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

אנו אסירי תודה על התמיכה הפיננסית מארגון הביולוגיה המולקולרית האירופאית למענק פוסט-דוקטורט (לJ.E.) ומענק מ-NIH ננגרי (עד J.J.K.). אנו מעריכים את עזרתם של פרופסורים ג'ינגיואה ג ' ו וסרגיי Kalachikov (אוניברסיטת קולומביה) למתן הαHL, ועל השראה דיונים עם פרופ ' יוסף ריינר (אוניברסיטת וירג העמים).

הערה: הפרוטוקול שלהלן הוא ספציפי למערכת הביו-Nanopatch DC. עם זאת, זה יכול להיות מותאם בקלות אחרים אלקטרופיזיולוגיה מכשירים המשמשים למדוד את הזרם באמצעות מישורי bilayer השומנים המקובל (תקן השומנים bilayer ממברנה קאמרית, U-tube הגיאומטריה, הוציא microcapillaries, וכו '). הזיהוי של חומרים מסחריים ומקו...

<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>

עקב הטעינה האנייונית שלהם, כנראה שפופון מקשר בין העברת מונים אורגניים באמצעות אינטראקציות אלקטרוסטטית. לכן, חשוב לזהות את תנאי הפתרון המתאימים ואת סביבות האלקטרוליט הנכונות (בעיקר הקטשות בפתרון) כדי להימנע ממערך מורכב עם הפופון. דרושה טיפול מיוחד בבחירת המאגר. לדוגמה, קצב הלכידה של הפופו?...

מזהה אנליטים ביוקולריות ברמת המולקולה היחידה ניתן לבצע באמצעות nanopores ומדידת הנוכחי מודולים יוניים. בדרך כלל, nanopores מחולקים לשתי קטגוריות מבוסס על הייצור שלהם: ביולוגי (המורכב עצמית מחלבון או DNA אוריגמי)1,2,3, או מוצק מדינה (למשל, מיוצר עם כלי עיבוד מוליך למחצה)4,5. בעוד מוצק מדינה nanopores הוצעו ככל האפשר חזק יותר פיזית וניתן להשתמש באמצעות מגוון רחב של תנאי פתרון, nanopores החלבון עד כה להציע רגישות יותר, התנגדות יותר להתמוך, רוחב פס גדול יותר, כימיה טובה יותר בסלקטיביות, וסימן גדול יותר ליחס הרעש.
מגוון של ערוצי יון החלבון, כגון האחד שנוצר על ידי האוראוס של סטיילוקוקוס α-המוליזה (αHL), ניתן להשתמש כדי לזהותמולקולות יחיד, כולל יונים (למשל, H+ D+)2,3, פולינונודים (DNA ו-RNA)6,7,8, נזק ל-DNA9, פוליפפטידים10, חלבונים (מקופלים ונפרשו)11, פולימרים (פוליאתילן גליקול ואחרים)12,13 , 14, זהב חלקיקים15,16,17,18,19, ועוד מולקולות סינתטי20.
הדגמנו לאחרונה כי αHL nanopore יכול גם בקלות לזהות ולאפיין אשכולות מתכתיים, polyoxometalates (הפונים), ברמת המולקולה היחידה. פופון הם אשכולות בדידים של חמצן ננו-סקאלה מתכת שהתגלו ב 182621, ומאז, סוגים רבים יותר כבר מסונתז. בגדלים שונים, מבנים, קומפוזיציות אלמנטלים של polyoxometalates כי הם זמינים כעת מוביל מגוון רחב של מאפיינים ויישומים כולל כימיה22,23, זרז24, חומר המדע25 ,26, ומחקר ביו-רפואי27,28,29.
הסינתזה של פום היא תהליך של הרכבה עצמית הנעשית בדרך כלל במים על ידי ערבוב כמויות נדרשות של מלחי מתכת של monomeric. לאחר הקמתה, מציגה מגוון גדול של גדלים וצורות. לדוגמה, מבנה הקגין פוליאניב, XM12O40q- מורכב מאחד הטרואטום (X) מוקף בארבעה אוקסיגנס כדי ליצור טטרהדרון (q הוא החיוב). הטרואטום ממוקם במיקום מרכזי בתוך כלוב שנוצר על ידי 12 מעבר ה, מתכות המעבר במצב החמצון הגבוה שלהם, אשר מקושרים זה לזה על ידי אטומי חמצן השכנה משותף. בעוד מבנה הטונגסטן polyoxometalates יציב בתנאים חומציים, יוני הידרוקסיד להוביל את המחשוף הידרוליטי של חמצן מתכת (M-O) איגרות חוב30. תהליך מורכב זה מביא לאובדן של אחד או יותר משני מבני-האדם, המובילים להיווצרות מינים חד-שלריים ומלאים, ובסופו של דבר לפירוק המלא של הפופון. הדיון שלנו כאן יהיה מוגבל למוצרי פירוק חלקי של חומצה 12-phosphotungstic ב-pH 5.5 ו 7.5.
המטרה של פרוטוקול זה היא לזהות אשכולות חמצן דיסקרטית מתכת במגבלת המולקולה היחידה באמצעות פלטפורמה אלקטרונית מבוססת nanopore ביולוגית. שיטה זו מאפשרת זיהוי אשכולות מתכתיים בפתרון. מינים רבים בתמיסה יכולים להיות מופלים ברגישות רבה יותר מאשר שיטות אנליטיות קונבנציונליות33. עם זאת, הבדלים עדינים במבנה פום ניתן להבהיר, ובריכוזים נמוכים במידה ניכרת מאלה הנדרשים עבור ספקטרוסקופיית NMR. חשוב מכך, גישה זו אפילו מאפשרת את האפליה של צורות איזואריק של 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

מולקולות בודדות ניתן לזהות מאופיין על ידי מדידת התואר שבו הם להפחית את הזרם יונית זורם דרך נקבובית אחת בקנה מידה של ננו. האות אופייני לתכונות הפיסיוכימיות של המולקולה ולאינטראקציות עם הנקבובית. אנו מדגימים כי הnanopore שנוצר על ידי חלבון חיידקי אקסוטוקסין סטייהילוקוקוס אלפא המוליזה (αHL) יכול לזהות polyoxometalates (האתר, מתכת אנייונית אשכולות חמצן), על גבול המולקולה היחידה. יתר על כן, מוצרים השפלה מרובים של 12-phosphotungstic חומצה פום (וועד ההורים, H3pw12O40) בפתרון מדודים בו. הרגישות של המולקולה היחידה של השיטה הnanopore מאפשרת להפונים להיות מאופיינים בריכוזים נמוכים באופן משמעותי מהנדרש לתהודה מגנטית גרעינית (NMR) ספקטרוסקופיית. טכניקה זו יכולה לשמש ככלי חדש עבור כימאים כדי ללמוד את התכונות המולקולריות של פוליוקסונים או אשכולות מתכתיים אחרים, כדי להבין טוב יותר את התהליכים הסינתטיים של פום, ואולי לשפר את התשואה שלהם. באופן היפותטי, המיקום של אטום נתון, או סיבוב של רסיס במולקולה, ואת המצב חמצון מתכת יכול להיות נחקר עם שיטה זו. בנוסף, טכניקה חדשה זו יש את היתרון של המאפשר ניטור בזמן אמת של מולקולות בפתרון.

במהלך שני העשורים האחרונים, הממברנה מאוגד חלבון nanometer בקנה מידה הוכחו כחיישנים מולקולה יחיד רב-תכליתי. מדידות מבוססות Nanopore הן ברורות יחסית לביצוע.  שני תאים מלאים אלקטרוליט מופרדים על ידי nanopore מוטבע קרום השומנים בידוד חשמלית. מגבר מהדק-טלאי או ספק כוח חיצוני מספק פוטנציא...

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

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לזהות אשכולות בעלי חמצן מתכת דיסקרטית, polyoxometalates (פופונים), במגבלת המולקולה היחידה באמצעות פלטפורמה אלקטרונית מבוססת nanopore ביולוגי. השיטה מספקת גישה משלימה לכלי כימיה אנליטיים מסורתיים המשמשים בחקר מולקולות אלה.

אפיון פיסי ברזולוציה גבוהה של חלקיקים מתכתיים בודדים

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

שיטת זיהוי זו המבוססת על ננו-מולקולות הוכיחה את הפוטנציאל לאפיין פיזית ולזהות מולקולות בודדות. עבודה עם חלקיקי מתכת, שהיא מטרת הסרטון הזה, מאתגרת את הבנתנו מה מגביל את הדיוק והדיוק של המדידה. היתרון העיקרי של טכניקה זו היא כי מנגנון זה יש רוחב פס גדול יותר מאשר הגדרת זיכרון bilayer השומנים המסורתית, אשר מאפשר לנו לראות תוצאות מהירות יותר ותגובות נוספות nanopore.טכניקה זו התאפשרה משום שבתחילת שנות התשעים הוכח כי גת בננו-נקבוביות חלבון, כלומר מעבר בין מצבים שונים, ניתן לשלוט ומולקולות יכולות להיקשר לקיר הנקבוביות. טכניקה זו מפותחת עבור יישומים מסחריים של ריצוף DNA מכיוון שהיא משתמשת בדגימות מינימליות. היא אינה דורשת תוויות פלואורסצנטיות ומשתמשת באורכים ארוכים בהרבה של קריאה מאשר שיטות קונבנציונליות.טכניקה זו פותחה גם כדי להפלות בין פולימרים בהתבסס על גודלם עם דיוק ומהירות גדולים יותר מאשר אלקטרופורזה ג'ל כרומטוגרפיה. ראשית, להכין 500 מיליליטר של פתרון של נתרן כלורי טוחן אחד ו 10 מילימולר מונוסודיום פוספט במים אולטרה פלור כמו אלקטרוליט. מומלץ להשתמש בפתרונות ודוגמאות טריים עם הגדרה מסוימת זו.בנוסף, מצאנו כי מים deionized באיכות גבוהה חשוב מאוד עבור בהצלחה להרכיב ממברנות. לאחר מכן, לשלב מיליגרם אחד של אבקת S.aureus אלפא המוליסין מונומרית מסוג ליופילים עם מיליליטר אחד של מים אולטרה-אפורים. אל תשכח כי עבודה עם Staph aureus אלפא המולין רעלן חלבון יכול להיות מסוכן.בצע את אמצעי הזהירות ב- MSDS בעת ביצוע הליך זה. לאחר מכן, להכין ארבעה מיליליטר של חמישה מיליגרם למיליליטר DPhyPC ב endecaine בבקבוקון זכוכית scintillation. מכסים את הבקבוקון בכובע מצופה פוליטראפלואורואתילן ומאחסנים אותו בארבע מעלות צלזיוס עד חודש.לאחר מכן, להמיס 57.6 מיליגרם של 12-phosphotungstic חומצה לחות ב 10 מיליליטר של האלקטרוליט כדי להפוך פתרון פוליוקסומט שני מילימולרית. חלק את פתרון ה-POM לשתי מנות של חמישה מיליליטר. השתמש בשלושה טוחנות נתרן הידרוקסיד כדי להתאים את ה- pH של פתרון POM אחד ל 5.5.כדי להתחיל להתכונן לבדיקה, להרכיב את תא הבדיקה של מנגנון אלקטרופיזיולוגיה bilayer שומנים פלינארית. ראשית, יש לגרד חוט כסף עם נייר זכוכית של 600 חצץ ולהשרות אותו באקונומיקה מסחרית מבוססת נתרן hypochlorite במשך 10 דקות כדי להפוך את האלקטרודה חוט כלוריד כסף כסף. יש לשטוף ולייבש את אלקטרודה התיל לפני החדרתה לתוך נימי הקוורץ של המנגנון.שמור את האלקטרודה בתוך קרום קוורץ ננופור, או QNM, הפרדת נימי והמאגר. ואז למקם גלילי כסף כסף כלוריד גלולה אלקטרודה רכוב על חוט כסף במאגר. חבר את שתי האלקטרודות ללוח מעגלי המגבר.לאחר מכן, פתח את תוכנית רכישת הנתונים והתחל את אספקת החשמל באפס מילי-וולט. ודא שלא זוהה זרם DC בין האלקטרודות בתא הריק. במהלך הדגמה זו חשוב לראות כיצד הלחץ המשדר יכול להשפיע על היווצרות הממברנה ועל היווצרות הננו-פורר לאחר מכן.מבלי לעשות את שני השלבים האלה נכון, הניסויים לא יעבדו. טען כמיליליטר של אלקטרוליט לתוך מזרק וחבר אותו לקו הנוזלים המחובר למאגר. הוסף אלקטרוליט למאגר עד שפנים של ה- QNM שקועים, כפי שמצוין על ידי הזרם היוני בין האלקטרודות הרוויות את המגבר.אם המגבר אינו רווי, שחרר את ה- QNM על ידי הפעלת מתח פופ של פלוס או מינוס וולט אחד או הגדלת הלחץ נימי בכ -300 מילימטרים של כספית. השתמש בשתי הטכניקות במידת הצורך. לאחר שהמגבר רווי, מוציאים אלקטרוליט מהמאגר עד שרמות הפתרון יורדות מתחת ל- QNM, כפי שמצוין על ידי הזרם שחוזר לאפס.כדי להתחיל את תהליך היווצרות bilayer השומנים, להעלות את רמת פתרון האלקטרוליטים הרבה מעל הפנים של QNM ולציין כמה פתרון לקח. לאחר מכן טובלים טיפ פיפט של 10 מיקרוליטר בתת פתרון DPHyPC וציירו את כל השומנים הנראים לעין לתוך הקצה. לגעת בקצה של פיפטה אל פני השטח של פתרון האלקטרוליטים ולאפשר השומנים לזרום מן פיפטה על פני ממשק האוויר-מים.המתן שתיים עד חמש דקות עד ששומנים יתפשטו באופן אחיד על פני הפתרון. לאחר מכן, לאט למשוך את האלקטרוליט עד פני השטח של הפתרון הוא מתחת QNM ולאחר מכן לאט להוסיף מספיק אלקטרוליט כדי להעלות את הפתרון מעל QNM כדי ליצור את קרום bilayer השומנים בידוד. אם bilayer אינו נוצר לאחר שלושה ניסיונות, להחיל חלק אחר של השומנים כפי שתואר קודם לכן ולחזור על התהליך.לאחר bilayer נראה שנוצר, להגביר את הלחץ נימי פופ bilayer ולאחר מכן רפורמה זה על ידי הורדת לאט והעלאת רמת הפתרון באותו אופן כמו קודם. חזור על תהליך זה מספר פעמים כדי להבטיח שה- QNM לא יהיה סתום ונוצר bilayer. לאחר מכן, להפשיר aliquot של חלבון אלפא המולין על קרח או בטמפרטורת החדר.מלאו את המאגר ב-250 ננוגרם חלבון אלפא המוליטסין מונומרי וכ-250 מיקרוליטרים של מים אולטרה-אפורים. לאחר מכן, להחיל הטיה 200 כדי 400 מילי וולט כדי לגרום היווצרות נקבוביות. כדי להקל על היווצרות הנקבוביות, להגדיל את הלחץ נימי על ידי 40 עד 200 מילימטרים של כספית כדי להרחיב את bilayer מן QNM.לאחר צורות nanopore, להפחית את ההטיה להחיל על מתח המדידה ולהפחית את הלחץ על כמחצית לחץ הכניסה. כדי להתחיל בבדיקה, הסתגל מחדש למתח היסט DC כדי להבטיח שאין זרם נמדד כאשר הפוטנציאל המוחל מוגדר לאפס. לאחר מכן, לרכוש עקבות זרם יוני עבור פוטנציאל מיושם של 120 כדי שלילי 120 millivolts ביחס למאגר.אשר כי אין מזהמים, אשר יצוין על ידי מצור זרם ספונטני. הוסף 1 עד 6 מיקרוליטר של פתרון אשכול POM pH 5.5 שני מילימולר למאגר. החל מדידות סדרות זמן של זרם יוני במתח מיושם של 120 מילי-וולט שליליים.התנועה של מולקולות חומצה זרחנית איניונית בודדת דרך תעלת אלפא המואליסין ייצרה מחסומים ארעיים שהקטינו את הזרם היוני הנקבוביות הפתוחות הממוצע בכ -80%משך הזמן זרם המצור קשורים ישירות לאינטראקציה של חלקיקים-נקבוביות, ומאפשרים להבדיל בין מינים יוניים בהיסטוגרמות של יחסי עומק המצור היחסיים. ב pH 5.5, שתי פסגות נצפו עם יחסי עומק של כ 0.06 ו 0.16. בהתבסס על NMR זרחני, הפסגה הקטנה הייתה מין הזרחן שישה מינוס והפסגה העיקרית הייתה המינים שבעה מינוס.ב-pH 7.5, הריכוזים היחסיים עברו ליחס גבוה יותר של המינים 6 מינוס למינים של שבעה מינוס. הירידה של פי 20 באירועי המצור ביחס ל-pH 5.5 יוחסה להשפלה ליונים חופשיים של פוספטים ותונגסטאטים. התאמת הפצות זמן המגורים דרשה פונקציות מעריכיות מרובות, המציין סוגים מרובים של אינטראקציות חלקיקים-נקבוביות בתוך כל מין יוני.זמני המגורים הקצרים יותר ב- pH 7.5 הציעו אינטראקציות חלקיקים-נקבוביות חלשות יותר מאשר pH 5.5, בקנה אחד עם מחקרים קודמים המראים שינויים תלויי pH במספר היחסי של חיובים קבועים הלומן ערוץ המולין אלפא או ליד. מים שעברו דה-מיון בטוהר גבוה הם קריטיים להגדרה המסוימת הזו. מחסנית סינון אורגנית שהוצאה הייתה הגורם הסביר לכך שהמעבדה שלנו לא הצליחה ליצור ממברנות ב- QNMs במשך חודשים.אנשים חדשים לגרסה מסוימת זו של השיטה עשויים גם להיאבק כי הממברנות הם כל כך קטנים ויש טריק כדי לקבל nanopores להיווצר. שיטה זו, אשר החלה לפני כמה עשורים, הוכיח שימושי לניתוח יונים, חומצות גרעין, פולימרים סינתטיים, כמו גם ריצוף DNA. זה יכול גם למצוא יישומים בביופיזיקה וביולוגיה בסיסית של התא.לדוגמה, הליך זה יכול לשמש לחקר המאפיינים הפיזיקליים של פולימרים סינתטיים וביופולימרים כדי לחקור את גודלם, אינטראקציות עם מולקולות אחרות, ושאלות חשובות אחרות.

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

Metabolomics לא ממוקדים ממקורות ביולוגיים באמצעות Ultraperformance כרומטוגרפיה נוזלית-רזולוציה גבוהה ספקטרומטריית מסה (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

הכנה ואפיון של SDF-1α-Chitosan-Dextran סולפט חלקיקים

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

סינתזה, אפיון, ואת Functionalization של תקליטורים היברידי Au / ו Au / ZnS Core / Shell חלקיקים

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

סינתזה ואפיון של קולואידים מולקולריים

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

ראפיד תפוקה גבוהה זיהוי מינים של חומר הבוטני באמצעות ניתוח ישיר בזמן אמת רזולוציה גבוהה ספקטרומטריית מסה

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

סינתזה של מחזורי פולימרי אפיון Motion הפעפוע שלהם במדינת הממסים ברמת המולקולה הבודדה

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

בלחץ גבוה השתברות גביש יחיד ב 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

בחיי עיר זיהוי, כימות תא בודד של תחמוצת מתכת חלקיקים באמצעות ניתוח Microprobe גרעיני

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

אנליזת נשימה בזמן אמת באמצעות Nanoelectrospray משני יינון מצמידים ספקטרומטר מסה ברזולוציה גבוהה

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

סינתזה ואפיון חלקיקי זהב אמפיפילי

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