitz-Biro, R., Cohen, H., Vaskevich, A., Rubenstein, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordination-Based+Gold+Nanoparticle+Layers.">Coordination-Based Gold Nanoparticle Layers.</a> J. Am. Chem. Soc. 127, 9207-9215 (2005).</li><li>Gaylean, A. A., Day, R. W., Malinowski, J., Kittredge, K. W., Leopold, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyelectrolyte-linked+film+assemblies+of+nanoparticles+and+nanoshells:+Growth,+stability,+and+optical+properties.">Polyelectrolyte-linked film assemblies of nanoparticles and nanoshells: Growth, stability, and optical properties.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 331, 532-542 (2009).</li><li>Campbell-Rance, D. S., Doan, T. T., Leopold, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sweep,+Step,+Pulse,+and+Frequency-Based+Techniques+Applied+to+Protein+Monolayer+Electrochemistry+at+Nanoparticle+Interfaces.">Sweep, Step, Pulse, and Frequency-Based Techniques Applied to Protein Monolayer Electrochemistry at Nanoparticle Interfaces.</a> , .</li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Protein tek tabaka elektrokimya redoks proteinleri ve sentetik adsorplayıcı platformları arasındaki etkileşimleri çalışmak için kullanılan etkili bir tekniktir. Ancak, bu stratejinin etkinliği, moleküler seviyede kontrol yüksek derecede bir adsorpsiyon arayüzü mühendisi yeteneğine bağlıdır. Bu protokol tarafından oluşturulan MPC-tabanlı platformlar sağlamak ve daha homojen bir protein adsorpsiyonu ortamda 3 alkanethiolate SAMs istihdam geleneksel PME sistemleri ile karşılaştırıld?...

<table border="1"><tr><th> Reaktif ve ekipman Adı </th><th> Şirket </th><th> Katalog numarası </th></tr><tr><td> Tetraoctylammonium bromür </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 294136 </td></tr><tr><td> Sodyum bor hidrür </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 213462 </td></tr><tr><td> Hidrojen tetrachloroaurate </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 254.169-5G </td></tr><tr><td> 1-Hexanethiol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 234192 </td></tr><tr><td> Transmisyon Elektron Mikroskobu </td><td> JEOL </td><td> 1010 </td></tr><tr><td> Nükleer Manyetik Rezonans Spektrometresi </td><td> Bruker Avance </td><td> 300 MHz </td></tr><tr><td> Formvar / karbon desteği filmi bakır ızgara (400 mesh) </td><td> Elektron Mikroskopi Bilimleri </td><td> FCF400-Cu </td></tr><tr><td> Altın substrat </td><td> Buharlasma Metal Films Corp. </td><td> Özel </td></tr><tr><td> Ag / AgCl referans elektrot </td><td> Mikroelektronlar, Inc. </td><td> MI-401F </td></tr><tr><td> Potentiostats </td><td> CH Instruments, Inc. </td><td> CHI650A, CHI610B </td></tr><tr><td> 1,9-Nonanedithiol </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> N29805 </td></tr><tr><td> (3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 175617 </td></tr><tr><td> Ultraviyole Visible Spektrofotometre </td><td> Agilent </td><td> 8453 </td></tr><tr><td> Embed 812 epoksi reçine </td><td> Elektron Mikroskopi Bilimleri </td><td> 14120 </td></tr><tr><td> &quot;00&quot; BEEM kapsül </td><td> Elektron Mikroskopi Bilimleri </td><td> 70000-B </td></tr><tr><td> Silikon düz kalıp </td><td> Elektron Mikroskopi Bilimleri </td><td> 70900 </td></tr><tr><td> Elmas bıçak </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

Kolloidal altın, protein monolayer elektrokimya (PME) adsorpsiyon platformları olarak hizmet film meclisleri içine sentezlenir ve sonradan dahil tek tabaka korunan altın kümeleri (MPCs) denir alkanethiolate ligandlar ile korunan nanopartiküller. PME redoks proteinlerin elektron transferi (ET) reaksiyonları için bir redoks ortağı olarak da hizmet veren bir modifiye elektrot, bir adsorpsiyon platformu onları kapatarak elektrokimyasal özelliklerini inceleyerek model sistem olarak kullanılmaktadır. Çalışmalar, bu tür altın nanoparçacık filmi meclisleri daha homojen bir protein adsorpsiyon ortamı sağlamak ve alkanethiol kendini monte mono tabakaları (SAM) ile modifiye daha geleneksel sistemlere kıyasla mesafe bağımlı olmadan ET teşvik olduğunu göstermiştir. 1-3 Bu yazıda, MPCs hexanethiolate ligandlar değiştirilmiş bir Brust reaksiyon 4 kullanılarak sentezlenen ve görünür ultraviyole (UV-Vis) spektroskopisi, transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve proton (1 H), nükleer manyetik rezonans (NMR) ile karakterize olan Fonksiyonlu . PPK filmler MPC katmanları ve dithiol bağlayarak molekülleri alternatif bir &quot;dip döngüsü&quot; yöntemini kullanarak SAM modifiye altın elektrot arabirimler monte edilir. Altın elektrot Film büyüme sistemin şarj akımı çift katmanlı değişiklikleri ölçerek elektrokimyasal olarak izlenir. Tahmini bir film kalınlığı sağlar silan modifiye cam slaytlar üzerine monte analog filmler, film büyüme ve kesitsel TEM analiz optik izleme için izin verir. Film montaj sırasında, MPC ligand koruma manipülasyon gibi parçalar arası bağlantı mekanizması farklı adsorpsiyon mekanizması olan redoks protein arabirimi, kolayca adapte ağa filmleri için izin. Örneğin, Pseudomonas aeruginosa azurin (AZ) hexanethiolate MPCs ve sitokrom-c (CYT c) MPC arayüzey tabakası değiştirilmiş bir karboksilik asit elektrostatik immobilize olabilir dithiol bağlantılı filmler hidro adsorbe olabilir. Bu raporda, biz sadece AZ sistemi için film protokolü odaklanmak. MPC modifiye sentetik platformlarda proteinlerin adsorpsiyon içeren soruşturmalar biyomoleküllerin ve insan yapımı malzemeleri arasındaki etkileşimlerin daha anlayış ve dolayısıyla biyosensör şemaları, ET modelleme sistemleri, ve sentetik biyouyumlu malzemeler kalkınma yardımı olabilir. 5-8

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry at JoVE.com

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

Tek tabaka korunan kümeleri (MPCs) olarak bilinen Alkanethiolate stabilize altın kolloidler, sentezlenmiş karakterize ve adsorpsiyon gibi basit redoks protein protein tek tabaka elektrokimya için bir arayüz olarak ince filmlerin içerisine monte<em&gt; Pseudomonas aeruginosa</em&gt; Azurin (AZ) ve sitokrom<em&gt; C</em&gt; (CYT<em&gt; C</em&gt;).

Monolayer sentezi, Montaj ve Karakterizasyonu Protein Monolayer Elektrokimya Korumalı Altın Nanopartikül Filmler

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

synthesis-assembly-characterization-monolayer-protected-gold

Research

JoVE Journal

Bioengineering

14.4K Görüntüleme.  University of Richmond. Tek tabaka korunan kümeleri (MPCs) olarak bilinen Alkanethiolate stabilize altın kolloidler, sentezlenmiş karakterize ve adsorpsiyon gibi basit redoks protein protein tek tabaka elektrokimya için bir arayüz olarak ince filmlerin içerisine monte Pseudomonas aeruginosa Azurin (AZ) ve sitokrom C (CYT C).

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

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.

Gümüş Tohum aracılığı Büyüme Yöntemi ile Altın Nanostar Sentezi

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 ...

Biyomühendislik

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.

Biyomarker Discovery için Mezogözenekli Silika İnce Filmler üzerine düşük molekül ağırlıklı Protein Zenginleştirme

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.

Kombinatorik Sentezi ve Polimer Film ve Nanoparçacık Kütüphaneler gelen Yüksek throughput Protein Yayın

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.

Bir Intein aracılı yapay protein Hidrojel sentezi

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.

Bir Damlacık birleştirme sonra Floresan Kurtarma Fosfolipid Monolayer İki boyutlu Difüzyon Tedbir

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.

Darbe Lazer Tahrik olma üzerine Altın Nanopartikül Entegre Fotoğraf duyarlı lipozomlar ve Bunların Mikro-kabarcık Kavitasyon Ölçülmesi Sentezi

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.

Micropatterning ve 3D mikrodamarlar Meclisi

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.

Hücrelerin ultra hızlı Mıknatıslanma için katyonize Magnetoferritin sentezi

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.

Endotel hedefleme için Functionalized 10-nm polimer kaplı altın parçacıkları ve ilaç dağıtım sentezi

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.

Derleme ve biyomoleküler iyon kanal katkılı Lipid membranlar oluşan Memristors karakterizasyonu

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