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. Tips Modification <ol><li> Kjøps silisiumnitrid (Si 3 N 4) AFM bommene med silisium tips (nominell cantilever radius på ~ 2 nm). </li><li> Rengjør hver AFM cantilever ved å dyppe i vannfri etanol i 20 min. Tørk ved romtemperatur. Deretter behandle bommene ved å utsette dem for O to plasma i 5 min. </li><li> Suspendere de rene tips ovennevnte (3 cm) en oppløsning inneholdende metyltrietoksysilan og 3- (aminopropyl) triethoxysilane i et forhold på 15: 1 (v / v) i en desikkator...

Trinn 1.3, 1.4 og 1.7 i protokollen bør utføres med omfattende omsorg og i en meget skånsom måte. I trinn 1.3, bør spissen ikke være i kontakt med silan blandingen og den silanisering prosess bør utføres i en inert atmosfære (fuktighetsfri). 45 Dette er gjort for å forhindre flerlags formasjon og fordi silan-molekyler lett undergå hydrolyse i nærvær av fuktighet. 45 I trinn 1.4, bør temperaturen og tiden holdes på riktig måte. F...

Samspillet mellom proteiner og uorganiske mineraler fører til bygging av komposittmaterialer med karakteristiske egenskaper. Dette inkluderer materialer med høy mekanisk styrke eller spesielle optiske egenskaper. 1, 2 kan for eksempel kombinasjonen av proteinet collagen med mineral hydroksyapatitt genererer enten bløte eller harde bein for forskjellige funksjoner. 3 korte peptider kan også binde uorganiske materialer med høy spesifisitet. 4, og 5, 6 Spesifisiteten av disse peptidene er brukt for å designe nye magnetiske og elektroniske materialer, 7, 8, 9 tilvirkning av nanostrukturerte materialer, vokser krystaller, 10 og syntetisere nanopartikler. 11 Forstå mekanismen bak interaksjoner mellom peptider eller proteiner og uorganiske materialer vil derfor tillate oss å designe nye komposittmaterialer med forbedrede adsorberende egenskaper. I tillegg, siden den interfase av implantater med en immunrespons blir mediert av proteiner, bedre forståelse interaksjonene mellom proteiner med uorganiske materialer som vil forbedre evnen til å utforme implantater. Et annet viktig område som innebærer proteiner i samspill med uorganiske overflater er fabrikasjon av bunnstoff materialer. 12, 13, 14, er 15 Begroing en uønsket prosess hvor organismene fester seg til en overflate. Det har mange uheldige konsekvenser for våre liv. For eksempel, begroing av bakterier på medisinsk utstyr fører til sykehusinfeksjoner. Begroing av marine organismer på båter og store skip øker<html> forbruk av drivstoff. 12, 16, 17, 18 Enkelt-molekyl kraft spektroskopi (SMFS), ved hjelp av en AFM, kan direkte måle interaksjonen mellom en aminosyre eller et peptid med et substrat. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 Andre metoder så som fag-display, 27, 28 kvartskrystall mikrovekt (QCM) 29 eller overflate-plasmonresonans (SPR) 29, 30, 31, 32,ref &quot;&gt; 33 mål interaksjoner av peptider og proteiner til uorganiske overflater i bulk. 34, 35, 36 Dette betyr at de resultater som oppnås ved disse metodene er knyttet til ensembler av molekyler eller aggregater. I SMFS, er en eller svært få molekyler festet til AFM spissen og deres samspill med ønsket underlaget er målt. Denne fremgangsmåten kan utvides til å studere proteinfolding ved å trekke protein fra overflaten. I tillegg, kan den brukes til å måle interaksjoner mellom celler og proteiner og bindingen av antistoffer til deres ligander. 37, 38, 39, 40 Dette notatet beskriver i detalj hvordan du fester enten peptider eller aminosyrer til AFM spissen hjelp silanol kjemi. I tillegg forklarer papir hvordan du utfører styrkemålinger og hvordan å analysereresultater.

<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

Interaksjonene mellom proteiner eller peptider og uorganiske materialer fører til flere interessante prosesser. For eksempel, ved å kombinere proteiner med mineraler fører til dannelse av komposittmaterialer med spesielle egenskaper. I tillegg er det uønskede fremgangs biobegroing initiert ved adsorpsjon av biomolekyler, hovedsakelig proteiner, på overflater. Det organiske laget er et klebesjikt for bakterier og gjør det mulig for dem å kommunisere med overflaten. Forstå de grunnleggende kreftene som styrer samhandlingen på organisk-uorganisk grensesnitt er derfor viktig for mange forskningsområder og kan føre til utformingen av nye materialer for optiske, mekaniske og biomedisinske applikasjoner. Dette papir viser en enkelt-molekyl kraft spektroskopi teknikk som benytter en AFM for å måle adhesjonskraften mellom enten peptider eller aminosyrer og veldefinerte uorganiske overflater. Denne teknikk innebærer en protokoll for å feste biomolekyl til AFMtips gjennom en kovalent fleksibel linker og single-molekyl kraft spektroskopi målinger av atommikroskop. I tillegg er en analyse av disse målingene er inkludert.

Figur 1 viser tuppen modifikasjon prosedyre. I det første trinnet, vil en plasmabehandling på overflaten av silisiumnitrid tips. Spissen presenterer OH-grupper. Disse gruppene vil da reagere med silaner. Ved slutten av dette trinn, vil overflaten på spissen dekket av frie NH2-grupper. Disse frie aminer vil da reagere med Fmoc -PEG-NHS, en kovalent linker. Fmoc-gruppen av PEG-linkeren fjernes ved pipyridine, et avbeskyttende reagens. Til slutt blir undersøk...

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

Her presenterer vi en protokoll for å måle kraften av interaksjoner mellom en veldefinert uorganisk overflate og enten peptider eller aminosyrer ved én-molekyl kraft spektroskopi-målinger ved hjelp av en atommikroskop (AFM). Oppnådd fra målingen informasjonen er viktig for bedre å forstå den peptid-uorganisk materiale interfase.

Innsikt i de Samhandling av aminosyrer og peptider med uorganiske materialer Bruke Single-Molecule Force spektroskopi

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

Syntesen av [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; Ved hjelp av en metastabil Sn (I) Halide Solution syntetisert via en Co-kondense Technique

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

Syntese av Sykliske Polymers og karakterisering av deres diffusiv Motion i smeltet tilstand ved enkelt molekyl nivå

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

Elektrokjemiske impedans spektroskopi som et verktøy for elektrokjemiske Rate konstant estimering

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

Fastsettelse av termodynamisk egenskaper av alkalisk jord-flytende metall legeringer med Elektromotorisk kraft-teknikk

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

Verifiserer strukturen og dynamikken i Interfacial vann med Scanning Tunneling mikroskopi og spektroskopi

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-sensitive påvisning av kjemien i batterier gjennom myk X-ray absorpsjon spektroskopi og Resonant uelastisk X-ray spredning

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-mediert substrat Nanopatterning av uorganiske strukturer for sensing Applications

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

Kovalent vedlegg av enkeltmolekyler for AFM-basert 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

Atomkraftmikroskopi kombinert med infrarød spektroskopi som et verktøy for å sondere enkeltbakteriekjemi

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