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. Совет Модификация <ol><li> Покупка нитрида кремния (Si 3 N 4) AFM кантилеверов с кремниевыми наконечниками (номинальный радиус кантилевера ~ 2 нм). </li><li> Чистить каждый AFM кантилевера путем погружения в безводном этаноле в течение 20 мин. Высушивают при комнатной температуре. Затем ?...

Шаги 1.3, 1.4 и 1.7 в протоколе следует проводить с большим осторожностью и в очень мягкой форме. На этапе 1.3, кончик не должен быть в контакте с силановой смеси, и процесс силанизация следует проводить в инертной атмосфере (свободной от влаги). 45 Это делается для того , чтобы предо...

Взаимодействие между белками и неорганических минералов приводит к построению композиционных материалов с отличительными свойствами. Это включает в себя материалы с высокой механической прочностью и уникальными оптическими свойствами. 1, 2 Например, сочетание белка коллагена с минеральной гидроксиапатита создает гибкие и жесткие кости для различных функциональных возможностей . 3 Короткие пептиды могут также связывать неорганические материалы с высокой специфичностью. 4, 5, 6 Специфичность этих пептидов использовали для конструирования новых магнитных и электронных материалов, 7, 8, 9 фабрикации наноструктурных материалов, выращивания кристаллов, 10 и синтезирующие наночастицы, 11 Понимание механизма , лежащего взаимодействия между пептидами или белками и неорганических материалов , поэтому позволит нам разработать новые композиционные материалы с улучшенными адсорбционных свойств. Кроме того, так как межфазное имплантатов с иммунным ответом опосредована белками, лучше понять взаимодействия белков с неорганическими материалами улучшит нашу способность конструировать имплантатов. Другой важной областью, которая включает в себя белки, взаимодействующие с неорганическими поверхностями является изготовление противообрастающих материалов. 12, 13, 14, 15 Биозагрязнение является нежелательным процессом , в котором организмы прикрепляются к поверхности. Она имеет много вредных последствий для нашей жизни. Например, биообрастание бактерий на медицинских приборов приводит к внутрибольничных инфекций. Биозагрязнение морских организмов на лодках и больших судах увеличивает<html> потребление топлива. 12, 16, 17, 18 Одиночных молекул силовой спектроскопии (ОВС), с использованием АСМ, можно непосредственно измерить взаимодействие между аминокислотой или пептидом с подложкой. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 и другие методы , такие как фаговый дисплей, 27, 28 Пьезокварцевые (QCM) 29 или поверхностного плазмонного резонанса (SPR) 29, 30, 31, 32,исх &quot;&gt; 33 мера взаимодействия пептидов и белков неорганических поверхностей в натуральном выражении . 34, 35, 36 Это означает, что результаты, полученные этими методами, относятся к ансамблей молекул или агрегатов. В ОВС, один или очень мало молекул прикреплены к наконечнику AFM и их взаимодействие с желаемой подложкой измеряется. Такой подход может быть расширен для изучения сворачивания белков, потянув белка с поверхности. Кроме того, он может быть использован для измерения взаимодействия между клетками и белками и связывание антител с их лигандами. 37, 38, 39, 40 В данной статье подробно описывается , как присоединить либо пептиды или аминокислоты к наконечнику AFM с помощью химии силанола. Кроме того, в документе описывается, как выполнять измерения силы и как анализироватьРезультаты.

<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

Взаимодействие между белками или пептидами и неорганических материалов приводит к ряду интересных процессов. Например, сочетая белки с минералами приводит к образованию композитных материалов с уникальными свойствами. Кроме того, нежелательный процесс обрастания инициируется при адсорбции биомолекул, в основном белки, на поверхностях. Этот органический слой представляет собой адгезионный слой для бактерий и позволяет им взаимодействовать с поверхностью. Понимание основных сил, которые регулируют взаимодействие в органо-неорганических интерфейс Поэтому важно для многих областей исследований и может привести к разработке новых материалов для оптических, механических и биомедицинских применений. Эта статья демонстрирует технику силовой спектроскопии одиночных молекул, которая использует AFM для измерения адгезии силы между либо пептидов или аминокислот и четко определенных неорганических поверхностей. Этот метод включает в себя протокол для прикрепления биомолекул к AFMопрокинуться через ковалентную гибкий линкер и измерения силы спектроскопии одиночных молекул с помощью атомно-силового микроскопа. Кроме того, анализ этих измерений включен.

Рисунок 1 демонстрирует процедуру изменения наконечника. На первом этапе, плазменной обработкой изменяет поверхность наконечника из нитрида кремния. Кончик представляет ОН-группы. Эти группы затем реагируют с силанами. В конце этого этапа, поверхность након...

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

Здесь мы приводим протокол для измерения силы взаимодействия между хорошо определенной неорганической поверхности и либо пептидов или аминокислот путем измерения силовой спектроскопии одиночных молекул с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Информация, полученная из измерений важно, чтобы лучше понять пептидный-неорганический материал раздела.

Исследования в взаимодействий аминокислот и пептидов с использованием неорганических материалов с использованием одномолекулярной силовой микроскопии

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

The overall goal of the single-molecule force spectroscopy technique is to determine the adhesion force and nature of interactions between amino acids or peptides with different surfaces. This matter can help answer key questions in the area of surface chemistry and be used for the development of new composites and chordates. The main advantage of this technique is that it provides information on interaction between the desired molecule and surfaces at the single molecule level.To begin, purchase silicon nitride AFM cantilevers equipped with silicon tips with a nominal cantilever radius of two nanometers. Mount the tip on the holder. Clean each of the AFM cantilevers by dipping them into ethanol for 20 minutes and then dry them at room temperature.Next, place the tips into a plasma chamber and treat the cantilevers by exposing them to oxygen plasma for five minutes. Prepare a solution containing 15 parts methyltriethoxysilane and one part three amino propyltriethoxysilane and suspend the canitlevers three centimeters above the solution while under an inert atmosphere. It is important that the tips and the holder do not touch the silane mixture.In addition, the silane is highly moisture sensitive, and therefore these tips need to be carried out in an inert atmosphere. Once sealed, connect the desiccator to a vacuum pump and apply a vacuum for two hours to form a mono-layer of the two types of mixed silane compounds on the surface of the cantilevers. Carefully remove the tips and place them onto a hot plate preheated to 70 degrees Celsius.Leave the tips to dry for 10 minutes. Cool the tips at room temperature before immersing them in a solution of Fmoc-PEG-NHS for one hour at room temperature. Next, dip the tips into chloroform for five minutes and then into DMF for an additional five minutes.After incubation in DMF, de-protect the Fmoc groups of the attached PEG molecules by dipping the tips into 20%piperidine solution in DMF for 30 minutes. Again, dip the tips in DMF for four minutes and then in N-Methyl-2-pyrrolidone for an additional four minutes. To couple amino acids onto the tips, immerse the for one and a half hours into an amino acid coupling solution with a total concentration of 30 millimolar and five milliliters of N-Methyl-2-pyrrolidone.To protect the remaining free or unreactant PEG residues by the acetyl group, dip the tips for 30 minutes in a 0.65 molar mixture of four parts acetic anhydride and one part diisopropylethylamine and N-Methyl-2-pyrrolidone. Then sequentially dip the peptide amino acid functionalized tips for four minutes each into NMP, chloroform, 50%ethanol and water before finally drying the tip in air. Attach the desired test surface to a metallic holder of the AFM with commercially available epoxy.Then, place the metallic holder into the glass holder of the AFM, which is shaped as a small petri dish. Fill the glass holder with TRIS buffer. And then place the metallic holder on the AFM stage below the tip holder.Next, mount the AFM tip on the AFM's optic glass. Place the optic glass block in the AFM head. And put the AFM head on the stage.Next, calibrate the AFM cantilevers with spring constants ranging from 10 to 30 piconewtons per nanometer. A typical force measurement results in a force distance curve like those shown here. The first peek indicates non-specific interactions between the tip and the surface and the second peek refers to the specific adhesion event.From several hundred force distance curves, it is possible to construct a histogram by plotting the number of adhesion events versus force. Applying a Gaussian fit on these histograms will determine the most probable force. After watching this video, you should have a good understanding of how to chemically modify AFM tips with amino acids or peptides and how to perform single-molecule force spectroscopy using AFM.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Подготовка Silica наночастиц Через СВЧ-помощь кислотно-катализа

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

Синтез [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; Использование метастабильного Sn (I) раствор галогенида синтезированные через соконденсацией Техника

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

Синтез циклических полимеров и характеристика их диффузионное движение в расплавленном состоянии на уровне отдельной молекулы

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

Электрохимический импеданс спектроскопия как инструмент для электрохимических скорость постоянной оценки

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

Определение термодинамических свойств металлических сплавов алкалической земли жидкости с использованием метода электродвижущей силы

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

Проверка структуры и динамики межфазного воды с сканирование туннелирования микроскопии и спектроскопии

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

Элементаль чувствительных обнаружение химии в батареи через мягкие рентгеновской спектроскопии поглощения и резонансных неупругого рентгеновского рассеяния

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

ДНК Оригами-Оригами-Оригами Субстрат Nanopatterning неорганических структур для зондирования приложений

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

Ковалентное присоединение одиночных молекул для спектроскопии силы на основе AFM

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

Атомно-силовая микроскопия в сочетании с инфракрасной спектроскопией в качестве инструмента для исследования химии одиночных бактерий

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