Araştırma büyüme girişimi (Ödülü No 101 X 340), Ulusal Bilim Vakfı, büyük araştırma araçları programı (Grant No mali desteği anıyoruz PHY-1626450), büyük Milwaukee Vakfı (Shaw Ödülü) ve University of Wisconsin sistemi (uygulamalı araştırma hibe).

1. reaktifler eriyik hazırlığı
<ol><li>Bir başlangıç protein çözüm faiz [20 mM tris (hydroxymethyl) aminomethane ve 150 mM NaCl, pH 7.4] Tris tampon kullanarak istenen konsantrasyonu protein eriterek/sulandrarak hazırlayın. Not: En küçük protein konsantrasyonu hydrogels cross-linking neden için kullanılan protein bağlıdır ve genellikle > 1 mM olan.</li>
	<li>Amonyum Persülfat (APS) (1 M) stokları ve tris(bipyridine)ruthenium(II) klorür hazırlamak ([Ru(bpy)3]2 +) APS eriterek tarafından (6.67 mM) çözümleri ve [Ru(bpy)3]2 + tozları Tris arabellek.</li>
</ol>2. protein bazlı hidrojel sentezi
<ol><li>23 G iğne 1 mL şırınga üzerinde basılı lavabo pompası ile düzeltmek.</li>
	<li>10 cm politetrafloroetilin (PTFE) tüp (0.022 içinde bir iç çapı ve 0.044 içinde bir dış çapı ile) bir jilet kullanılarak kesme. İğne ve şırınga PTFE tüp bir ucunu takın.</li>
	<li>Bir silane çözüme ikinci tüp sonuna yerleştirin ve şırınga pistonu geri çeker tarafından tüp doldurun. Tüp ~ 30 dakika bırakın.</li>
	<li>Silane çözümü kaldırmak ve basınçlı hava ile tüp kuru. Not: tüm silane çözüm kurutulmuş ve hiçbir kalıntı tüp bırakılır emin olun.</li>
	<li>Protein çözüm mix APS ve [Ru (bpy) 3] ile2 + Sabit hacim oranı kullanarak 1,5 mL tüp içinde [Örneğin, 15:1:1 veya 15:0.5:0.5 (v: v: v)].</li>
	<li>Girdap fotoaktif çözüm kadar tamamen karışık.</li>
	<li>(Örneğin, 14.000 x g) herhangi bir kabarcıklar çözümden kaldırmak için maksimum hızda karıştırın santrifüj kapasitesi.</li>
	<li>Tedavi PTFE tüp açık sonuna fotoaktif karışım içine yerleştirin ve çözüm şırınga pistonu geri çeker tarafından tüpün içine çizin.</li>
	<li>Yüklenen tüp ~ 10 cm uzakta o Isıtma önlemek ve orada 30 dakikaya kadar oda sıcaklığında (Şekil 1B) tutmak için 100 W civa lamba yerleştirin. Not: bazı durumlarda, ışığa maruz kalma süresi 30 s. daha kısa jelleşme kez burada floresan tırnaklar için jeller, photobleaching sınırlamak için kullanılan olarak düşük olabilir.</li>
	<li>İğneden tüpü çıkarması ve yakın bir tıraş bıçağı ile hidrojel biter tüp kenarlarını kesme.</li>
	<li>Körelmenin 24 G iğne hidrojel (Şekil 1 c) Tris çözümde Yükselt için kullanın. Not: Körelmenin iğneler herhangi bir çentik önlemek veya hidrojel örnek zarar vermek için kullanılır.</li>
	<li>Jelleri ekstrüzyon sırasında veya kabarcıklar nedeniyle formu ve kusurları ile jelleri atmak herhangi bir kusur için kontrol edin.</li>
</ol>3. protein bazlı hidrojel eki ve kuvvet-kelepçe Rheometer kurulum
<ol><li>Araç kontrol programını başlatın. Üzerinde ses bobini motorunu. Bir değer aralığı (Örneğin, 7.5 mm) sonuna doğru bobin konumunu belirleyin. Not: Ses bobini pozisyon hidrojel mümkün uzantısı maksimize etmek için en fazla hareket aralığının sonuna doğru olmak tavsiye edilir.</li>
	<li>Zkancaları yerinden-yön ve xdönemeçte hizalamadan-(ki çekerek koordinat; Şekil 2Bgörmek) yön. Mikrometre vidalar xdeğerlerini kaydedin-yön.</li>
	<li>2 steril dikiş eşit uzunlukta iplikçikler halinde kesmek (2-3 cm; bkz: Şekil 3A ve B).</li>
	<li>Gevşek bir çift yukarıdan aşağı düğüm her ipliklerini içine kravat ve 2 döngüler (Şekil 3 c ve 3D) kuvvet sensörün bağlı kanca yerleştirin.</li>
	<li>Deneysel odası Tris arabellek ile doldurun ve hidrojel örnek tıbbi Cımbız kullanarak dolu odanın içine aktarın.</li>
	<li>Ses bobini yerleştirin ve sensör kanca çözüm yüzeye yakın zorlamak ve her yöne xkullanarak kanca hizalamak /y/z-manipülatörler konumlandırma.</li>
	<li>Tıbbi cımbız, protein hidrojel örnek ses için bağlı kanca üzerinde her iki bobin ve sensör (Şekil 3 c) kuvvet asmak kullanma.</li>
	<li>Her iki ucunda da dikiş döngü tıbbi cımbız ile tutarak ve onları aynı anda çekerek hidrojel örnek ses bobini oltaya çevresine 1 dikiş daire sıkın (şekil 3D).</li>
	<li>Döngü için yineleme adım 3.8 kuvvet sensör (şekil 3D) bağlı. Not: herhangi bir yapısal hasar ve hidrojel örnek enine kesme önlemek için dikiş aşırı bir sıkma kaçının.</li>
	<li>Herhangi bir kaymayı önlemek için her kanca vurgun üzerinde dikiş döngüler sıkın; Bu vurgun referans olarak puan arasındaki adım 3.2 kanca sıfır mesafeyi bulmak için kullanın. Tıbbi makas (şekil 3D) kullanarak dikiş aşırı uzunlukları kesti.</li>
	<li>Zkullanarak ekli hidrojel hareket-manipülatörler boyunca z-ekseni deneysel çözümde hidrojel sokmak için deneysel odası doğru.</li>
	<li>Y-z jel herhangi bir stres altında değil öyle ki manipülatörler kullanarak hidrojel örnekte hizalayın.</li>
	<li>Kuvvet sensörü sıfır ve xkullanarak iki kanca ayrı-mikrometre aşamalarında jel kuvveti yaşamaya başlayana kadar. Bu gerçekleşirse, biraz geri mikrometre xçevirin-yön.</li>
	<li>Her iki manipülatörler ses bobini motor ve sensör için konumunu kaydetmek ve hayvan zinciri kanca denemenin başlangıcında arasında kesin ayrım hesaplamak için bu değerleri 3.2 adımda ölçülen olan arasındaki farkı kullanın.</li>
	<li>~1.5 - 2 mm aralığı bolluk Curve ayarlayın ve jel bolluk (Şekil 4A) ölçmek. Not: bolluk her ölçüm için 2 rejimler (Şekil 4A) uyacak en uygun sayıda veri noktası için izin ilk ses bobini konumu, bolluk rejimi başlangıcı bulundurmaya çalışın. Jel uzunluğu kancalar ve bolluk içinde 2 rejimleri arasında kavşak arasındaki mesafeyi kullanarak mikron çözünürlüklü belirlenebilir (Ayrıca bkz: adım 5.1) eğri. Kuvvet sensör zamanla deneysel koşullar farklılığı nedeniyle kayması gibi bu mümkün drift raporlarda zorla jel altında olmadığı bolluk eğri parçası. Araç kontrol programı bu fark için ayar noktası komut PID döngü (Şekil 4A iç metin) gönderirken otomatik olarak dengeler.</li>
</ol>4. protein bazlı hidrojel kontrollü kuvvet-rampa ve sabit-Force ölçüleri kullanarak karakterizasyonu
<ol><li>
Kuvvet rampa deneyler
	<ol>
<li>İstenen yükleme hızı (Örneğin, 0.01 mN/s), kuvvet artırarak bir kuvvet rampa döngü gerçekleştirmek için başlangıç ve son kuvvetler ve protokolün süresi çevrilen "V" girdi. Sonra jel 0 mN (ya da düşük güç) > 200 s protein etki alanları indirgenmesi ve kurtarmak için jel esneklik için izin vermek için basılı tutun.</li>
		<li>Izleme kaydedin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Sabit-force deneyler
	<ol>
<li>Bir sabit-force protokol tanımlı bir süre sabit bir güç (Örneğin, 1 mN) 30 s ve sonra artış gücü için (Örneğin, 0.1 mN) düşük bir güç uygulayarak gerçekleştirmek (Örneğin, 120 s), ardından gücünün aynı düşük Şoklama değeri (Örneğin, 0.1 mN) > 300 s protein etki alanları indirgenmesi ve kurtarmak için jel esneklik sağlar.</li>
		<li>İlk darbe takip geribildirim yanıt süresini en üst düzeye çıkarmak için PID ayarlarını ayarlayın (bkz. Şekil 2B) döngü. Not: Sert jelleri ve yürürlükteki küçük değişiklikler, tepki süresi döngü kuvvet sensör elektronik ve bobin tepki süresi sınırlıdır ve 5 ms7olarak düşük olabilir. Daha yumuşak jeller ve yürürlükteki büyük değişiklikler için tepki süresi hydrogels (Şekil 2B) esneklik tarafından dikte edilir.</li>
		<li>Izleme kaydedin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. veri analizi
<ol><li>Jel kuvveti (Δx 4A rakam eklemek içinde) deneyim, jel uzunluğu L denklemi kullanarak hesaplamak başladığında kanca ile hesaplanan bobin pozisyon arasındaki ölçülen mesafeyi kullanan: L = L0 + ∆x L0 mikrometre vida deney (adım 3.14) önce konumu ölçülen kanca arasındaki mesafeyi işte. Not: bir tam cross-linking neden düşük protein konsantrasyonları ile jelleri için izleme izleme ölçülen uzunluğu değişir. Ayrıca, uzun süreler, hangi jöleyi genel bir uzatma neden yaşlanma etkileri25, proteinler hydrogels içinde yaşayabilirsiniz.</li>
	<li>Zorlanma elde etmek için jel uzunluğu için ölçülen uzantısı normalleştirmek.</li>
	<li>Enine yüzey alanı ölçülen gücüne polimerizasyon için kullanılan boru iç çapı kullanarak normalleştirmek.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Cao, Y., Li, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+do+chemical+denaturants+affect+the+mechanical+folding+and+unfolding+of+proteins?.">How do chemical denaturants affect the mechanical folding and unfolding of proteins?.</a> Journal of Molecular Biology. 375 (1), 316-324 (2008).</li><li>Carrion-Vazquez, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+and+chemical+unfolding+of+a+single+protein:+a+comparison.">Mechanical and chemical unfolding of a single protein: a comparison.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (7), 3694-3699 (1999).</li><li>Wiita, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+chemistry+of+thioredoxin+catalysis+with+force.">Probing the chemistry of thioredoxin catalysis with force.</a> Nature. 450 (7166), 124-127 (2007).</li><li>Lv, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designed+biomaterials+to+mimic+the+mechanical+properties+of+muscles.">Designed biomaterials to mimic the mechanical properties of muscles.</a> Nature. 465 (7294), 69-73 (2010).</li><li>Plumere, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+redox+hydrogel+protects+hydrogenase+from+high-potential+deactivation+and+oxygen+damage.">A redox hydrogel protects hydrogenase from high-potential deactivation and oxygen damage.</a> Nature Chemistry. 6 (9), 822-827 (2014).</li><li>Kong, N., Peng, Q., Li, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rationally+Designed+Dynamic+Protein+Hydrogels+with+Reversibly+Tunable+Mechanical+Properties.">Rationally Designed Dynamic Protein Hydrogels with Reversibly Tunable Mechanical Properties.</a> Advanced Functional Materials. 24 (46), 7310-7317 (2014).</li><li>Khoury, L. R., Nowitzke, J., Shmilovich, K., Popa, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+Biomechanical+Properties+of+Protein-Based+Hydrogels+Using+Force-Clamp+Rheometry.">Study of Biomechanical Properties of Protein-Based Hydrogels Using Force-Clamp Rheometry.</a> Macromolecules. 51 (4), 1441-1452 (2018).</li><li>Auton, M., Rosgen, J., Sinev, M., Holthauzen, L. M. F., Bolen, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osmolyte+effects+on+protein+stability+and+solubility:+A+balancing+act+between+backbone+and+side-chains.">Osmolyte effects on protein stability and solubility: A balancing act between backbone and side-chains.</a> Biophysical Chemistry. 159 (1), 90-99 (2011).</li><li>Popa, I., Kosuri, P., Alegre-Cebollada, J., Garcia-Manyes, S., Fernandez, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+dependency+of+biochemical+reactions+measured+by+single-molecule+force-clamp+spectroscopy.">Force dependency of biochemical reactions measured by single-molecule force-clamp spectroscopy.</a> Nature Protocols. 8 (7), 1261-1276 (2013).</li><li>Aioanei, D., Brucale, M., Tessari, I., Bubacco, L., Samori, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Worm-Like+Ising+Model+for+Protein+Mechanical+Unfolding+under+the+Effect+of+Osmolytes.">Worm-Like Ising Model for Protein Mechanical Unfolding under the Effect of Osmolytes.</a> Biophysical Journal. 102 (2), 342-350 (2012).</li><li>Wheeldon, I. R., Gallaway, J. W., Barton, S. C., Banta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioelectrocatalytic+hydrogels+from+electron-conducting+metallopolypeptides+coassembled+with+bifunctional+enzymatic+building+blocks.">Bioelectrocatalytic hydrogels from electron-conducting metallopolypeptides coassembled with bifunctional enzymatic building blocks.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (40), 15275-15280 (2008).</li><li>Sathaye, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheology+of+peptide-+and+protein-based+physical+hydrogels:+are+everyday+measurements+just+scratching+the+surface?.">Rheology of peptide- and protein-based physical hydrogels: are everyday measurements just scratching the surface?.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. 7 (1), 34-68 (2015).</li><li>Ma, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Biocompatible+and+Biodegradable+Protein+Hydrogel+with+Green+and+Red+Autofluorescence:+Preparation,+Characterization+and+In+Vivo+Biodegradation+Tracking+and+Modeling.">A Biocompatible and Biodegradable Protein Hydrogel with Green and Red Autofluorescence: Preparation, Characterization and In Vivo Biodegradation Tracking and Modeling.</a> Scientific Reports. 6, 19370 (2016).</li><li>Fancy, D. A., Kodadek, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+for+the+analysis+of+protein-protein+interactions:+rapid+and+efficient+cross-linking+triggered+by+long+wavelength+light.">Chemistry for the analysis of protein-protein interactions: rapid and efficient cross-linking triggered by long wavelength light.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (11), 6020-6024 (1999).</li><li>Saqlain, F., Popa, I., Fernandez, J. M., Alegre-Cebollada, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Novel+Strategy+for+Utilizing+Voice+Coil+Servoactuators+in+Tensile+Tests+of+Low+Volume+Protein+Hydrogels.">A Novel Strategy for Utilizing Voice Coil Servoactuators in Tensile Tests of Low Volume Protein Hydrogels.</a> Macromolecular Materials and Engineering. 300 (3), 369-376 (2015).</li><li>Sun, F., Zhang, W. B., Mahdavi, A., Arnold, F. H., Tirrell, D. A. <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+bioactive+protein+hydrogels+by+genetically+encoded+SpyTag-SpyCatcher+chemistry.">Synthesis of bioactive protein hydrogels by genetically encoded SpyTag-SpyCatcher chemistry.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (31), 11269-11274 (2014).</li><li>Thompson, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembling+hydrogels+crosslinked+solely+by+receptor-ligand+interactions:+tunability,+rationalization+of+physical+properties,+and+3D+cell+culture.">Self-assembling hydrogels crosslinked solely by receptor-ligand interactions: tunability, rationalization of physical properties, and 3D cell culture.</a> Chemistry. 21 (8), 3178-3182 (2015).</li><li>Kocen, R., Gasik, M., Gantar, A., Novak, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscoelastic+behaviour+of+hydrogel-based+composites+for+tissue+engineering+under+mechanical+load.">Viscoelastic behaviour of hydrogel-based composites for tissue engineering under mechanical load.</a> Biomedical Materials. 12 (2), (2017).</li><li>Desai, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastin-Based+Rubber-Like+Hydrogels.">Elastin-Based Rubber-Like Hydrogels.</a> Biomacromolecules. 17 (7), 2409-2416 (2016).</li><li>Fusi, L., Brunello, E., Yan, Z., Irving, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thick+filament+mechano-sensing+is+a+calcium-independent+regulatory+mechanism+in+skeletal+muscle.">Thick filament mechano-sensing is a calcium-independent regulatory mechanism in skeletal muscle.</a> Nature Communications. 7, (2016).</li><li>McDonald, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ca2++dependence+of+loaded+shortening+in+rat+skinned+cardiac+myocytes+and+skeletal+muscle+fibres.">Ca2+ dependence of loaded shortening in rat skinned cardiac myocytes and skeletal muscle fibres.</a> Journal of Physiology-London. 525 (1), 169-181 (2000).</li><li>Wu, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rationally+designed+synthetic+protein+hydrogels+with+predictable+mechanical+properties.">Rationally designed synthetic protein hydrogels with predictable mechanical properties.</a> Nature Communications. 9, (2018).</li><li>Bharadwaj, N. A., Ewoldt, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-point+parallel+disk+correction+for+asymptotically+nonlinear+oscillatory+shear.">Single-point parallel disk correction for asymptotically nonlinear oscillatory shear.</a> Rheologica Acta. 54 (3), 223-233 (2015).</li><li>Valle-Orero, J., Rivas-Pardo, J. A., Popa, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidomain+proteins+under+force.">Multidomain proteins under force.</a> Nanotechnology. 28 (17), 174003 (2017).</li><li>Valle-Orero, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+Deformation+Accelerates+Protein+Ageing.">Mechanical Deformation Accelerates Protein Ageing.</a> Angewandte Chemie International Edition. 56 (33), 9741-9746 (2017).</li><li>Fang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forced+protein+unfolding+leads+to+highly+elastic+and+tough+protein+hydrogels.">Forced protein unfolding leads to highly elastic and tough protein hydrogels.</a> Nature Communications. 4, (2013).</li><li>Gungor-Ozkerim, P. S., Inci, I., Zhang, Y. S., Khademhosseini, A., Dokmeci, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinks+for+3D+bioprinting:+an+overview.">Bioinks for 3D bioprinting: an overview.</a> Biomaterial Science. , (2018).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Burada, düşük hacimli protein bazlı hydrogels biyomekanik yanıt araştırmak için bir kuvvet-kelepçe rheometry tekniğini tanımlamak. Ayrıca, bir protokol Tekdüzen silindirik düşük hacimli protein hidrojel örnek sentezlemek için sağlanmıştır. Bir iletişim kuralı da nasıl kanca herhangi bir mekanik deformasyon veya protein bazlı hidrojel örnekleri veya kayma jel zarar vermeden farklı protein bazlı hydrogels çeşitli elasticities ile bağlamayı açıklayan sunulur. Doğrusal ses bobini ve kuvvet...

Benzersiz fiziksel özelliklere sahip olma dışında protein bazlı hydrogels kuvvet Spektroskopi böylece protein kalabalık ortamlarda çalışma etkinleştirme bir 'Çek', içinde birkaç milyar molekülleri ölçümü etkinleştirerek devrim sözü tutun, Bu deri ve diğer doku karşılaştı benzer. Ortakları ve kimyasal koşullar bağlayıcı protein etki alanları zorlamak için biyomekanik cevapları çalışma izin hydrogels içinde katlanmış olarak kalır. Buna ek olarak, hydrogels içinde protein etki alanlarının biyomekanik yanıt tek molekül kuvvet Spektroskopi teknikleri ile görülen yanıt benzer. Örneğin, kimyasal denatüranlar ve oksitleyici ajanlar istikrar katlanmış devletin tek protein etki alanı düzey1,2,3 hem de makroskopik düzey4,5 azaltmak , 6 , 7. benzer şekilde, osmolytes hydrogels, visko elastik yanıt azalmasına aynı koşullar7,10kuvvet için önde gelen tek proteinler8,9, kararlılığı artırır.
Birkaç yaklaşım hydrogels, protein bazlı sentez için tarafından uygulanmış olan fiziksel etkileşimleri11,12 -kovalent cross-linking4,13kullanarak. Kovalent reaksiyonları sabit cross-linking yerlerde için izin ve bu hydrogels mekanik veya kimyasal tedirginlikler kaldırılması üzerine başlangıç durumu kurtarabilirsiniz. Amonyum Persülfat (APS) bir oksidan ve Rutenyum (II) tuzu kullanarak bir başlatıcı (Şekil 1)14olarak maruz Tirozin amino asitler arasındaki kovalent karbon-karbon bağları oluşturan kovalent cross-linking için başarılı bir yaklaşım kullanır. Beyaz ışığa maruz kalma konsantre proteinlerin bir çözüm-ebilmek var olmak dönük hidrojel. Reaksiyon başlar, protein-APS karışımı herhangi bir döküm formu enjekte edilebilir güncelleştirip kontrol ederek Politetrafloroetilen (PFTE) gibi tüpler (Şekil 1B ve 1 C), son derece küçük çözüm cilt15kullanımını sağlar. Ayrıca, cross-linking tepki tetiklemek için beyaz ışık kullanımı sonuçlar floresan proteinlerin sınırlı bir beyazlatma ve bileşik hydrogels formülasyonu floresan işaretleri (Şekil 1) ile sağlar. SpyTag-SpyCatcher kovalent etkileşim16, Amin cross-linking via oxazolidin13veya biotin streptavidin etkileşimi17temel cross-linking diğer protein bazlı hidrojel oluşumu yöntemleri kullanın.
Dinamik mekanik analiz (DMA), şu anda yoğun polimer esaslı hydrogels13,18çalışma için kullanılan bir tekniktir. DMA Biyomalzeme için sürekli güç iletişim kuralları uygulayabilirsiniz olmakla birlikte, üzerinde 10 kPa ve 200'den fazla µL19hacimleri büyük örnek Young'un dönmeler gerektirir. Bu sınırlamalar nedeniyle, protein hydrogels genellikle bu tekniği ile araştırılması çok yumuşak. Mühendislik polyproteins üretmek için canlı bir sistem gerektiren bu yana polimerler sentez zordur bu tür yüksek birimleri en iyi4,15' verimsiz şunlardır. Ayrıca, çoğu biyolojik doku 10 kPa yumuşak. Birkaç yaklaşım kas elastikiyeti20,21çalışmada özellikle biyolojik örnekler için geliştirilmiştir. Bu teknikler de sürekli kuvvet uygulamak için geribildirim altında çalışabilir ama örnekleri çok kısa zamanlar için zorlamaya maruz küçük çapı (mikron aralığındaki) için optimize edilmiş (genellikle daha az 1 s).
Protein bazlı hydrogels tarihinde rheometry teknikleri ile başarılı bir şekilde incelenmiştir. Örneğin, bir halka şeklinde hidrojel döküm deneyimli kuvvet değişikliği uzantısı4,22bir fonksiyonu olarak ölçmek için extensional rheometry kullanımına izin verir. Protein bazlı hydrogels rheological özelliklerini çalışmak için diğer yaklaşımlar kontrollü kesme-stres rheometry kullanın. Bu teknikler de düşük numune hacmi elde etmek ve yumuşak malzeme tahammül. Ancak, bu yöntemleri eksikliği çekerek taklit yeteneği o neden protein unfolding içinde vivozorlar ve Young katsayısı çeşitli varsayımlar ve düzeltmeler23gerektiren karmaşık teorileri dayanarak hesaplanır.
Son zamanlarda küçük hacimli tüp çapı içindeki polimerli proteinlerin kullanan yeni bir yaklaşım bildirdin < 1 mm. Bu teknik ilk bizim uygulanması nerede jel istenen protokol15genişletildi uzunluğu-kelepçe modunda çalışan. Etki alanlarını açılmak iken, bu yöntemde, veri yorumu hantal yapma sürekli bir değişim uzantısı ve kuvvet proteinler deneyim. Son zamanlarda, yeni bir kuvvet-kelepçe rheometry tekniği, nerede bir geri besleme döngüsü düşük hacimli protein hydrogels bir önceden tanımlanmış kuvvet Protokolü7 (Şekil 2) açığa çıkarabilir bildirdin. Analog bir PID sistemi ile bilgisayardan gönderilen ayar noktası kuvvet algılayıcı ile ölçülmüş güç karşılaştırır ve iki giriş arasındaki fark en aza indirmek için ses bobini taşıyarak jel uzantısı ayarlar. Bu 'sıkma kuvveti' Şimdi yeni türlerine deneyler için protein hydrogels biyomekanik ölçmek için izin verir.
Kuvvet rampa modunda bir hayvan zinciri protein hidrojel sürekli artış ve zamanla kuvvet azalması deneyimleri. PID doğrusal olmayan bir şekilde, protein ve hidrojel formülasyonu türüne bağlı olarak uzatma değiştirerek için herhangi bir visko elastik deformasyon oluşan koyu çizgileri giderir. Kuvvet rampa en büyük avantajı Young katsayısı ve bir unfolding ve protein etki alanından refolding nedeniyle enerji dağıtımı gibi standart parametreler miktar sağlanmıştır.
Sabit-force modunda uygulanan kuvvet bir adım gibi moda değiştirir. Bu modda, jel genişletir ve kuvvet artırılması veya azaltılması, anılan sıraya göre ne zaman Melosun sözleşmeleri, zamana bağımlı deformasyon tarafından takip. Sabit bir güç, jel deneyimleri sırasında gerçekleşen bu visko elastik deformasyon etki alanı unfolding/refolding için doğrudan ilgilidir. Basitleştirilmiş bir şekilde, bu uzantı ortalama ve tek seferde ölçülen birkaç milyar tek molekül izlemeler eşdeğeri olarak görülebilir. Sabit-force protokolleri sürüngen ve protein hydrogels gevşeme kuvvet ve zamanın bir fonksiyonu olarak kullanılabilir. BSA tabanlı protein hydrogels için güç bir fonksiyonu olarak biz son zamanlarda elastik ve viskoelastik uzantısı ve geri tepme ile uygulanan gerilim7arasında doğrusal bir bağımlılık olduğunu göstermiştir.
Burada bir kuvvet-kelepçe rheometer bileşik jelleri protein L (L8olarak tasvir 8 etki24,) bir karışımı ve bir protein L-eGFP yapısı (L-eGFP), yapılan genel hidrojel yapar floresan ve basit-e doğru kullanma işlemi ayrıntılı göstermektedir.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>SI-KG4A force transducer</td>
			<td>World Precision Instruments (WPI)</td>
			<td>SI-KG4A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear Voice Coil Motor</td>
			<td>Equipement Solutions</td>
			<td>LFA2010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin</td>
			<td>Rocky Mountain Biologicals (RMBIO)</td>
			<td>BSA-AAF-1XG / 100 G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trizma</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T1503-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S7653-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium persulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>248614-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris(bipyridine)ruthenium(II) chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>544981-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EXPRESS MEDICAL SUPPLIES&#160;6-0 NYLON SUTURE 12/PK</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC0395626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1mL Syringe Only, Luer-Lok Tip</td>
			<td>BD</td>
			<td>309628</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silane, Sigmacote</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SL2-25ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbore PTFE Tubing, 0.022&#34;ID x 0.042&#34;OD, 100 ft/roll</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-06417-21</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypodermic Needle, 23 Gauge</td>
			<td>Healthcare Supply Pros</td>
			<td>305194</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Jensen Global JG24-1.5X Red IT Dispensing Tips - 24 gauge</td>
			<td>KIMCO</td>
			<td>JG24-1.5X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USH-103D USHIO 100W Short Arc Mercury Lamp</td>
			<td>ALB</td>
			<td>USH-103D USHIO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical Tweezers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical scissors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>The computer code and CAD design of the custom parts can be made available on request to the corresponding author.</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

force-clamp rheometry for characterizing protein-based hydrogels

Burada, protein bazlı hydrogels biyomekanik özellikleri tanımlamak için bir kuvvet-kelepçe rheometry yöntemi açıklanmaktadır. Bu yöntem bir analog oransal-integral-türev (PID) sistemi bir doğrusal ses bobini motor ve güç dönüştürücü gergin silindirik protein bazlı hidrojel örnekleri üzerinde kontrol-force iletişim kuralları uygulamak için kullanır. İşlem sırasında ölçülen ve ayar noktası kuvvetleri arasındaki farkı en aza indirerek bir önceden tanımlanmış kuvvet protokolü takip etmek hidrojel örnek uzantısı PID sistemi ayarlar. Hydrogels protein bazlı benzersiz bu yaklaşım son derece düşük hacimli hidrojel örnekleri (< 5 µL) farklı protein konsantrasyonları ile hayvan zinciri sağlar. Burada uygulanan stres artırır ve doğrusal olarak zamanla azalır, kuvvet rampa protokolleri altında sistem (BM) proteinler ve standart elastik ölçümü katlama ile ilişkilendirilen esneklik ve histeresis davranışlar çalışma sağlar ve visko elastik parametreler. Sabit-kuvvet, güç darbe bir adım benzeri şekli, elastik yanıt, kusura bakma ama değişikliği yürürlükte, sahip olduğu unfolding ve refolding protein etki alanından gelen viskoelastik yanıt dan bilgisini iletmiyor altındadır. Düşük hacimli örnek ve çeşitli mekanik tedirginlikler uygulanmasında çok yönlülük nedeniyle kuvvet-kelepçe rheometry proteinlerin bir toplu yaklaşım kullanarak kuvveti altında mekanik yanıt araştırmak için optimize edilmiştir.

Şekil 1A düzeni L-EGP/L8 hidrojel sentezlemek için kullanılan fotoaktif tepki gösterir. Şekil 1B hidrojel karışımı PTFE tüpe önce ve photoactivation sonra gösterir. Şekil 1 c haddelenmiş L-eGFP-L8 hidrojel Tris çözüm içinde sunar. Hidrojel örnek hiçbir yapısal kusurları gibi çentikler var. Hydrogels açıkça görünür bir hasar ile atılmalıdır.
<...

Watch this Scientific Journal Video about Force-Clamp Rheometry for Characterizing Protein-based Hydrogels at JoVE.com

Force-Clamp Rheometry for Characterizing Protein-based Hydrogels

Protein Bazlı Hydrogels karakterize için kuvvet-kelepçe Rheometry

Yeni bir kuvvet-kelepçe rheometry teknik bir ses bobini motor ve bir kuvvet sensör arasında gergin düşük hacimli protein bazlı hidrojel örnekleri mekanik özelliklerini araştırmak için kullanılır. Bir analog oransal-integral-türev (PID) sistemi 'için istenen protokol deneyimli kuvvet sıkma için' sağlar.

Here, we describe a force-clamp rheometry method to characterize the biomechanical properties of protein-based hydrogels. This method uses an analog ...

force-clamp-rheometry-for-characterizing-protein-based-hydrogels

Research

JoVE Journal

Engineering

6.9K Görüntüleme.  University of Wisconsin-Milwaukee. Yeni bir kuvvet-kelepçe rheometry teknik bir ses bobini motor ve bir kuvvet sensör arasında gergin düşük hacimli protein bazlı hidrojel örnekleri mekanik özelliklerini araştırmak için kullanılır. Bir analog oransal-integral-türev (PID) sistemi 'için istenen protokol deneyimli kuvvet sıkma için' sağlar.

Video: Force-Clamp Rheometry for Characterizing Protein-based Hydrogels

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

Tek molekül Görüntüleme için kompakt Kuantum Noktaları

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Mühendislik

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 T generate only a small detectable net-magnetization of the sample at room temperature 1. Hence, most NMR and MRI applications rely on the detection of molecules at relative high concentration (e.g., water for imaging of biological tissue) or require excessive acquisition times. This limits our ability to exploit the very useful molecular specificity of NMR signals for many biochemical and medical applications. However, novel approaches have emerged in the past few years: Manipulation of the detected spin species prior to detection inside the NMR/MRI magnet can dramatically increase the magnetization and therefore allows detection of molecules at much lower concentration 2.
Here, we present a method for polarization of a xenon gas mixture (2-5% Xe, 10% N2, He balance) in a compact setup with a ca. 16000-fold signal enhancement. Modern line-narrowed diode lasers allow efficient polarization 7 and immediate use of gas mixture even if the noble gas is not separated from the other components. The SEOP apparatus is explained and determination of the achieved spin polarization is demonstrated for performance control of the method.
The hyperpolarized gas can be used for void space imaging, including gas flow imaging or diffusion studies at the interfaces with other materials 8,9. Moreover, the Xe NMR signal is extremely sensitive to its molecular environment 6. This enables the option to use it as an NMR/MRI contrast agent when dissolved in aqueous solution with functionalized molecular hosts that temporarily trap the gas 10,11. Direct detection and high-sensitivity indirect detection of such constructs is demonstrated in both spectroscopic and imaging mode.

The production of hyperpolarized xenon by means of spin exchange optical pumping (SEOP) is described. This method yields a ~10000-fold enhancement of the nuclear spin polarization of Xe-129 and has applications in nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. Examples of gas phase and solution state experiments are given.

NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

Concurrent Quantitative Conductivity and Mechanical Properties Measurements of Organic Photovoltaic Materials using AFM

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. Thus, understanding of spatial variations in composition as well as electrical properties of OPV materials is of paramount importance for moving PV technology forward.1,2 In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution. Currently, materials properties measurements performed using commercially available AFM-based techniques (PeakForce, conductive AFM) generally provide only qualitative information. The values for resistance as well as Young's modulus measured using our method on the prototypical ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC61BM system correspond well with literature data. The P3HT:PC61BM blend separates onto PC61BM-rich and P3HT-rich domains. Mechanical properties of PC61BM-rich and P3HT-rich domains are different, which allows for domain attribution on the surface of the film. Importantly, combining mechanical and electrical data allows for correlation of the domain structure on the surface of the film with electrical properties variation measured through the thickness of the film.

Organic photovoltaic (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale inhomogeneity of OPV materials affects performance of photovoltaic devices. In this paper, we describe a protocol for quantitative measurements of electrical and mechanical properties of OPV materials with sub-100 nm resolution.

Eşzamanlı Sayısal İletkenlik ve AFM kullanarak Organik Fotovoltaik Malzemeler Mekanik Özellikleri Ölçümleri

Organic photovoltaic  (OPV) materials are inherently inhomogeneous at the nanometer scale. Nanoscale  inhomogeneity of OPV materials affects performance ...

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to a different substrate by utilizing elastomeric stamps. Transfer printing enables the integration of heterogeneous materials to fabricate unexampled structures or functional systems that are found in recent advanced devices such as flexible and stretchable solar cells and LED arrays. While transfer printing exhibits unique features in material assembly capability, the use of adhesive layers or the surface modification such as deposition of self-assembled monolayer (SAM) on substrates for enhancing printing processes hinders its wide adaptation in microassembly of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. To overcome this shortcoming, we developed an advanced mode of transfer printing which deterministically assembles individual microscale objects solely through controlling surface contact area without any surface alteration. The absence of an adhesive layer or other modification and the subsequent material bonding processes ensure not only mechanical bonding, but also thermal and electrical connection between assembled materials, which further opens various applications in adaptation in building unusual MEMS devices.

This paper introduces a 3D additive micromanufacturing strategy (termed &#8216;micro-masonry&#8217;) for the flexible fabrication of microelectromechanical system (MEMS) structures and devices. This approach involves transfer printing-based assembly of micro/nanoscale materials in conjunction with rapid thermal annealing-enabled material bonding techniques.

3D Katkı Micromanufacturing için Micro-duvar

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in industrialized countries. Here, the development of optical mesosensors/adsorbents (MSAs) for efficient recognition and selective recovery of Pd(II), Au(III), and Co(II) from urban mine was achieved. A simple, general method for preparing MSAs based on using high-order mesoporous monolithic scaffolds was described. Hierarchical cubic Ia3d wagon-wheel-shaped MSAs were fabricated by anchoring chelating agents (colorants) into three-dimensional pores and micrometric particle surfaces of the mesoporous monolithic scaffolds. Findings show, for the first time, evidence of controlled optical recognition of Pd(II), Au(III), and Co(II) ions and a highly selective system for recovery of Pd(II) ions (up to ~95%) in ores and industrial wastes. Furthermore, the controlled assessment processes described herein involve evaluation of intrinsic properties (e.g., visual signal change, long-term stability, adsorption efficiency, extraordinary sensitivity, selectivity, and reusability); thus, expensive, sophisticated instruments are not required. Results show evidence that MSAs will attract worldwide attention as a promising technological means of recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals.

Because of the importance and extensive use of palladium, gold and cobalt metals in high-technology equipment, their recovery and recycling constitute an important industrial challenge. The metal recovery system described herein is a simple, low-cost means for the effective detection, removal, and recovery of these metals from the urban mine.

Algılama ve Palladium Kurtarma Kentsel Madeninde Altın ve Kobalt Metal Nano Wagon tekerlekli şeklindeki Porların ile Belirlenmiş Yeni Sensörler / adsorbanlar kullanma

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and Terahertz imaging. For about 45 years, the generation of coherent, far-infrared radiation has been accomplished using the optically pumped molecular laser. Once far-infrared laser radiation is detected, the frequencies of these laser emissions are measured using a three-laser heterodyne technique. With this technique, the unknown frequency from the optically pumped molecular laser is mixed with the difference frequency between two stabilized, infrared reference frequencies. These reference frequencies are generated by independent carbon dioxide lasers, each stabilized using the fluorescence signal from an external, low pressure reference cell. The resulting beat between the known and unknown laser frequencies is monitored by a metal-insulator-metal point contact diode detector whose output is observed on a spectrum analyzer. The beat frequency between these laser emissions is subsequently measured and combined with the known reference frequencies to extrapolate the unknown far-infrared laser frequency. The resulting one-sigma fractional uncertainty for laser frequencies measured with this technique is &#177; 5 parts in 107. Accurately determining the frequency of far-infrared laser emissions is critical as they are often used as a reference for other measurements, as in the high-resolution spectroscopic investigations of free radicals using laser magnetic resonance. As part of this investigation, difluoromethane, CH2F2, was used as the far-infrared laser medium. In all, eight far-infrared laser frequencies were measured for the first time with frequencies ranging from 0.359 to 1.273 THz. Three of these laser emissions were discovered during this investigation and are reported with their optimal operating pressure, polarization with respect to the CO2 pump laser, and strength.

We describe the generation of far-infrared radiation using an optically pumped molecular laser along with the measurement of their frequencies with heterodyne techniques. The experimental system and techniques are demonstrated using difluoromethane (CH2F2) as the laser medium whose results include three new laser emissions and eight measured laser frequencies.

Uzak-kızılötesi lazer Emisyonları ve Bunların Frekansları ölçülmesi Karakterizasyonu

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and ...

A Simple Dewar/Cryostat for Thermally Equilibrating Samples at Known Temperatures for Accurate Cryogenic Luminescence Measurements

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and a CCD spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, fast sample freezing, fast alignment of the sample, accurate and stable sample temperatures, and small size and portability of the Dewar/cryostat cryogenic unit. When coupled with the fast data acquisition rates of the CCD spectrograph, this Dewar/cryostat is capable of supporting cryogenic luminescence spectroscopic measurements on luminescent samples at a series of known, stable temperatures in the 77-300 K range. A temperature-dependent study of the oxygen quenching of luminescence in a rhodium(III) transition metal complex is presented as an example of the type of investigation possible with this Dewar/cryostat. In the context of this apparatus, a stable temperature for cryogenic spectroscopy means a luminescent sample that is thermally equilibrated with either liquid nitrogen or gaseous nitrogen at a known measureable temperature that does not vary (&#916;T &#60; 0.1 K) during the short time scale (~1-10 sec) of the spectroscopic measurement by the CCD. The Dewar/cryostat works by taking advantage of the positive thermal gradient dT/dh that develops above liquid nitrogen level in the Dewar where h is the height of the sample above the liquid nitrogen level. The slow evaporation of the liquid nitrogen results in a slow increase in h over several hours and a consequent slow increase in the sample temperature T over this time period. A quickly acquired luminescence spectrum effectively catches the sample at a constant, thermally equilibrated temperature.

A simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus comprised of a small fused silica optical Dewar, a thermocouple, and a charge-coupled device (CCD) spectrograph are described. The experiments for which this Dewar/cryostat is designed require fast sample loading, freezing, and alignment, accurate and stable sample temperatures, and small size/portability.

Doğru Kriyojenik Lüminesans Ölçümleri için bilinen Sıcaklıklarda Isı dengeleyici Örnekleri Basit Dewar / Kriyostat

The design and operation of a simple liquid nitrogen Dewar/cryostat apparatus based upon a small fused silica optical Dewar, a thermocouple assembly, and ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Tek katmanlı dikdörtgen SnSe büyük ölçekli pul imalatı atmosfer basıncı

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, three substrates (acrylate, ceramics, and copper) are prepared. To determine the resulting material properties of these substrates, profilometer, contact angle, scanning electron microscope (SEM), and focused ion beam (FIB) measurements are done. The achievable printing resolution and suitable drop volume for each substrate are, then, found through the drop size tests. Then, layers of insulating and conductive ink are inkjet printed alternately to fabricate the target sensor structures. After each printing step, the respective layers are individually treated by photonic curing. The parameters used for the curing of each layer are adapted depending on the printed ink, as well as on the surface properties of the respective substrate. To confirm the resulting conductivity and to determine the quality of the printed surface, four-point probe and profilometer measurements are done. Finally, a measurement set-up and results achieved by such an all-printed sensor system are shown to demonstrate the achievable quality.

Here we present a protocol for the fabrication of inkjet-printed multilayer sensor structures on additively manufactured substrates and foil.

Hibrid akıllı sensörler imalatı için yazdırma

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...