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

Wij zijn dankbaar voor de financiële steun van de Europese organisatie voor moleculaire biologie voor een postdoctoraal Genootschap (aan j) en een subsidie van het NIH NHGRI (naar J.J.K.). We waarderen de hulp van professoren Jingyue Ju en Sergey Kalachikov (Columbia University) voor het verstrekken van heptameric αHL, en voor inspirerende discussies met professor Joseph Reiner (Virginia Commonwealth University).

Opmerking: Het onderstaande protocol is specifiek voor het Electronic BioSciences (EBS) nano patch DC-systeem. Het kan echter gemakkelijk worden aangepast aan andere elektrofysiologie apparatuur die wordt gebruikt om de stroom te meten door middel van vlakke lipide dubbelmembranen (standaard lipide dubbelmembraan kamer, U-buis geometrie, getrokken micro capillairen, enz.). De identificatie van commerciële materialen en hun bronnen wordt gegeven om de experimentele resultaten te beschrijven. Dez...

<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>

Door hun anionische lading associëren POMs waarschijnlijk met organische contra kationen door elektrostatische interacties. Daarom is het belangrijk om te bepalen van de juiste oplossing voorwaarden en de juiste elektrolyt omgevingen (met name kationen in oplossing) om te voorkomen dat complexe vorming met POMs. Bijzondere aandacht is vereist in de keuze van de buffer. Bijvoorbeeld, de opnamesnelheid van POMs met tris (hydroxymethyl) aminomethaan en citroenzuur-gebufferde oplossingen is significant lager dan die in fosf...

Het opsporen van biomoleculaire analyten op het enkelvoudige molecuul niveau kan worden uitgevoerd door het gebruik van nanodeeltjes en het meten van ionogene stroom modulaties. Meestal zijn nanodeeltjes onderverdeeld in twee categorieën op basis van hun fabricage: biologisch (zelf samengesteld uit eiwitten of DNA-origami)1,2,3of Solid-State (bijv.vervaardigd met Semiconductor processing tools)4,5. Terwijl Solid-State nanopores werden gesuggereerd als potentieel meer fysiek robuust en kunnen worden gebruikt over een breed scala aan oplossings omstandigheden, eiwit nanodeeltjes tot nu toe bieden meer gevoeligheid, meer weerstand tegen vervuiling, grotere bandbreedte, betere chemische selectiviteit en een grotere signaal-ruis verhouding.
Een verscheidenheid aan eiwitionen kanalen, zoals die gevormd door Staphylococcus aureus α-hemolysine (αhl), kan worden gebruikt voor het opsporen van enkelvoudige moleculen, waaronder ionen (bijv.H+ en D+)2,3, polynucleotiden (DNA en RNA)6,7,8, beschadigd DNA9, polypeptiden10, eiwitten (gevouwen en uitgeklapt)11, polymeren (polyethyleenglycol en andere)12,13 , 14, goud nanodeeltjes15,16,17,18,19, en andere synthetische moleculen20.
We hebben onlangs aangetoond dat de αHL-nanometer ook metalen clusters, polyoxometalaten (POMs), op het niveau van één molecuul gemakkelijk kan detecteren en karakteriseren. POMs zijn discrete nanoschaal anionische metalen zuurstof clusters die werden ontdekt in 182621, en sindsdien zijn veel meer soorten gesynthetiseerd. De verschillende maten, structuren en elementaire composities van polyoxometalates die nu beschikbaar zijn, leidden tot een breed scala aan eigenschappen en toepassingen, waaronder chemie22,23, katalyse24, material Science25 ,26, en biomedisch onderzoek27,28,29.
POM synthese is een zelf assemblageproces dat gewoonlijk in water wordt uitgevoerd door de stoichiometrisch vereiste hoeveelheden monomere metaalzouten te mengen. Eenmaal gevormd, POMs vertonen een grote diversiteit van maten en vormen. Bijvoorbeeld, de keggin polyanion structuur, XM12O40q- is samengesteld uit een bevat (X) omgeven door vier oxygenen om een tetraëder te vormen (q is de lading). Het bevat is centraal gelegen in een kooi gevormd door 12 octaëdrisch mo6 eenheden (waar M = overgangsmetalen in hun hoge oxidatietoestand), die met elkaar verbonden zijn door naburige gedeelde zuurstofatomen. Hoewel de structuur van Tungsten polyoxometalates stabiel is in zure omstandigheden, leiden hydroxyionen tot het Hydrolytische decolleté van metaal-zuurstof (M-O)-bindingen30. Dit complexe proces resulteert in het verlies van een of meer MO6 Octahedrale subeenheden, wat leidt tot de vorming van monovacant en vrijgekomen soorten en uiteindelijk tot de volledige ontleding van de POMs. Onze bespreking hier zal beperkt zijn tot de partiële ontledingsproducten van 12-fosfolienzuur bij pH 5,5 en 7,5.
Het doel van dit protocol is het detecteren van discrete metaal zuurstof clusters bij de enkelvoudige molecuul limiet met behulp van een biologisch nano-gebaseerd elektronisch platform. Deze methode maakt de detectie van metaal clusters in oplossing mogelijk. Meerdere soorten in oplossing kunnen worden gediscrimineerd met een grotere gevoeligheid dan conventionele analytische methoden33. Met het, subtiele verschillen in POM structuur kan worden opgehelderd, en in concentraties duidelijk lager dan die nodig zijn voor NMR-spectroscopie. Belangrijk, deze aanpak maakt zelfs de discriminatie van isomere vormen van 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

Individuele moleculen kunnen worden gedetecteerd en gekarakteriseerd door het meten van de mate waarin ze de Ionische stroom die door een enkele nanometer-schaal porie stroomt, verminderen. Het signaal is kenmerkend voor de fysisch-chemische eigenschappen van het molecuul en de interacties met de porie. We tonen aan dat de nanopore gevormd door de bacteriële proteïne exotoxin Staphylococcus aureus alpha gemolizinami (αhl) kan detecteren polyoxometalates (POMs, anionische metaal zuurstof clusters), bij de enkelvoudige molecuul limiet. Bovendien worden meerdere afbraakproducten van 12-foshotungstic acid POM (PTA, H3PW12O40) in oplossing gelijktijdig gemeten. De gevoeligheid van één molecuul van de nanometer-methode maakt het mogelijk dat POMs wordt gekenmerkt bij significant lagere concentraties dan nodig is voor nucleaire magnetische resonantie (NMR)-spectroscopie. Deze techniek kan dienen als een nieuw hulpmiddel voor chemici om de moleculaire eigenschappen van polyoxometalaten of andere metallische clusters te bestuderen, om POM synthetische processen beter te begrijpen en hun opbrengst mogelijk te verbeteren. Hypothetisch gezien kon de locatie van een bepaald atoom, of de rotatie van een fragment in het molecuul, en de metaal oxidatietoestand met deze methode worden onderzocht. Daarnaast heeft deze nieuwe techniek het voordeel dat het real-time monitoren van moleculen in oplossing mogelijk is.

In de afgelopen twee decennia zijn membraan-gebonden eiwitten nanometer-schaal poriën gedemonstreerd als veelzijdige single-molecuul sensoren. Metingen op basis van nanopore zijn relatief eenvoudig uit te voeren.  Twee kamers gevuld met elektrolytoplossing worden gescheiden door een nano erts ingebed in een elektrisch isolerend lipide-membraan. Ofwel een patch-klem versterker of een externe voeding biedt een elektrostatisch potentieel over de nanodeeltjes via Ag/AgCl-elektroden...

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

Hier presenteren we een protocol voor het detecteren van discrete metalen zuurstof clusters, polyoxometalates (POMs), bij de enkelvoudige molecuul limiet met behulp van een biologisch nano-gebaseerd elektronisch platform. De methode biedt een complementaire benadering van traditionele analytische chemie instrumenten die worden gebruikt in de studie van deze moleculen.

Fysische karakterisering van enkele metallische nanodeeltjes in hoge resolutie

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

Deze nanoporie-gebaseerde detectiemethode heeft aangetoond het potentieel om fysieke karakteriseren en identificeren van individuele moleculen. Werken met metallo-nanodeeltjes, wat het doel van deze video is, is een uitdaging voor ons begrip van wat de nauwkeurigheid en precisie van de meting beperkt. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat dit apparaat een grotere bandbreedte heeft dan de traditionele lipide bilayer geheugenset-up, waardoor we snellere resultaten en meer reacties in nanopori kunnen zien.Deze techniek werd mogelijk gemaakt omdat in de vroege jaren 1990 werd aangetoond dat gating in eiwit nanoporiën, dat wil zeggen, schakelen tussen verschillende staten, kan worden gecontroleerd en moleculen kunnen binden aan de porie wand. Deze techniek wordt ontwikkeld voor commerciële DNA-sequencing toepassingen omdat het gebruik maakt van minimale monsters. Het vereist geen fluorescerende etiketten en gebruikt veel langere leeslengtes dan conventionele methoden doen.Deze techniek is ook ontwikkeld om onderscheid te maken tussen polymeren op basis van hun grootte met een grotere nauwkeurigheid en snelheid dan gel elektroforese en chromatografie. Bereid eerst 500 milliliter van een oplossing van een molaire natriumchloride en 10 millimolar mononatriumfosfaat in ultrazuiver water als elektrolyt. Het is het beste om nieuwe oplossingen en monsters te gebruiken met deze specifieke set-up.Daarnaast ontdekten we dat hoogwaardig gedeïmiseerd water erg belangrijk is voor het succesvol vormen van membranen. Combineer vervolgens een milligram lyofphilized wild-type monomerische S.aureus alpha hemolysine poeder met een milliliter ultrazuiver water. Vergeet niet dat het werken met Staph aureus alpha hemolysine toxine eiwit gevaarlijk kan zijn.Volg de voorzorgsmaatregelen in de MSDS bij het uitvoeren van deze procedure. Bereid vervolgens vier milliliter van vijf milligram per milliliter DPhyPC in endecaïne in een glazen scintillatie flacon. Sluit de flacon af met een met polytetrafluorethythythyleen omzoomde dop en bewaar het maximaal een maand op vier graden Celsius.Los daarna 57,6 milligram 12-fosfootungsticaat in 10 milliliter van het elektrolyt op om een twee millimolar polyoxomeerolieoplossing te maken. Verdeel de POM-oplossing in twee porties van vijf milliliter. Gebruik natriumhydroxide met drie molaire mol om de pH van één POM-oplossing aan te passen op 5,5.Om te beginnen met de voorbereiding voor de test, monteer de testcel van een vlakke lipide bilayer elektrofysiologie apparaat. Eerst, schuren een zilveren draad met 600-grit schuurpapier en weken in commercieel verkrijgbaar natrium hypochloriet gebaseerde bleekmiddel voor 10 minuten om de zilver-zilveren chloride draad elektrode te maken. Spoel en droog de draadelektrode voordat u deze in de kwartscapillaire van het apparaat plaatst.Houd de elektrode in het kwarts-nanoporimembraan, of QNM, het scheiden van de capillaire en het reservoir. Plaats vervolgens een cilindrische zilver-zilverchloride pellet elektrode gemonteerd op een zilveren draad in het reservoir. Sluit beide elektroden aan op de versterker printplaat.Open vervolgens het data-acquisitieprogramma en start de voeding op nul millivolts. Controleer of er geen gelijkstroom wordt gedetecteerd tussen de elektroden in de lege cel. Tijdens deze demonstratie is het belangrijk om te kijken hoe de transcapillaire druk de membraanvorming en de daaropvolgende nanoporievorming kan beïnvloeden.Zonder deze twee stappen correct te doen, zullen de experimenten niet werken. Laad ongeveer een milliliter elektrolyt in een spuit en sluit deze aan op de vloeistoflijn die op het reservoir is aangesloten. Voeg elektrolyt toe aan het reservoir totdat het gezicht van de QNM is ondergedompeld, zoals aangegeven door de ionische stroom tussen de elektroden die de versterker verzadigen.Als de versterker niet verzadigd is, ontstopt u de QNM door een popspanning van plus of min één volt toe te passen of de capillaire druk met ongeveer 300 millimeter kwik te verhogen. Gebruik beide technieken indien nodig. Zodra de versterker verzadigd is, trekt u elektrolyt uit het reservoir totdat de oplossingsniveaus onder de QNM dalen, zoals blijkt uit de huidige terugkeer naar nul.Om te beginnen met de lipide bilayer vormingsproces, verhogen de elektrolyt oplossing niveau ruim boven het gezicht van de QNM en let op hoeveel oplossing die nam. Dompel vervolgens een pipettip van 10 microliter in de DPHyPC-oplossing en trek alle zichtbare lipide in de punt. Raak de punt van de pipet aan op het oppervlak van de elektrolytoplossing en laat de lipide uit de pipet over de luchtwaterinterface stromen.Wacht twee tot vijf minuten tot de lipide gelijkmatig over de oplossing is verspreid. Trek vervolgens langzaam het elektrolyt terug totdat het oppervlak van de oplossing zich onder de QNM bevindt en voeg dan langzaam genoeg elektrolyt toe om de oplossing boven de QNM te verhogen om het isolerende lipidebilayermembraan te vormen. Als de bilayer zich niet vormt na drie pogingen, breng dan een ander deel lipide aan zoals eerder beschreven en herhaal het proces.Zodra de bilayer lijkt te hebben gevormd, verhoging van de druk op de capillaire om de bilayer pop en vervolgens te hervormen door langzaam te verlagen en het verhogen van de oplossing niveau op dezelfde manier als voorheen. Herhaal dit proces meerdere malen om ervoor te zorgen dat de QNM niet verstopt is en een bilayer is gevormd. Ontdooi vervolgens een aliquot alfa hemolysine eiwit op ijs of bij kamertemperatuur.Vul het reservoir met 250 nanogram monomerische alfa hemolysine eiwit en ongeveer 250 microliter van ultrazuiver water. Breng vervolgens een vooringenomenheid van 200 tot 400 millivolt toe om porievorming te induceren. Om de vorming van poriën te vergemakkelijken, verhoogt u de capillaire druk met 40 tot 200 millimeter kwik om de bilayer uit te breiden van de QNM.Zodra een nanoporie zich vormt, vermindert u de toegepaste bias op de meetspanning en verlaagt u de druk tot ongeveer de helft van de invoegdruk. Om met de test te beginnen, past u de gelijkverschuivingsspanning aan om ervoor te zorgen dat er geen gemeten stroom is wanneer het toegepaste potentieel op nul is ingesteld. Vervolgens verwerf een ionisch huidig spoor voor een toegepast potentieel van 120 tot negatief 120 millivolt ten opzichte van het reservoir.Bevestig dat er geen verontreinigingen zijn, wat zou worden aangegeven door spontane huidige blokkades. Voeg een tot zes microliters van pH 5.5 twee-millimolar POM cluster oplossing aan het reservoir. Breng ionische huidige tijdreeksmetingen toe bij een toegepaste spanning van negatieve 120 millivolt.De beweging van individuele anionische fosfootungstische zuurmoleculen door het alfahemolysinkanaal veroorzaakte voorbijgaande blokkades die de gemiddelde open-porie ionische stroom met ongeveer 80% verminderden De duur en de blokkadestroom zijn beide direct gerelateerd aan de deeltjespoetische interactie, waardoor ionische soorten kunnen worden onderscheiden in histogrammen van de relatieve blokkadediepteverhoudingen. Bij pH 5.5, werden twee pieken waargenomen met diepteverhoudingen van ongeveer 0.06 en 0.16. Gebaseerd op fosfor NMR, de kleine piek was de zes-minus fosfosfrotistische soorten en de belangrijkste piek was de zeven-minus soorten.Bij pH 7,5 verschoof de relatieve concentraties naar een hogere verhouding van de 6-minus soorten tot de zeven-min soorten. De 20-voudige afname van de blokkade gebeurtenissen ten opzichte van pH 5,5 werd toegeschreven aan afbraak aan vrij fosfaat en wolfraamionen. Het aanbrengen van de verblijfstijdverdelingen vereiste meerdere exponentiële functies, wat wijst op meerdere soorten deeltjes-porie interacties binnen elke ionische soort.De kortere verblijfstijden bij pH 7.5 suggereerden zwakkere deeltjesporie-interacties dan pH 5.5, in overeenstemming met eerdere studies waaruit pH-afhankelijke veranderingen in het relatieve aantal vaste ladingen in of nabij het alfahemolysinekanaallumen aantoonden. Hoogzuiver gedeïsteerd water is cruciaal voor deze specifieke opstelling. Een gebruikte organische filter cartridge was de waarschijnlijke oorzaak van ons lab niet in staat om membranen te vormen op de QNMs voor maanden.Individuen die nieuw zijn in deze specifieke versie van de methode kunnen ook worstelen omdat de membranen zo klein zijn en er een truc is om nanoporiën te laten vormen. Deze methode, die enkele decennia geleden werd geïnitieerd, is nuttig gebleken voor het analyseren van ionen, nucleïnezuren, synthetische polymeren en DNA-sequencing. Het kan ook toepassingen vinden in de biofysica en basiscelbiologie.Deze procedure kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de fysieke eigenschappen van synthetische polymeren en biopolymeren te bestuderen om hun grootte, interacties met andere moleculen en andere belangrijke vragen te onderzoeken.

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

Ongerichte Metabolomics uit biologische grondstoffen gebruiken UltraPerformance Liquid Chromatography-hoge resolutie massaspectrometrie (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

Bereiding en karakterisering van SDF-1α-Chitosan-Dextransulfaat Nanodeeltjes

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

Synthese, karakterisering en functionalisering van de hybride AU / CdS en Au / ZnS Core / Shell Nanodeeltjes

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

Synthese en karakterisering van Supramoleculaire colloïden

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

Rapid High-throughput Species Identificatie van Botanical Material gebruik van Direct Analysis in Real Time met hoge resolutie massaspectrometrie

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

Synthese van cyclische polymeren en karakterisering van hun Diffusive Motion in de Smelt staat bij de Single Molecule niveau

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 diffractie bij 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 Detectie en eencellige kwantificering van metaaloxide nanodeeltjes met behulp van nucleaire 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 adem analyse met behulp van secundaire Nanoelectrospray ionisatie gekoppeld aan massaspectrometrie voor hoge resolutie

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

Synthese en karakterisering van amphiphilic goud nanodeeltjes

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