Name: real-time tracking of dna fragment separation by smartphone
Uploaded: 2017-06-01T15:00:00
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Wir bedanken uns herzlich bei der Unterstützung der Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung von China (Nr. 21205078) und des Forschungsfonds für das Doktoratsstudium für Hochschulbildung in China (No.20123120110002). Diese Arbeit wurde teilweise durch das nationale Schlüsselforschungs- und Entwicklungsprogramm von China (2016YFB1102303), das nationale grundlegende Forschungsprogramm von China (973Programm 2015CB352001) und die nationale natürliche Wissenschafts-Grundlage von China (61378060) unterstützt.

1. Grunddesign des SGE-Chips <ol><li> Verwenden Sie jeden transparenten Kunststoff, wie Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat. Hinweis: Der SGE-Chip ist in Abbildung 1B dargestellt. Der SGE-Chip besteht aus zylindrischen Löchern für den TBE-Puffer, Kanäle für die DNA-Trennung und zwei Bahnen, die entlang der Löcher für die Elektrode eingebettet sind. </li><li> Fertigungsarrays von SGE-Kanälen im PMMA-Block mit einer Lasergravurmaschine. Anmerkung: Die geometr...

<ol>
	<li>Carle, G. F., Olson, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+chromosomal+DNA+molecules+from+yeast+by+orthogonal-field-alternation+gel+electrophoresis.">Separation of chromosomal DNA molecules from yeast by orthogonal-field-alternation gel electrophoresis.</a> Nucleic. Acids. Res. 12 (14), 5647-5664 (1984).</li><li>McDonell, M. W., Simon, M. N., Studier, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+restriction+fragments+of+T7+DNA+and+determination+of+molecular+weights+by+electrophoresis+in+neutral+and+alkaline+gels.">Analysis of restriction fragments of T7 DNA and determination of molecular weights by electrophoresis in neutral and alkaline gels.</a> J. Mol. Biol. 110 (1), 119-146 (1977).</li><li>Fangman, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+very+large+DNA+molecules+by+gel+electrophoresis.">Separation of very large DNA molecules by gel electrophoresis.</a> Nucleic. Acids. Res. 5 (3), 653-665 (1978).</li><li>Blum, H., Beier, H., Gross, H. 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W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+bacteriophage+T7+early+RNAs+and+proteins+on+slab+gels.">Analysis of bacteriophage T7 early RNAs and proteins on slab gels.</a> J. Mol. Biol. 79 (2), 237-248 (1973).</li><li>Sugden, B., De Troy, B., Roberts, R. J., Sambrook, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+slab-gel+electrophoresis+equipment.">Agarose slab-gel electrophoresis equipment.</a> Anal. Biochem. 68 (1), 36-46 (1975).</li><li>Rabilloud, T., Chevallet, M., Luche, S., Lelong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+gel+electrophoresis+in+proteomics:+Past,+present+and+future.">Two-dimensional gel electrophoresis in proteomics: Past, present and future.</a> J. Proteomics. 73 (11), 2064-2077 (2010).</li><li>Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. Y., Kim, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+gel+electrophoresis+for+the+separation+of+DNA+fragments.">Agarose gel electrophoresis for the separation of DNA fragments.</a> J. Vis. Exp. (62), e3923 (2012).</li><li>Gasser, R. B., 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=Single-strand+conformation+polymorphism+(SSCP)+for+the+analysis+of+genetic+variation.">Single-strand conformation polymorphism (SSCP) for the analysis of genetic variation.</a> Nat. Protoc. 1 (6), 3121-3128 (2006).</li><li>Matselyukh, B. P., Yarmoluk, S. M., Matselyukh, A. B., Kovalska, V. B., Kocheshev, I. O., Kryvorotenko, D. V., Lukashov, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+cyanine+dyes+with+nucleic+acids:+XXXI.+Using+of+polymethine+cyanine+dyes+for+the+visualization+of+DNA+in+agarose+gels.">Interaction of cyanine dyes with nucleic acids: XXXI. Using of polymethine cyanine dyes for the visualization of DNA in agarose gels.</a> J. Biochem. Biophys. Methods. 57 (1), 35-43 (2003).</li><li>Lunn, G., Sansone, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ethidium+bromide:+destruction+and+decontamination+of+solutions.">Ethidium bromide: destruction and decontamination of solutions.</a> Anal. Biochem. 162 (2), 453-458 (1987).</li><li>Li, Z., Liu, C., Zhang, D., Luo, S., Yamaguchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary+electrophoresis+of+RNA+in+hydroxyethylcellulose+polymer+with+various+molecular+weights.">Capillary electrophoresis of RNA in hydroxyethylcellulose polymer with various molecular weights.</a> J. Chormatogr. B. 1011, 114-120 (2016).</li><li>Li, Z., Liu, C., Ma, S., Zhang, D., Yamaguchi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+inhibition+of+nucleic+acid+dyes+on+polymerase+chain+reaction+by+capillary+electrophoresis.">Analysis of the inhibition of nucleic acid dyes on polymerase chain reaction by capillary electrophoresis.</a> Anal. Methods-UK. 8 (11), 2330-2334 (2016).</li><li>Liu, F., 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=Developing+a+fluorescence-coupled+capillary+electrophoresis+based+method+to+probe+interactions+between+QDs+and+colorectal+cancer+targeting+peptides.">Developing a fluorescence-coupled capillary electrophoresis based method to probe interactions between QDs and colorectal cancer targeting peptides.</a> Electrophoresis. 37 (15-16), 2170-2174 (2016).</li><li>Wang, 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=A+capillary+electrophoresis+method+to+explore+the+self-assembly+of+a+novel+polypeptide+ligand+with+quantum+dots.">A capillary electrophoresis method to explore the self-assembly of a novel polypeptide ligand with quantum dots.</a> Electrophoresis. 37 (15-16), 2156-2162 (2016).</li><li>Miao, 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=Nuclease+assisted+target+recycling+and+spherical+nucleic+acids+gold+nanoparticles+recruitment+for+ultrasensitive+detection+of+microRNA.">Nuclease assisted target recycling and spherical nucleic acids gold nanoparticles recruitment for ultrasensitive detection of microRNA.</a> Electrochim. Acta. 190, 396-401 (2016).</li><li>Heller, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+DNA+separation+with+capillary+electrophoresis.">Principles of DNA separation with capillary electrophoresis.</a> Electrophoresis. 22 (4), 629-643 (2001).</li></ol>

Agarose-Gelelektrophorese wird weithin für die Trennung von DNA, RNA und Protein eingesetzt. Diese Arbeit schlägt eine neue Methode vor, um das traditionelle Gelelektrophoreseprotokoll zu ersetzen. Die Ergebnisse zeigen, dass 50, 100 und 1000 bp DNA-Leitern in einer so kleinen zusammengebauten Vorrichtung gut getrennt werden können. Der große Vorteil dieser Methode ist, dass man nicht nur die Nukleinsäuren mit wenig chemischem Verbrauch trennen kann, sondern auch den Trennprozess aufzeichnen kann. Obwohl die DNA-Fr...

<html> Die Plattengelelektrophorese (SGE) ist die effektivste Methode für die DNA-Fragmenttrennung 1 , 2 , 3 , 4 , 5 und gilt somit als vielseitiges Werkzeug in biochemischen und biologischen Analysen 6 , 7 , 8 . Allerdings zeigen viele Experimente, dass SGE durch die folgenden vier Probleme eingeschränkt wird: (1) die Trennungen dauern viele Stunden und sogar Tage; (2) der chemische verbrauch ist sehr hoch; (3) es erfordert eine komplizierte Apparatur ( z. B. 2D-Elektrophoresezelle, Elektrophorese-Stromversorgung und Gelbildgebungssystem); (4) Das Gelbildgebungssystem kann nur die abgetrennten DNA-Fragmente beobachten, wenn das Experiment beendet ist. Weiterhin wird Ethidiumbromid (EtBr), das üblicherweise in SGE 9 verwendet wird ,Ass = &quot;xref&quot;&gt; 10, ist mutagen und krebserregend 11 , 12 . So sollten Handschuhe bei der Übergabe von Gele mit EtBr getragen werden. Die Kapillarelektrophorese (CE) hat zahlreiche Vorteile 13 , 14 , 15 , 16 , 17 im Vergleich zu SGE, wie z. B. automatischer Betrieb, kurze Trennzeit und geringeren Verbrauch. Allerdings ist das CE-Instrument ziemlich teuer. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurde daher ein System entwickelt (Abbildung 1 ) für die Trennung von DNA. Ein solches System kann den Chemikalienverbrauch nicht nur stark reduzieren und die SGE-Experimentierzeit (&lt;8 min) speichern, sondern auch eine Echtzeit-Verfolgung des DNA-Trennprozesses im Agarosegel durch Smartphone durchführen. Durch die folgenden Verfahren in diesem Protokoll, Studenten schreienLd in der Lage sein, den SGE-Chip zu entwerfen und zu fertigen, das Agarosegel im Chip vorzubereiten, ein einfaches SGE-System mit einem Smartphone aufzustellen und den DNA-Migrationsprozess im Agarosegel aufzuzeichnen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="683">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">10&#215;TBE</td>
			<td style="width:287px;">Beijing Solarbio Science &#38; Technology Co., Ltd.</td>
			<td style="width:181px;">T1051</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">50bp DNA ladder</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">3421A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">100bp DNA ladder</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">3422A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">1kbp DNA ladder</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">3426A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SYBR GREEN</td>
			<td style="width:287px;">Takara Bio Inc.</td>
			<td style="width:181px;">5760A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Agarose</td>
			<td style="width:287px;">Sigma-Aldrich Corporate</td>
			<td style="width:181px;">V900510</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

real-time tracking of dna fragment separation by smartphone

Die Plattengelelektrophorese (SGE) ist die häufigste Methode zur Trennung von DNA-Fragmenten; So wird es weitgehend auf das Gebiet der Biologie und andere angewendet. Allerdings ist das traditionelle SGE-Protokoll ziemlich langweilig, und das Experiment dauert lange. Darüber hinaus ist der Chemikalienverbrauch bei SGE-Experimenten sehr hoch. Diese Arbeit schlägt eine einfache Methode zur Trennung von DNA-Fragmenten auf Basis eines SGE-Chips vor. Der Chip wird von einer Graviermaschine hergestellt. Für die Anregungs- und Emissionswellenlängen des optischen Signals werden zwei Kunststoffplatten verwendet. Das Fluoreszenzsignal der DNA-Banden wird vom Smartphone gesammelt. Um diese Methode zu validieren, wurden 50, 100 und 1000 bp DNA-Leitern getrennt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine DNA-Leiter kleiner als 5.000 bp innerhalb von 12 min aufgelöst werden kann und mit hoher Auflösung bei der Verwendung dieser Methode, was darauf hinweist, dass es ein idealer Ersatz für die traditionelle SGE-Methode ist.

<html> Fig. 4 , Fig. 5 und Fig. 6 stellen ein typisches Ergebnis nach der Gelelektrophorese von 50, 100 und 1000 bp DNA-Leitern dar. Nach dem Experiment waren die DNA-Fragmente gut getrennt. Weiterhin wurden die gleichen Proben in den 4 Kanälen des SGE-Chips getrennt, was zeigt, dass DNA-Fragmente gleicher Größe in jedem Experiment den gleichen Abstand bewegen. Die Trennleistung der DNA-Leiter kann du...

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Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone

Echtzeit-Tracking der DNA-Fragment-Trennung durch Smartphone

Traditionelle Plattengelelektrophorese (SGE) Experimente erfordern eine komplizierte Apparatur und einen hohen chemischen Verbrauch. Diese Arbeit stellt ein Protokoll vor, das eine kostengünstige Methode zur Trennung von DNA-Fragmenten innerhalb eines kurzen Zeitrahmens beschreibt.

Slab gel electrophoresis (SGE) is the most common method for the separation of DNA fragments; thus, it is broadly applied to the field of biology and ...

Research

JoVE Journal

Biochemistry

DNA Polymerase Activity Assay Using Near-infrared Fluorescent Labeled DNA Visualized by Acrylamide Gel Electrophoresis

DNA-Polymerase-Aktivität Assay mit Nahinfrarot-Leuchtstoff beschrifteten DNA durch Acrylamid Gelelektrophorese sichtbar gemacht

For any enzyme, robust, quantitative methods are required for characterization of both native and engineered enzymes. For DNA polymerases, DNA synthesis ...

Forschung

Biochemie

Regeneration of Arrayed Gold Microelectrodes Equipped for a Real-Time Cell Analyzer

Regeneration der angeordneten Gold Mikroelektroden ausgestattet für eine Echtzeit-Zelle-Analyzer

The label-free cell-based assay is advantageous for biochemical study because of it does not require the use of experimental animals. Due to its ability ...

Real-time Observation of the DNA Strand Exchange Reaction Mediated by Rad51

Echtzeit-Beobachtung der DNA-Strang Exchange Reaktion vermittelt durch Rad51

The DNA strand exchange reaction mediated by Rad51 is a critical step of homologous recombination. In this reaction, Rad51 forms a nucleoprotein filament ...

DNA Sequence Recognition by DNA Primase Using High-Throughput Primase Profiling

DNA-Sequenzerkennung durch DNA-Primase mit High-Throughput Primase Profiling

DNA primase synthesizes short RNA primers that initiate DNA synthesis of Okazaki fragments on the lagging strand by DNA polymerase during DNA replication. ...

Real-Time, Semi-Automated Fluorescent Measurement of the Airway Surface Liquid pH of Primary Human Airway Epithelial Cells

Real-Time, halbautomatisierte Fluoreszenzmessung der Luftbogenoberfläche Liquid pH der primären menschlichen Luftweg-Epithelzellen

In recent years, the importance of mucosal surface pH in the airways has been highlighted by its ability to regulate airway surface liquid (ASL) ...

Monitoring GPCR-&#946;-arrestin1/2 Interactions in Real Time Living Systems to Accelerate Drug Discovery

Monitoring GPCR-ÃƒÅ½Ã‚Â²-arrestin1/2 Interactions in Real Time Living Systems to Accelerate Drug Discovery

Überwachung von GPCR---Arrestin1/2-Interaktionen in Echtzeit-Lebenssystemen zur Beschleunigung der Arzneimittelentdeckung

Interactions between G-protein coupled receptors (GPCRs) and &#946;-arrestins are vital processes with physiological implications of great importance. ...

Measuring Nucleotide Binding to Intact, Functional Membrane Proteins in Real Time

Messung der Nukleotidbindung an intakte, funktionelle Membranproteine in Echtzeit

We have developed a method to measure binding of adenine nucleotides to intact, functional transmembrane receptors in a cellular or membrane environment. ...

Enabling Real-Time Compensation in Fast Photochemical Oxidations of Proteins for the Determination of Protein Topography Changes

Ermöglicht Echtzeitkompensation bei schnellen photochemischen Oxidationen von Proteinen zur Bestimmung von Proteintopographie-Änderungen

Fast photochemical oxidation of proteins (FPOP) is a mass spectrometry-based structural biology technique that probes the solvent-accessible surface area ...

Deciphering Molecular Mechanism of Histone Assembly by DNA Curtain Technique

Chromatin is a higher-order structure that packages eukaryotic DNA. Chromatin undergoes dynamic alterations according to the cell cycle phase and in ...

Identifying G-Quadruplexes in a DNA Template Using Chemical Mapping

In Vitro Chemical Mapping of G-Quadruplex DNA Structures by Bis-3-Chloropiperidines

Characterizing DNA G-Quadruplex by Bis-3-Chloropiperidine Based Chemical Mapping (Video) | JoVE

In vitro Chemische Kartierung von G-Quadruplex-DNA-Strukturen durch Bis-3-Chlorpiperidine

G-quadruplexes (G4s) are biologically relevant, non-canonical DNA structures that play an important role in gene expression and diseases, representing ...