Name: real-time tracking of dna fragment separation by smartphone
Uploaded: 2017-06-01T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone at JoVE.com

Vi bekräftar tacksamt stöd från National Natural Science Foundation of China (nr 21205078) och forskningsfonden för doktorandprogrammet för högre utbildning i Kina (No.20123120110002). Detta arbete stöddes delvis av Kinas nationella nyckelforsknings- och utvecklingsprogram (2016YFB1102303), Kinas nationella grundforskningsprogram (973Program, 2015CB352001) och National Natural Science Foundation of China (61378060).

1. Grundläggande utformning av SGE-chipet <ol><li> Använd någon transparent plast, såsom polymetylmetakrylat (PMMA) eller polykarbonat. Obs! SGE-chipet visas i Figur 1B . SGE-chipet består av cylindriska hål för TBE-bufferten, kanaler för DNA-separation, och två banor inbäddade längs hålen för elektroden. </li><li> Sätta upp arrays av SGE-kanaler i PMMA-blocket med hjälp av en lasergraveringsmaskin. Obs! Chipens geometriska parametrar är beroende av storleken...

<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. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+silver+staining+of+plant+proteins,+RNA+and+DNA+in+polyacrylamide+gels.">Improved silver staining of plant proteins, RNA and DNA in polyacrylamide gels.</a> Electrophoresis. 8 (2), 93-99 (1987).</li><li>G&#246;dde, R., 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=Electrophoresis+of+DNA+in+human+genetic+diagnostics-state-of-the-art,+alternatives+and+future+prospects.">Electrophoresis of DNA in human genetic diagnostics-state-of-the-art, alternatives and future prospects.</a> Electrophoresis. 27 (5-6), 939-946 (2006).</li><li>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+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>

Agarosgelelektrofores används i stor utsträckning för separation av DNA, RNA och protein. Detta arbete föreslår en ny metod för att ersätta det traditionella gelelektroforesprotokollet. Resultat visar att 50, 100 och 1000 bp DNA-stegar kan separeras väl i en sådan liten monterad enhet. Den stora fördelen med denna metod är att den inte bara kan separera nukleinsyrorna med liten kemisk konsumtion, men det kan också registrera separationsprocessen. Även om DNA-fragmenten ser brett ut i fi...

<html> Slabelelektrofores (SGE) är den mest effektiva metoden för DNA-fragment separation 1 , 2 , 3 , 4 , 5 och anses därför vara ett mångsidigt verktyg i biokemiska och biologiska analyser 6 , 7 , 8 . Många experiment tyder emellertid på att SGE begränsas av följande fyra problem: (1) separationerna tar många timmar och jämn dagar; (2) den kemiska förbrukningen är mycket hög; (3) det kräver en komplicerad apparat ( t.ex. 2D elektroforescell, elektrofores strömförsörjning och gelbilds-system); (4) gelbilds-systemet kan endast observera de separerade DNA-fragmenten när experimentet är avslutat. Vidare används etidiumbromid (EtBr), som vanligen används i SGE 9 ,Ass = &quot;xref&quot;&gt; 10, är ​​mutagen och cancerogen 11 , 12 . Därför bör handskar alltid bäras när man levererar geler som innehåller EtBr. Kapillärelektrofores (CE) har många fördelar 13 , 14 , 15 , 16 , 17 jämfört med SGE, såsom automatisk drift, kort separationstid och lägre förbrukning. Emellertid är CE-instrumentet ganska dyrt. För att övervinna dessa begränsningar har därför ett system utvecklats ( Figur 1 ) för separation av DNA. Ett sådant system kan inte bara kraftigt minska den kemiska konsumtionen och spara på SGE-experimentstid (&lt;8 min), men det kan också utföra realtidsspårning av DNA-separationsprocessen i agarosgelen via smartphone. Genom att följa de procedurer som beskrivs i detta protokoll ska studenternaLd kunna designa och tillverka SGE-chipet, förbereda agarosgelen i chipet, skapa ett enkelt SGE-system med en smartphone och registrera DNA-migreringsprocessen i agarosgelén.

<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

Slabelelektrofores (SGE) är den vanligaste metoden för separation av DNA-fragment; Därför tillämpas den i stor utsträckning på biologins och andra områden. Det traditionella SGE-protokollet är dock ganska tråkigt, och experimentet tar lång tid. Dessutom är den kemiska förbrukningen i SGEU-experiment mycket hög. Detta arbete föreslår en enkel metod för separation av DNA-fragment baserat på en SGE-chip. Chipet är tillverkat av en gravyrmaskin. Två plastplåtar används för excitations- och utsläppsvåglängderna hos den optiska signalen. Fluorescenssignalen hos DNA-banden samlas in av smartphone. För att validera denna metod separerades 50, 100 och 1000 bp DNA-stegar. Resultaten visar att en DNA-stege mindre än 5000 bp kan lösas inom 12 minuter och med hög upplösning vid användning av denna metod, vilket indikerar att det är en idealisk ersättning för den traditionella SGE-metoden.

<html> Figur 4 , Figur 5 , och Figur 6 representerar ett typiskt resultat efter gelelektrofores av DNA-stegrar på 50, 100 och 1000 bp. Efter experimentet separerades DNA-fragmenten väl. Vidare separerades samma prover i SGE-chipets 4 kanaler, vilket visar att DNA-fragment av samma storlek rör samma avstånd i varje experiment. Separationsprestandan för DNA-stegen kan utvärderas genom att analysera f...

Watch this Scientific Journal Video about Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone at JoVE.com

Real-time Tracking of DNA Fragment Separation by Smartphone

Spårning i realtid av DNA-fragment separering av smartphone

Traditionella slabgelelektrofores (SGE) -experiment kräver en komplicerad apparat och hög kemisk förbrukning. Detta arbete presenterar ett protokoll som beskriver en billig metod för att separera DNA-fragment inom en kort tidsram.

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-polymeras aktivitet Assay använder infrarött fluorescerande märkt DNA visualiseras med akrylamid gelelektrofores

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

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

Regenerering av klädd guld mikroelektroder utrustade för en realtid Cell 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

Realtid Observation av DNA Strand Exchange reaktionen medieras av 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-sekvens erkännande av DNA-Primase med hög genomströmning Primase profilering

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, semi-automatiserad fluorescerande mätning av luftvägarna yta flytande pH i primära humana luftvägs epitelceller

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

Övervakning av GPCR-β-arrestin1/2 interaktioner i real tid levande system för att påskynda Drug discovery

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

Mätning av nukleotidbindning till intakta, funktionella membranproteiner i realtid

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

Aktivera Realtidskompensation i Snabb Fotokemiska oxidationer av proteiner för bestämning av Protein Topografi Förändringar

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 Kemisk kartläggning av G-Quadruplex DNA-strukturer med Bis-3-kloropiperidiner

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