Name: insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single-molecule force spectroscopy
Uploaded: 2017-03-06T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy at JoVE.com

This work was supported by the Marie Curie International Reintegration Grant (EP7). P. D. acknowledges the support of the Israel Council for Higher Education.

1. Tip Wijziging <ol><li> Purchase siliciumnitride (Si 3 N 4) AFM uitkragingen met siliconen tips (nominale cantilever straal van ~ 2 nm). </li><li> Reinig de AFM cantilever door dompelen in watervrije ethanol gedurende 20 min. Droog bij kamertemperatuur. Behandel dan de cantilevers door ze in O2 plasma gedurende 5 min. </li><li> Schorsen de schone tips hierboven (3 cm) een oplossing die methyltriethoxysilaan en 3- (aminopropyl) triethoxysilaan in een verhouding van 15: 1 (v / v) in ee...

Stappen 1.3, 1.4 en 1.7 in het protocol dient met uitgebreide zorg en op een zeer zachte manier worden uitgevoerd. In stap 1,3, zou de tip niet in contact zijn met het silaan mengsel en de silanisatie proces dient in een inerte atmosfeer (vochtvrije) lopen. 45 Dit wordt gedaan teneinde meerlaagse vorming te voorkomen en omdat silaanmoleculen gemakkelijk worden gehydrolyseerd in aanwezigheid van vocht. 45 In stap 1,4, moeten de temperatuur en ti...

De interactie tussen eiwitten en anorganische mineralen leidt tot de constructie van composiet materialen met onderscheidende eigenschappen. Dit omvat materialen met hoge mechanische sterkte of unieke optische eigenschappen. 1, 2 Bijvoorbeeld, de combinatie van het eiwit collageen met minerale hydroxiapatiet genereert hard of zacht beenderen voor verschillende functionaliteiten. 3 Korte peptiden kunnen ook binden anorganische materialen met hoge specificiteit. 4 is 5, 6 de specificiteit van deze peptiden zijn gebruikt voor het ontwerpen van nieuwe magnetische en elektronische materialen, 7, 8, 9 fabriceren nanogestructureerde materialen, het groeien van kristallen, 10 en synthetiseren van nanodeeltjes. 11 Inzicht in de onderliggende mechanisme interacties tussen eiwitten en peptiden of anorganische materialen zullen daarom ons toelaten om nieuwe composietmaterialen te ontwerpen met een verbeterde adsorptie eigenschappen. Aangezien bovendien de interfase van implantaten met een immuunrespons bij eiwitten, beter begrip van de interacties van eiwitten met anorganische materialen ons vermogen om implantaten te ontwerpen verbeteren. Een ander belangrijk dat eiwitten omvat interactie met anorganische oppervlakken is de vervaardiging van antifouling materialen. 12, 13, 14, 15 Biofouling een ongewenste proces waarbij organismen hechten aan een oppervlak. Het heeft vele nadelige gevolgen voor ons leven. Bijvoorbeeld, biofouling bacteriën op medische hulpmiddelen leidt tot ziekenhuisinfecties. Biofouling van mariene organismen op boten en grote schepen verhoogt de<html> brandstofverbruik. 12, 16, 17, 18 Single-molecule force spectroscopie (SMF) met behulp van een AFM, kan direct de interacties tussen een aminozuur of een peptide met een substraat te meten. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 Andere werkwijzen zoals faagdisplay, 27, 28 kwartskristal microbalans (QCM) 29 of oppervlak plasmon resonantie (SPR) 29, 30, 31, 32,ref &quot;&gt; 33 meten van de interacties van peptiden en eiwitten aan anorganische oppervlakken in bulk. 34, 35, 36 Dit betekent dat de resultaten van deze methoden resultaten hebben betrekking op ensembles van moleculen of aggregaten. In SMF worden één of zeer weinig moleculen bevestigd aan de AFM tip en hun interacties met het gewenste substraat wordt gemeten. Deze benadering kan worden uitgebreid tot eiwitvouwing bestuderen door aan het eiwit van het oppervlak. Bovendien kan het worden gebruikt om interacties tussen cellen en eiwitten en de binding van antilichamen aan hun liganden te meten. 37, 38, 39, 40 Dit document beschrijft in detail hoe om ofwel peptiden of aminozuren hechten aan de AFM tip met behulp van silanol chemie. Bovendien, het papier legt uit hoe je kracht metingen uit te voeren en hoe het te analyserenresultaten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="638">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="173">
			<td height="173" style="height:173px;width:164px;">Silicon nitride (Si3N4) AFM cantilevers with silicon tips</td>
			<td style="width:147px;">Bruker (Camarilo, CA, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">MSNL10, nominal cantilevers radius ~2 nm&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Methyltriethoxysilane&#160;</td>
			<td style="width:147px;">Acros Organics (New Jersey, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">For Silaylation of the AFM tip&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">3-(Aminopropyl) triethoxysilane</td>
			<td style="width:147px;">Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Triisopropylsilane</td>
			<td style="width:147px;">Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:164px;">N-Ethyldiisopropylamine</td>
			<td style="width:147px;">Alfa-Aesar (Lancashire, UK)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:164px;">Triethylamine</td>
			<td style="width:147px;">Alfa-Aesar (Lancashire, UK)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:164px;">Piperidine</td>
			<td style="width:147px;">Alfa-Aesar (Lancashire, UK)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="232">
			<td height="232" style="height:232px;width:164px;">Fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide&#160; (Fmoc-PEG-NHS)</td>
			<td style="width:147px;">Iris Biotech GmbH (Deutschland, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as the covalent flexible linker&#160; (MW = 5000 Da)</td>
		</tr>
		<tr height="253">
			<td height="253" style="height:253px;width:164px;">2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3,-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU)</td>
			<td style="width:147px;">Alfa Aser (Heysham, England)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as a coupling reagent.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:164px;">N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)</td>
			<td style="width:147px;">Acros Organics (New Jersey, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as Solvent in Tip modification procedure</td>
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:164px;">DMF (dimethylformamide)</td>
			<td style="width:147px;">Merck (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as Solvent in Tip modification procedure</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Trifluoro acetic acid (TFA)</td>
			<td style="width:147px;">Merck (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Acetic anhydride</td>
			<td style="width:147px;">Merck (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Peptides</td>
			<td style="width:147px;">GL Biochem (Shanghai, China).</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Phenylalanine and Tyrosine&#160;</td>
			<td style="width:147px;">Biochem (Darmstadt, Germany)&#160;</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="240">
			<td height="361" rowspan="7" style="height:361px;width:164px;">30% TiO2 dispersion in the mixture of solvent 2-(2-Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP)</td>
			<td rowspan="7" style="width:147px;">Applied Vision Laboratories (Jerusalem, Israel)</td>
			<td rowspan="7" style="width:64px;"></td>
			<td rowspan="7" style="width:264px;">(30%) in the mixture of solvent 2-(2 Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:164px;">Mica substrates</td>
			<td style="width:147px;">TED PELLA, INC. (Redding, California, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">9.9 mm diameter</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single-molecule force spectroscopy

De interacties tussen eiwitten of peptiden en anorganische materialen leiden tot verschillende interessante processen. Bijvoorbeeld het mengen van proteïnen met mineralen leidt tot de vorming van composietmaterialen met unieke eigenschappen. Bovendien wordt het ongewenste proces van biofouling geïnitieerd door de adsorptie van biomoleculen, vooral proteïnen, op oppervlakken. Deze organische laag een hechtlaag voor bacteriën en kunnen ze interageren met het oppervlak. Inzicht in de fundamentele krachten die de interacties regelen van de organische-anorganische interface is daarom belangrijk voor veel gebieden van onderzoek en kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen voor optische, mechanische en biomedische toepassingen. Deze paper toont een single-molecule kracht spectroscopie techniek die een AFM gebruikt om de hechting kracht tussen beide peptiden of aminozuren en goed gedefinieerde anorganische oppervlakken te meten. Deze techniek omvat een protocol voor het bevestigen van het biomolecuul aan de AFMtip via een covalente flexibele linker en single-molecule force spectroscopy metingen door atomic force microscope. Daarnaast wordt een analyse van deze metingen inbegrepen.

Figuur 1 toont de tip modificatie procedure. In de eerste stap, een plasmabehandeling verandert het oppervlak van de silicium nitride tip. De tip presenteert OH-groepen. Deze groepen zullen vervolgens reageren met silanen. Na afloop van deze stap wordt het oppervlak van de punt worden door vrije -NH2 groepen. Deze vrije amines vervolgens reageren met Fmoc -PEG-NHS, een covalente linker. De Fmoc groep van de PEG-linker wordt verwijderd door pipyridine een ontsc...

Watch this Scientific Journal Video about Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy at JoVE.com

Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

Hier presenteren we een protocol om de kracht van de interacties tussen een goed gedefinieerde anorganische oppervlak en ofwel peptiden of aminozuren door single-molecule force spectroscopy metingen te meten met behulp van een atomic force microscope (AFM). De resultaten van de meting informatie is belangrijk voor een beter begrip van het peptide-anorganisch materiaal interfase.

Inzicht in de interacties van aminozuren en peptiden met anorganische materialen met behulp van enkel-molecuul Force Spectroscopie

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

The Synthesis of [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- Using a Metastable Sn(I) Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The Synthesis of [Sn10SiSiMe334]2- Using a Metastable SnI Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

De synthese van [Sn<sub&gt; 10</sub&gt; (Si (SiMe<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; Met behulp van een Metastabiel Sn (I) Halide Solution bereid met een Co-condensatie Techniek

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Synthese van cyclische polymeren en karakterisering van hun Diffusive Motion in de Smelt staat bij de Single Molecule niveau

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Elektrochemische impedantie spectroscopie als een instrument voor elektrochemische Rate Constant schatting

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Bepaling van de thermodynamische eigenschappen van metalen legeringen Alkaline Earth-vloeistof met behulp van de elektromotorische kracht techniek

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

Sonderen de structuur en de dynamiek van Interfaciale Water met Scanning Tunneling microscopie en spectroscopie

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Elemental-gevoelige detectie van de chemie in batterijen door zachte X-ray Absorptie spectroscopie en Resonant inelastisch X-ray Scattering

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

DNA origami-gemedieerde substraat nano-Atterning van anorganische structuren voor sensing toepassingen

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA ...

Covalent Attachment of Single Molecules for AFM-based Force Spectroscopy

Atomic force microscopy (AFM)-based single molecule force spectroscopy is an ideal tool for investigating the interactions between a single polymer and ...

Atomic Force Microscopy Combined with Infrared Spectroscopy as a Tool to Probe Single Bacterium Chemistry

Atomic Force Microscopie gecombineerd met infraroodspectroscopie als hulpmiddel om single bacterium chemistry te onderzoeken

Atomic Force Microscopy-Infrared Spectroscopy (AFM-IR) is a novel combinatory technique, enabling simultaneous characterization of physical properties and ...