Name: high resolution physical characterization of single metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-06-28T11:00:00
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欧州分子生物学機構のポスドク・フェローシップ(J.E.)とNIH NHGRI(J.J.K.)からの助成金に対する財政的支援に感謝します。我々は、ヘプタメリックαHLを提供し、ジョセフ・ライナー教授(バージニア・コモンウェルス大学)との刺激的な議論のために、ジンギュエ・ジュ教授とセルゲイ・カラチコフ教授(コロンビア大学)の助けを借りて感謝します。

注:以下のプロトコルは、電子バイオサイエンス(EBS)ナノパッチDCシステムに固有です。しかしながら、平面脂質二重層膜(標準脂質二重層膜室、U管幾何学、引っ張られた微小キャピラーなど)を介して電流を測定するために用いられる他の電気生理学装置に容易に適合させることができる。実験結果を記述するために、商業材料とその供給源の同定が与えられる。この識別は...

<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>

そのアニオン電荷のために、POMは静電相互作用を通じて有機カチオンと関連する可能性が高い。したがって、POMとの複雑な形成を避けるためには、適切な溶液条件と適切な電解質環境(特に溶液中の陽イオン)を特定することが重要です。バッファーの選択には、特に注意が必要です。例えば、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンおよびクエン酸緩衝液を用いたPOMの捕捉率は、リン酸緩衝液...

単一分子レベルでの生体分子検体の検出は、ナノポアを用いてイオン電流変調を測定することによって行うことができる。典型的には、ナノポアは、その製造に基づいて2つのカテゴリーに分けられます:生物学的(タンパク質またはDNA折り紙から自己組み立て)1、2、3、または固体(例えば、で製造された)半導体加工ツール)4,5.固体ナノポアは、潜在的により物理的に堅牢であると示唆され、溶液条件の広い範囲にわたって使用することができますが、タンパク質ナノポアは、これまでのところ、より大きな感度、ファウリングに対するより多くの耐性、より大きな帯域幅、より良い化学薬品を提供します選択性、およびノイズ比に大きな信号。
黄色ブドウ球菌α-ヘモリシン(αHL)によって形成されたタンパク質イオンチャネルの様々な、イオン(例えば、H+およびD+)2、3、ポリヌクレオチド(DNA)を含む単一分子を検出するために使用することができるおよびRNA)6,7,8, 損傷したDNA9, ポリペプチド10, タンパク質 (折り畳みおよび展開)11, ポリマー (ポリエチレングリコール他)12,13,14、金ナノ粒子15、16、17、18、19、および他の合成分子20。
我々は最近、αHLナノポアが単一分子レベルで金属クラスター、ポリオキソメタレート(POM)を容易に検出し、特徴付けできることを実証した。POMは、182621年に発見された離散ナノスケールのアニオン金属酸素クラスターであり、それ以来、より多くのタイプが合成されています。現在利用可能なポリオキソメタレ酸塩の異なるサイズ、構造、および元素組成物は、化学22、23、触媒24、材料科学25を含む特性と用途の広い範囲につながった ,26, および生物医学研究27,28,29.
POM合成は、典型的には、単量の単量の単量のモノメリック金属塩を混合して水中で行われる自己組織化プロセスである。一度形成されると、POMはサイズと形状の大きな多様性を示します。例えば、ケギンポリアニオン構造は、XM12O40q-が四重子を形成する4つの酸素で囲まれた1つのヘテロ原子(X)から構成され(qは電荷である)。ヘテロ原子は、12オクタヘドラルMO6単位(M=高酸化状態の遷移金属)によって形成されたケージ内に中央に位置し、隣接する共有酸素原子によって互いに連結される。タングステンポリオキソメタレーション構造は酸性条件下で安定であるが、水酸化物イオンは金属酸素(M-O)結合30の加水分解切断につながる。この複雑なプロセスは、1つ以上のMO6オクタヘドラルサブユニットの損失をもたらす,単空および三空種の形成につながり、最終的にはPOMの完全な分解につながる。ここでの議論は、pH 5.5および7.5における12-ホスホトン酸の部分分解産物に限定される。
このプロトコルの目的は、生物学的ナノポアベースの電子プラットフォームを使用して、単一分子限界で離散的な金属酸素クラスターを検出することです。この方法は、溶液中の金属クラスターの検出を可能にする。溶液中の複数の種は、従来の分析方法33よりも高い感度で判別することができる。それにより、POM構造の微妙な違いを解明することができ、NMR分光法に必要な濃度よりも著しく低い濃度で。重要なことに、このアプローチは、Na8HPW9O341の対方体形態の差別を可能にする。

<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

個々の分子は、単一ナノメートルスケールの細孔を流れるイオン電流を減少させる程度を測定することによって検出され、特徴付けることができる。このシグナルは、分子の物理化学的性質と細孔との相互作用の特徴です。細菌タンパク質エキソトキシン黄色ブドウ球菌αヘモリシン(αHL)によって形成されたナノポアが、単一分子限界でポリオキソメタレート(POM、アニオン金属酸素クラスター)を検出できることを実証する。また、溶液中の12-ホスホトンスチン酸POM(PTA、H3PW12O40)の複数の分解産物を同時に測定する。ナノポア法の単一分子感度により、核磁気共鳴(NMR)分光法に必要な濃度よりも有意に低い濃度でPOMを特徴付けることができます。この技術は、ポリオキソメタレートや他の金属クラスターの分子特性を研究し、POM合成プロセスをよりよく理解し、その収率を向上させる化学者のための新しいツールとして役立つ可能性があります。仮定的には、所定の原子の位置、または分子内の断片の回転、および金属酸化状態をこの方法で調べることができる。さらに、この新しい技術は、溶液中の分子のリアルタイムモニタリングを可能にするという利点があります。

過去20年間にわたり、膜結合タンパク質ナノメートルスケールの細孔は、汎用性の高い単一分子センサとして実証されてきました。ナノポアベースの測定は比較的簡単に実行できます。 電解質溶液で満たされた2つのチャンバーは、電気的に絶縁脂質膜に埋め込まれたナノポアによって分離される。パッチクランプアンプまたは外部電源は、電解質リザーバに浸漬され...

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High Resolution Physical Characterization of Single Metallic Nanoparticles

ここでは、生物学的ナノポアベースの電子プラットフォームを用いて、単一分子限界で離散金属酸素クラスター、ポリオキソメタレート(POM)を検出するプロトコルを提示する。この方法は、これらの分子の研究に使用される従来の分析化学ツールに対する補完的なアプローチを提供する。

単一金属ナノ粒子の高解像度物理特性評価

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

このナノポアベースの検出方法は、個々の分子を物理的に特徴付け、同定する可能性を実証しています。このビデオの目的であるメタロナノ粒子を扱うことは、測定の精度と精度を制限するものの理解に挑戦しています。この技術の主な利点は、この装置が従来の脂質二重層記憶設定よりも広い帯域幅を有し、ナノポアでより速い結果とより多くの反応を見ることができるということです。この技術は、1990年代初頭にタンパク質ナノポアの格子、すなわち異なる状態の切り替えが制御でき、分子が細孔壁に結合できることが示されたために可能になった。この技術は、最小限のサンプルを使用するため、商用のDNAシーケンシングアプリケーションのために開発されています。蛍光標識を必要とせず、従来の方法よりもはるかに長い読み取り長さを使用します。この技術は、ゲル電気泳動やクロマトグラフィーよりも精度と速度を高く、そのサイズに基づいてポリマーを区別するためにも開発されています。まず、500ミリリットルの塩化ナトリウム1モルと10ミリモルのリン酸ナトリウムを電解質として超純水に調製します。この特定のセットアップで新鮮なソリューションとサンプルを使用するのが最善です。また、膜の形成に成功するためには、高品質の脱イオン水が非常に重要であることがわかりました。次に、凍結乾燥した野生型モノメリックS.aureusアルファヘモリシン粉末の1ミリグラムを超純水1ミリリットルと組み合わせます。ステープルアウレウスアルファヘモリシン毒素タンパク質での作業は危険なことができますことを忘れないでください。この手順を実行する場合は、MSDS の注意事項に従ってください。次に、ガラスシンチレーションバイアルでエンデカインに1ミリリットルDPhyPCあたり5ミリグラムの4ミリリットルを調製する。バイアルにポリテトラフルオロエチレンの裏地付きキャップをキャップし、最大1ヶ月間摂氏4度で保管します。その後、57.6ミリグラムの12-ホスホタングスト酸水和物を電解質の10ミリリットルに溶解し、2ミリモルのポリオキソメタレート溶液を作ります。POM溶液を2つの5ミリリットルの部分に分けます。3モルの水酸化ナトリウムを使用して、1つのPOM溶液のpHを5.5に調整します。試験の準備を始めるには、平坦な脂質二重層電気生理学装置の試験細胞を組み立てる。まず、銀線を600グリットサンドペーパーでブラドし、市販の次亜塩素酸ナトリウムベースの漂白剤に10分間浸し、塩化銀銀線電極を作ります。ワイヤ電極をリンスして乾かしてから、装置の石英毛管に挿入します。電極を石英ナノポア膜(QNM)内に保管し、毛細管と貯留層を分離します。次に、リザーバーの銀線に取り付けられた円筒形の銀塩化銀ペレット電極を配置します。両方の電極をアンプ回路基板に接続します。次に、データ収集プログラムを開き、ゼロミリボルトで電源を起動します。空のセルの電極間にDC電流が検出されないか確認します。このデモンストレーションでは、経キャピラリー圧が膜形成とその後のナノポア形成にどのような影響を与えるかを見ることが重要です。この 2 つの手順を正しく実行しないと、実験は機能しません。約1ミリリットルの電解液をシリンジに積み込み、リザーバーに接続された流体ラインに接続します。増幅器を飽和させる電極間のイオン電流で示されるように、QNMの面が水没するまで、リザーバに電解質を加えます。アンプが飽和しない場合は、プラスマイナス1ボルトのポップ電圧を印加するか、キャピラリー圧を約300ミリメートルの水銀で増加させることでQNMを詰まらせる。必要に応じて、両方の方法を使用します。アンプが飽和したら、電流がゼロに戻るように、溶液レベルがQNMを下回るまで、リザーバから電解液を引き出します。脂質二重層形成プロセスを開始するには、電解液レベルをQNMの顔より上に上げ、どのくらいの溶液がかかったかを書き留めます。その後、DPHyPC溶液に10マイクロリットルピペットチップを浸し、すべての目に見える脂質を先端に引き込みます。ピペットの先端を電解液の表面に触れ、ピペットから空気水界面を流れるようにします。脂質が溶液全体に均一に広がるのを2〜5分待ちます。次に、溶液の表面がQNMの下になるまで電解液をゆっくりと引き出し、その後、QNM上の溶液を上げて絶縁脂質二重膜を形成するのに十分な電解質をゆっくりと加える。二重層が3回試みた後に形成されない場合は、先に述べたように脂質の別の部分を適用し、プロセスを繰り返す。二重層が形成されたように見えたら、毛細血管への圧力を高め、二重層をポップし、以前と同じように溶液レベルをゆっくりと下げて上げることによってそれを改革する。このプロセスを数回繰り返して、QNMが詰まらず、二重層が形成されていることを確認します。次に、氷上または室温でアルファヘモリシンタンパク質のアリコートを解凍する。250ナノグラムの単量体アルファヘモリシンタンパク質と約250マイクロリットルの超純水で貯蔵所を満たします。次いで、200~400ミリボルトバイアスを適用して、細孔形成を誘導する。細孔の形成を容易にするために、毛細管圧を40〜200ミリメートルの水銀で増加させ、QNMから二重層を拡大する。ナノポアが形成されたら、印加されたバイアスを測定電圧に減らし、圧力を挿入圧力の約半分に減らします。テストを開始するには、DCオフセット電圧を再調整して、印加電位がゼロに設定されている場合に測定電流がないことを確認します。次に、リザーバに対して120~マイナス120ミリボルトの適用電位に対するイオン電流トレースを取得する。自発的な電流遮断によって示される汚染物質がないことを確認する。pH 5.5 2ミリモルPOMクラスター溶液の1〜6マイクロリットルを貯留槽に加えます。負の120ミリボルトの印加電圧でイオン電流時系列測定を適用します。アルファヘモリシンチャネルを介した個々のアニオン性ホスホトゥングジン酸分子の動きは、平均開孔イオン電流を約80%減少させる一過性の遮断を生じ、持続時間と遮断電流はいずれも粒子と孔の相互作用に直接関連しており、イオン種を相対遮断深度比のヒストグラムで区別することを可能にする。pH 5.5では、約0.06と0.16の深さの比率で2つのピークが観察されました。リンNMRに基づいて、マイナーピークは6マイナスホスファトゥン州種であり、主要なピークは7マイナス種であった。pH 7.5では、相対濃度は7-マイナス種に対する6-マイナス種のより高い比率にシフトした。pH 5.5に対する遮断事象の20倍の減少は、リン酸およびタングステン酸イオンの遊離による分解に起因した。滞留時間分布を適合させるには、複数の指数関数が必要であり、各イオン種内の複数のタイプの粒子と細孔相互作用を示す。pH 7.5での滞留時間が短いほど、pH 5.5よりも弱い粒子と細孔相互作用が示唆され、α溶化管腔内またはアルファ溶出管腔付近の固定電荷の相対的数におけるpH依存的変化を示す以前の研究と一致した。高純度脱イオン水は、この特定のセットアップに不可欠です。使用済みの有機物フィルターカートリッジは、私たちの研究室が数ヶ月間QCMに膜を形成することができない可能性が高い原因でした。この特定のバージョンの方法に新しい個人は、膜が非常に小さく、ナノポアを形成するトリックがあるため、苦労するかもしれません。数十年前に開始されたこの方法は、イオン、核酸、合成ポリマー、ならびにDNAシーケンシングの分析に有用であることが証明されています。また、生物物理学や基本的な細胞生物学の応用を見つけることができます。例えば、この手順は、合成ポリマーおよびバイオポリマーの物理的性質を研究するために使用され、その大きさ、他の分子との相互作用、および他の重要な質問を調査することができる。

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

ウルトラパフォーマンス液体クロマトグラフィー - 高分解能質量分析（UPLC-HRMS）を使用した生物源から非標的メタボロミクス

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

SDF-1α-キトサン硫酸デキストランナノ粒子の調製とキャラクタリゼーション

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

合成、キャラクタリゼーション、およびハイブリッドのAu / CdSのとAu / ZnSのコア/シェルナノ粒子の機能化

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

超分子コロイドの合成とキャラクタリゼーション

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

リアルタイム高分解能質量分析法で直接分析を用いた植物材料の急速なハイスループット種の同定

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

単一分子レベルでの環状ポリマーの合成と溶融状態におけるそれらの拡散運動のキャラクタリゼーション

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

PX ^ 2の高圧単結晶回折

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

その場で検出および核マイクロ プローブ分析法を用いた金属酸化物ナノ粒子の単一細胞定量

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

高分解能質量分析に結合された二次 Nanoelectrospray イオン化を用いたリアルタイム呼吸解析

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

親和性金ナノ粒子の合成と特性化

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