Name: high resolution physical characterization of single metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-06-28T11:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about High Resolution Physical Characterization of Single Metallic Nanoparticles at JoVE.com

Vi er taknemmelige for økonomisk støtte fra den europæiske molekylær biologi organisation for et postdoktorat stipendium (til J.E.) og et stipendium fra NIH NHGRI (til J.J.K.). Vi sætter pris på hjælp fra professorer Jingyue Ju og Sergey Kalachikov (Columbia University) for at give heptameric αHL, og for inspirerende diskussioner med Professor Joseph Reiner (Virginia Commonwealth University).

Bemærk: Nedenstående protokol er specifik for det elektroniske BioSciences (EBS) Nanopatch DC-system. Men, det kan let tilpasses andre Elektrofysiologi apparater, der anvendes til at måle den nuværende gennem planar lipid tolags membraner (standard lipid tolags membran kammer, U-tube geometri, trukket mikrokapillærer, etc.). Identifikationen af kommercielle materialer og deres kilder er givet til at beskrive de eksperimentelle resultater. Denne identifikation indebærer under ingen omstænd...

<ol>
	<li>Ettedgui, J., Kasianowicz, J. J., Balijepalli, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+molecule+discrimination+of+heteropolytungstates+and+their+Isomers+in+solution+with+a+nanometer-scale+pore.">Single molecule discrimination of heteropolytungstates and their Isomers in solution with a nanometer-scale pore.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (23), 7228-7231 (2016).</li><li>Bezrukov, S., Kasianowicz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+noise+reveals+protonation+kinetics+and+number+of+ionizable+sites+in+an+open+protein+ion+channel.">Current noise reveals protonation kinetics and number of ionizable sites in an open protein ion channel.</a> Physical Review Letters. 70 (15), 2352-2355 (1993).</li><li>Kasianowicz, J. J., Bezrukov, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protonation+dynamics+of+the+alpha-toxin+ion+channel+from+spectral+analysis+of+pH-dependent+current+fluctuations.">Protonation dynamics of the alpha-toxin ion channel from spectral analysis of pH-dependent current fluctuations.</a> Biophysj. 69 (1), 94-105 (1995).</li><li>Please, T. R., Ayub, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-State+Nanopore.">Solid-State Nanopore.</a> Engineered Nanopores for Bioanalytical Applications. , 121-140 (2013).</li><li>Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solid-state+nanopores.">Solid-state nanopores.</a> Nature Nanotechnology. 2 (4), 209-215 (2007).</li><li>Kasianowicz, J. J., Brandin, E., Branton, D., Deamer, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+individual+polynucleotide+molecules+using+a+membrane+channel.">Characterization of individual polynucleotide molecules using a membrane channel.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (24), 13770-13773 (1996).</li><li>Akeson, M., 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=Microsecond+time-scale+discrimination+among+polycytidylic+acid,+polyadenylic+acid,+and+polyuridylic+acid+as+homopolymers+or+as+segments+within+single+RNA+molecules.">Microsecond time-scale discrimination among polycytidylic acid, polyadenylic acid, and polyuridylic acid as homopolymers or as segments within single RNA molecules.</a> Biophysical Journal. 77 (6), 3227-3233 (1999).</li><li>Singer, A., Meller, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore-based+Sensing+of+Individual+Nucleic+Acid+Complexes.">Nanopore-based Sensing of Individual Nucleic Acid Complexes.</a> Israel Journal of Chemistry. 49 (3-4), 323-331 (2010).</li><li>Jin, Q., Fleming, A. M., Burrows, C. J., White, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unzipping+kinetics+of+duplex+DNA+containing+oxidized+lesions+in+an+&#945;-hemolysin+nanopore.">Unzipping kinetics of duplex DNA containing oxidized lesions in an &#945;-hemolysin nanopore.</a> Journal of the American Chemical Society. 134 (26), 11006-11011 (2012).</li><li>Halverson, K. M., 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=Anthrax+biosensor,+protective+antigen+ion+channel+asymmetric+blockade.">Anthrax biosensor, protective antigen ion channel asymmetric blockade.</a> Journal of Biological Chemistry. 280 (40), 34056-34062 (2005).</li><li>Oukhaled, G., 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=Unfolding+of+proteins+and+long+transient+conformations+detected+by+single+nanopore+recording.">Unfolding of proteins and long transient conformations detected by single nanopore recording.</a> Physical Review Letters. 98 (15), 158101 (2007).</li><li>Reiner, J. E., Kasianowicz, J. J., Nablo, B. J., Robertson, J. W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+for+polymer+analysis+using+nanopore-based+single-molecule+mass+spectrometry.">Theory for polymer analysis using nanopore-based single-molecule mass spectrometry.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (27), 12080-12085 (2010).</li><li>Robertson, J. W. 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=Single-molecule+mass+spectrometry+in+solution+using+a+solitary+nanopore.">Single-molecule mass spectrometry in solution using a solitary nanopore.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (20), 8207-8211 (2007).</li><li>Baaken, G., Ankri, N., Schuler, A. -. K., R&#252;he, J., Behrends, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore-based+single-molecule+mass+spectrometry+on+a+lipid+membrane+microarray.">Nanopore-based single-molecule mass spectrometry on a lipid membrane microarray.</a> ACS Nano. 5 (10), 8080-8088 (2011).</li><li>Angevine, C. E., Chavis, A. E., Kothalawala, N., Dass, A., Reiner, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+single+molecule+mass+spectrometry+via+charged+metallic+clusters.">Enhanced single molecule mass spectrometry via charged metallic clusters.</a> Analytical Chemistry. 86 (22), 11077-11085 (2014).</li><li>Astier, Y., Uzun, O., Stellacci, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+study+of+single+gold+nanoparticle/alpha-Hemolysin+complex+formation:+a+nanotool+to+slow+down+ssDNA+through+the+alpha-Hemolysin+nanopore.">Electrophysiological study of single gold nanoparticle/alpha-Hemolysin complex formation: a nanotool to slow down ssDNA through the alpha-Hemolysin nanopore.</a> Small. 5 (11), 1273-1278 (2009).</li><li>Chavis, A. E., Brady, K. T., Kothalawala, N., Reiner, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voltage+and+blockade+state+optimization+of+cluster-enhanced+nanopore+spectrometry.">Voltage and blockade state optimization of cluster-enhanced nanopore spectrometry.</a> Analyst. 140 (22), 7718-7725 (2015).</li><li>Campos, E., 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=Sensing+single+mixed-monolayer+protected+gold+nanoparticles+by+the+&#945;-hemolysin+nanopore.">Sensing single mixed-monolayer protected gold nanoparticles by the &#945;-hemolysin nanopore.</a> Analytical Chemistry. 85 (21), 10149-10158 (2013).</li><li>Campos, E., 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=The+role+of+Lys147+in+the+interaction+between+MPSA-gold+nanoparticles+and+the+&#945;-hemolysin+nanopore.">The role of Lys147 in the interaction between MPSA-gold nanoparticles and the &#945;-hemolysin nanopore.</a> Langmuir. 28 (44), 15643-15650 (2012).</li><li>Baaken, G., 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=High-Resolution+Size-Discrimination+of+Single+Nonionic+Synthetic+Polymers+with+a+Highly+Charged+Biological+Nanopore.">High-Resolution Size-Discrimination of Single Nonionic Synthetic Polymers with a Highly Charged Biological Nanopore.</a> ACS Nano. 9 (6), 6443-6449 (2015).</li><li>Berzelius, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beitrag+zur+n&#228;heren+Kenntniss+des+Molybd&#228;ns.">Beitrag zur n&#228;heren Kenntniss des Molybd&#228;ns.</a> Annalen Der Physik. 82 (1), 369-392 (1826).</li><li>Long, D. -. L., Burkholder, E., Cronin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyoxometalate+clusters,+nanostructures+and+materials:+from+self+assembly+to+designer+materials+and+devices.">Polyoxometalate clusters, nanostructures and materials: from self assembly to designer materials and devices.</a> Chemical Society Reviews. 36 (1), 105-121 (2007).</li><li>Muller, A., 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=Polyoxovanadates:+High-nuclearity+spin+clusters+with+interesting+host-guest+systems+and+different+electron+populations.+Synthesis,+spin+organization,+magnetochemistry,+and+spectroscopic+studies.">Polyoxovanadates: High-nuclearity spin clusters with interesting host-guest systems and different electron populations. Synthesis, spin organization, magnetochemistry, and spectroscopic studies.</a> Inorganic Chemistry. 36 (23), 5239-5250 (1997).</li><li>Rausch, B., Symes, M. D., Chisholm, G., Cronin, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decoupled+catalytic+hydrogen+evolution+from+a+molecular+metal+oxide+redox+mediator+in+water+splitting.">Decoupled catalytic hydrogen evolution from a molecular metal oxide redox mediator in water splitting.</a> Science. 345 (6202), 1326-1330 (2014).</li><li>Dolbecq, A., Dumas, E., Mayer, C. R., Mialane, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+organic-inorganic+polyoxometalate+compounds:+from+structural+diversity+to+applications.">Hybrid organic-inorganic polyoxometalate compounds: from structural diversity to applications.</a> Chemical Reviews. 110 (10), 6009-6048 (2010).</li><li>Busche, C., 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=Design+and+fabrication+of+memory+devices+based+on+nanoscale+polyoxometalate+clusters.">Design and fabrication of memory devices based on nanoscale polyoxometalate clusters.</a> Nature. 515 (7528), 545-549 (2014).</li><li>Pope, M., M&#252;ller, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Polyoxometalates: From Platonic Solids to Anti-Retroviral Activity. 10, (2012).</li><li>Rhule, J. T., Hill, C. L., Judd, D. A., Schinazi, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polyoxometalates+in+medicine.">Polyoxometalates in medicine.</a> Chemical Reviews. 98 (1), 327-358 (1998).</li><li>Gao, N., 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=Transition-metal-substituted+polyoxometalate+derivatives+as+functional+anti-amyloid+agents+for+Alzheimer's+disease.">Transition-metal-substituted polyoxometalate derivatives as functional anti-amyloid agents for Alzheimer's disease.</a> Nature Communications. 5, 3422 (2014).</li><li>Pope, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Heteropoly and Isopoly Oxometalates. 8, (1983).</li><li>Braha, O., 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=Designed+protein+pores+as+components+for+biosensors.">Designed protein pores as components for biosensors.</a> Chemistry &amp; Biology. 4 (7), 497-505 (1997).</li><li>Forstater, J. H., 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=MOSAIC:+A+modular+single-molecule+analysis+interface+for+decoding+multistate+nanopore+data.">MOSAIC: A modular single-molecule analysis interface for decoding multistate nanopore data.</a> Analytical Chemistry. 88 (23), 11900-11907 (2016).</li><li>Balijepalli, A., 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=Quantifying+Short-Lived+Events+in+Multistate+Ionic+Current+Measurements.">Quantifying Short-Lived Events in Multistate Ionic Current Measurements.</a> ACS Nano. 8, 1547-1553 (2014).</li><li>Misakian, M. M., Kasianowicz, J. J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatic+influence+on+ion+transport+through+the+alphaHL+channel.">Electrostatic influence on ion transport through the alphaHL channel.</a> Journal of Membrane Biology. 195 (3), 137-146 (2003).</li><li>Piguet, 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=Identification+of+single+amino+acid+differences+in+uniformly+charged+homopolymeric+peptides+with+aerolysin+nanopore.">Identification of single amino acid differences in uniformly charged homopolymeric peptides with aerolysin nanopore.</a> Nature Communication. 9 (966), (2018).</li></ol>

På grund af deres anioniske ladning, POMs sandsynligvis associere med organiske Counter kationer gennem elektrostatiske interaktioner. Derfor er det vigtigt at identificere de rette løsnings betingelser og de rigtige elektrolyt miljøer (især kationer i opløsning) for at undgå kompleksdannelse med POMs. Der kræves særlig omhu i buffer valget. For eksempel er erobrings hastigheden af POMs med tris (hydroxymethyl) aminomethan og citronsyre bufferopløsninger signifikant lavere end i fosfatbufferopløsning, sandsynli...

Påvisning af Biomolekylær analytter ved det enkelte molekyle niveau kan udføres ved hjælp af nanopores og måling af Ioniske aktuelle modulationer. Typisk er nanopores inddelt i to kategorier baseret på deres fabrikation: biologisk (selv samlet fra protein eller DNA-origami)1,2,3eller Solid-State (f. eks.fremstillet med halvleder forarbejdnings værktøj)4,5. Mens solid-state nanopores blev foreslået som potentielt mere fysisk robuste og kan anvendes over en bred vifte af opløsning betingelser, protein nanopores hidtil tilbyde større følsomhed, mere modstandsdygtighed over for fouling, større båndbredde, bedre kemiske og et større signal til støjforhold.
En række protein Ionkanaler, såsom den, der dannes af Staphylococcus aureus α-hemolysin (αhl), kan bruges til at detektere enkelte molekyler, herunder ioner (f. eks.H+ og D+)2,3, polynucleotides (DNA og RNA)6,7,8, beskadigede DNA9, polypeptider10, proteiner (foldet og udfoldet)11, polymerer (polyethylenglycol og andre)12,13 , 14, guld nanopartikler15,16,17,18,19og andre syntetiske molekyler20.
Vi har for nylig demonstreret, at αhl opiekunka også let kan detektere og karakterisere metalliske klynger, polyoxometalater (Poms), på det enkelte molekyle niveau. Poms er diskrete nanoskala anioniske metal ilt klynger, der blev opdaget i 182621, og siden da, mange flere typer er blevet syntetiseret. De forskellige størrelser, strukturer og elementær sammensætninger af polyoxometalater, der nu er tilgængelige, førte til en bred vifte af egenskaber og applikationer, herunder kemi22,23, katalyse24, materialevidenskab25 ,26og biomedicinsk forskning27,28,29.
POM syntese er en selv montageproces, der typisk udføres i vand ved at blande de støkiometrisk krævede mængder af monomeriske metalsalte. Når POMs er dannet, udviser de en stor mangfoldighed af størrelser og former. For eksempel er Keggin polyanion struktur, XM12O40q- sammensat af et Heteroatom (X) omgivet af fire oxygens til dannelse af et tetraeder (q er afgiften). Heteroatomet er centralt beliggende i et bur dannet af 12 oktaedriske mo6 enheder (hvor M = overgangsmetaller i deres høje oxidations tilstand), som er forbundet med hinanden ved tilstødende fælles oxygen atomer. Mens wolfram polyoxometalates struktur er stabil i sure forhold, hydroxiumioner føre til den hydrolytiske spaltning af metal-ilt (M-O) obligationer30. Denne komplekse proces resulterer i tab af en eller flere mo6 oktaedriske under enheder, hvilket fører til dannelsen af monovacant og triledige arter og i sidste ende til fuldstændig nedbrydning af Poms. Vores diskussion her vil være begrænset til de delvise nedbrydningsprodukter af 12-phosphotungstic syre ved pH 5,5 og 7,5.
Målet med denne protokol er at detektere diskrete metal oxygen klynger ved det enkelte molekyle grænse ved hjælp af en biologisk nanopore-baseret elektronisk platform. Denne metode giver mulighed for påvisning af metalliske klynger i opløsning. Flere arter i opløsning kan diskrimineres med større følsomhed end konventionelle analysemetoder33. Med det, subtile forskelle i POM struktur kan belyses, og ved koncentrationer markant lavere end dem, der kræves for NMR spektroskopi. Det er vigtigt, at denne fremgangsmåde endda tillader diskrimination af isomere former af na8HPW9O341.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Nanopatch DC System</td>
			<td>Electronic Biosciences, Inc., EBS</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millipore LC-PAK</td>
			<td>Millipore vacuum filter</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-Diphytanoyl-sn- Glycero-3-Phosphocholine (DPhPC)</td>
			<td>Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL</td>
			<td>850356P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Decane, ReagentPlus, &#8805;99%,</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D901</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#945;HL</td>
			<td>List Biological Laboratories, Campbell, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag wire</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 mm Ag/AgCl disk electrode</td>
			<td>In Vivo Metric</td>
			<td>E202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-impedance amplifier system</td>
			<td>Electronic Biosciences, San Diego, CA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>quartz capillaries</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>custom polycarbonate test cell</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Processing and Analysis MOSAIC</td>
			<td>https://pages.nist.gov/mosaic/</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphotungstic acid hydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>455970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S3014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sodium phosphate monobasic monohydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>71507</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high resolution physical characterization of single metallic nanoparticles

Individuelle molekyler kan påvises og karakteriseres ved at måle graden, hvormed de reducerer ionstrømmen flyder gennem en enkelt nanometer-skala pore. Signalet er karakteristisk for molekylets fysisk-kemiske egenskaber og dets interaktioner med pore. Vi viser, at opiekunka dannet af bakteriel protein exotoxin Staphylococcus aureus Alpha hemolysin (αhl) kan detektere polyoxometalater (Poms, anioniske metal ilt klynger), ved den enkelte molekyle grænse. Desuden måles flere nedbrydningsprodukter af 12-phosphotungstisk syre POM (PTA, H3PW12O40) i opløsning samtidig. Det enkelte molekyle følsomhed af opiekunka metode gør det muligt for Poms at være karakteriseret ved betydeligt lavere koncentrationer end krævet for nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Denne teknik kan tjene som et nyt værktøj for kemikere til at studere de molekylære egenskaber af polyoxometalater eller andre metalliske klynger, for bedre at forstå POM syntetiske processer, og eventuelt forbedre deres udbytte. Hypotetisk, placeringen af et givet Atom, eller rotation af et fragment i molekylet, og metal oxidation tilstand kunne undersøges med denne metode. Hertil kommer, at denne nye teknik har den fordel, at tillade real-time overvågning af molekyler i opløsning.

I løbet af de sidste to årtier, membran-bundne protein nanometer-skala porer er blevet demonstreret som alsidige single-molekyle sensorer. Nanopore-baserede målinger er relativt ligetil at udføre.  To kamre fyldt med elektrolyt opløsning adskilles af en opiekunka, der er indlejret i en elektrisk isolerende lipid-membran. Enten en patch-clamp forstærker eller en ekstern strømforsyning giver et elektrostatisk potentiale på tværs af opiekunka via Ag/AgCl elektroder nedsæn...

Watch this Scientific Journal Video about High Resolution Physical Characterization of Single Metallic Nanoparticles at JoVE.com

High Resolution Physical Characterization of Single Metallic Nanoparticles

Her præsenterer vi en protokol til at detektere diskrete metal oxygen klynger, polyoxometalater (POMs), ved det enkelte molekyle grænse ved hjælp af en biologisk nanopore-baseret elektronisk platform. Metoden giver en komplementær tilgang til traditionelle analytiske kemi-værktøjer, der anvendes i studiet af disse molekyler.

Høj opløsning fysisk karakterisering af enkelt metalliske nanopartikler

Individual molecules can be detected and characterized by measuring the degree by which they reduce the ionic current flowing through a single ...

Denne nanopore-baserede detektionsmetode har vist potentiale til fysisk at karakterisere og identificere individuelle molekyler. Arbejde med metallo-nanopartikler, som er formålet med denne video, udfordrer vores forståelse af, hvad der begrænser målingens nøjagtighed og præcision. Den største fordel ved denne teknik er, at dette apparat har større båndbredde end traditionelle lipid tolags hukommelse set-up, som lader os se hurtigere resultater og flere reaktioner i nanopore.Denne teknik blev muliggjort, fordi det i begyndelsen af 1990'erne blev vist, at gating i protein nanoporer, det vil sige, skifte mellem forskellige stater, kan kontrolleres og molekyler kan binde sig til porevæggen. Denne teknik er ved at blive udviklet til kommercielle DNA-sekventering applikationer, fordi det bruger minimale prøver. Det kræver ikke fluorescerende etiketter og bruger meget længere læselængder end konventionelle metoder gør.Denne teknik er også udviklet til at diskriminere mellem polymerer baseret på deres størrelse med større nøjagtighed og hastighed end gel elektroforese og kromatografi. Først forberedes 500 milliliter af en opløsning af en-molar natriumchlorid og 10-millimolar mononatriumphosphat i ultrarent vand som elektrolyt. Det er bedst at bruge friske opløsninger og prøver med denne særlige set-up.Derudover fandt vi, at høj kvalitet deioniseret vand er meget vigtigt for en vellykket danner membraner. Dernæst kombinere en milligram lyophilized wild-type monomeric S.aureus alpha hæmolysin pulver med en milliliter ultrapure vand. Glem ikke, at arbejde med Staph aureus alpha hæmolysin toksin protein kan være farligt.Følg forholdsreglerne i MSDS, når du udfører denne procedure. Dernæst forberede fire milliliter af fem milligram pr milliliter DPhyPC i endecain i et glas scintillation hætteglas. Hætteglasset med en polytetrafluoroethylen-foret hætte og opbevar det ved fire grader Celsius i op til en måned.Derefter opløses 57,6 mg 12-fosfotossinsyrehydrat i 10 milliliter af elektrolytten for at lave en to millimolar polyoxometaltopløsning. Opdel POM-opløsningen i to fem milliliterportler. Brug tre-molar natriumhydroxid til at justere pH-slutningen af en POM opløsning til 5,5.For at begynde at forberede testen, samle testcellen af en planar lipid tolags elektrofysiologi apparat. Først abrade en sølvtråd med 600-grus sandpapir og sættetid det i kommercielt tilgængelige natriumhypochlorit-baserede blegemiddel i 10 minutter for at gøre sølv-sølv chlorid wire elektrode. Skyl og tør trådelektroden, før du sætter den i apparatets kvartskapillær.Hold elektroden inde i kvarts-nanopore membranen, eller QNM, der adskiller kapillær og reservoiret. Derefter placeres en cylindrisk sølv-sølvchlorid pellet elektrode monteret på en sølvtråd i reservoiret. Tilslut begge elektroder til forstærkerens printkort.Åbn derefter dataopkøbsprogrammet, og start strømforsyningen ved nul millivolt. Kontroller, at der ikke registreres jævnstrøm mellem elektroderne i den tomme celle. Under denne demonstration er det vigtigt at se, hvordan transkapillært tryk kan påvirke membrandannelse og efterfølgende nanopordannelse.Uden at gøre disse to trin korrekt, vil eksperimenterne ikke fungere. Læg ca. en milliliter elektrolyt i en sprøjte, og tilslut den til den væskelinje, der er forbundet til beholderen. Tilsæt elektrolyt til beholderen, indtil QNM'ens side er nedsænket, som det fremgår af den ioniske strøm mellem elektroderne, der mætter forstærkeren.Hvis forstærkeren ikke mætte, unclog QNM ved at anvende en pop spænding på plus eller minus en volt eller øge kapillærtrykket med omkring 300 millimeter kviksølv. Brug begge teknikker, hvis det er nødvendigt. Når forstærkeren mætter, trækkes elektrolytten ud af beholderen, indtil opløsningsniveauerne falder til under QNM, som det fremgår af, at strømmen vender tilbage til nul.For at begynde lipid tolags dannelsesprocessen, hæve elektrolytopløsningen niveau et godt stykke over forsiden af QNM og bemærk om, hvor meget opløsning, der tog. Dyp derefter en 10-mikroliterpipettespids i DPHyPC-opløsningen og træk al synlig lipid ind i spidsen. Rør spidsen af pipetten til elektrolytopløsningens overflade, og lad lipiderne flyde fra pipetten over luftvandsgrænsefladen.Vent to til fem minutter, før lipiderne spredes ensartet over opløsningen. Træk derefter langsomt elektrolytten tilbage, indtil opløsningens overflade er under QNM, og tilsæt derefter langsomt nok elektrolyt til at hæve opløsningen over QNM til at danne den isolerende lipidtayermembran. Hvis tolagsen ikke danner efter tre forsøg, anvende en anden del af lipid som tidligere beskrevet og gentage processen.Når tolags synes at have dannet, øge presset til kapillær at pop tolags og derefter reformere det ved langsomt at sænke og hæve løsningen niveau på samme måde som før. Gentag denne proces flere gange for at sikre, at QNM ikke er tilstoppet, og at der er dannet en tolags. Dernæst tø en aliquot af alpha hæmolysin protein på is eller ved stuetemperatur.Fyld reservoiret med 250 nanogram monomerisk alfa hæmolysinprotein og ca. 250 mikroliter ultrarent vand. Derefter anvende en 200 til 400 millivolt bias at fremkalde pore dannelse. For at lette poredannelsen øges kapillærtrykket med 40 til 200 millimeter kviksølv for at udvide tolagsen fra QNM.Når en nanopore former, reduceres den anvendte bias til målespændingen og reducere trykket til omkring halvdelen af indføringstrykket. For at starte testen justeres DC-offsetspændingen for at sikre, at der ikke er nogen målt strøm, når det anvendte potentiale er indstillet til nul. Dernæst erhverve en ionisk strøm spor for en anvendt potentiale på 120 til negative 120 millivolts i forhold til reservoiret.Bekræft, at der ikke er nogen forurenende stoffer, hvilket ville blive indikeret ved spontane strømblokader. Der tilsættes en til seks mikroliter pH 5,5 to millimolar POM-klyngeopløsning til reservoiret. Påfør ioniske aktuelle tidsseriemålinger ved en anvendt spænding på negative 120 millivolt.Flytningen af individuelle anioniske fosfortungstic syre molekyler gennem alpha hæmolysin kanal produceret forbigående blokader, der faldt den gennemsnitlige åbne pore ionisk strøm med omkring 80%Varigheden og blokaden nuværende er begge direkte relateret til partikel-pore interaktion, så ioniske arter, der skal differentieres i histogrammer af den relative blokade dybde nøgletal. Ved pH 5,5 blev der observeret to toppe med dybdeforhold på ca. 0,06 og 0,16. Baseret på fosfor NMR var den mindre top de seks minus fosfortungstate arter og den største top var de syv-minus arter.Ved pH 7,5 skiftede de relative koncentrationer til et højere forhold mellem 6-minus arterne og de syv minusarter. Det 20-dobling af blokadehændelserne i forhold til pH 5,5 blev tilskrevet nedbrydning af frie fosfat- og tungstateioner. Montering af bopælstidsfordelingerne krævede flere eksponentielle funktioner, hvilket indikerer flere typer partikel-pore-interaktioner inden for hver ionisk art.De kortere opholdstider ved pH 7,5 foreslog svagere partikel-pore interaktioner end pH 5,5, i overensstemmelse med tidligere undersøgelser, der viser pH-afhængige ændringer i det relative antal faste afgifter i eller i nærheden af alfa hæmolysin kanal lumen. Høj renhed deioniseret vand er afgørende for denne særlige set-up. En brugt organisk filterpatron var den sandsynlige årsag til, at vores laboratorium ikke kunne danne membraner på QNM'erne i månedsvis.Personer nye til denne særlige version af metoden kan også kæmpe, fordi membranerne er så små, og der er et trick til at få nanopores til at danne. Denne metode, som blev indledt for flere årtier siden, har vist sig nyttig til at analysere ioner, nukleinsyrer, og syntetiske polymerer samt DNA sekventering. Det kunne også finde anvendelser i biofysik og grundlæggende cellebiologi.For eksempel kan denne procedure bruges til at undersøge de fysiske egenskaber af syntetiske polymerer og biopolymerer til at undersøge deres størrelse, interaktioner med andre molekyler, og andre vigtige spørgsmål.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry (UPLC-HRMS)

Untargeted Metabolomics from Biological Sources Using Ultraperformance Liquid Chromatography-High Resolution Mass Spectrometry UPLC-HRMS

Målrettede Metabolomics fra biologiske kilder Brug Ultraperformance væskekromatografi-højopløsningsmassespektrometri (UPLC-HRMS)

Here we present a workflow to analyze the metabolic profiles for biological samples of interest including; cells, serum, or tissue. The sample is first ...

Preparation and Characterization of SDF-1&#945;-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Preparation and Characterization of SDF-1ÃƒÅ½Ã‚Â±-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Fremstilling og karakterisering af SDF-1α-Chitosan-dextransulfat Nanopartikler

Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Synthesis, karakterisering, og Funktionalisering af Hybrid Au / cd&#39;er og Au / ZnS Core / Shell Nanopartikler

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering af supramolekylære Colloids

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Rapid High-throughput Species Identification of Botanical Material Using Direct Analysis in Real Time High Resolution Mass Spectrometry

Hurtig High-throughput Arter Identifikation af Botanisk Materiale Brug Direct Analyse i Real Time High Resolution massespektrometri

We demonstrate that direct analysis in real time-high resolution mass spectrometry can be used to produce mass spectral profiles of botanical material, ...

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

Syntese af cycliske polymere og karakterisering af deres diffusive Motion i Melt stat på det indre Molecule Level

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 ...

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

High Pressure Single Crystal Diffraktion på PX ^ 2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Påvisning og enkelt celle kvantificering af Metal metaloxid bruger nukleare Microprobe analyse

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Real-time ånde analyse ved hjælp af sekundære Nanoelectrospray ionisering koblet til høj opløsning massespektrometri

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Syntese og karakterisering af Amphiphilic guld nanopartikler

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...