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

Vi er takknemlige for finansiell støtte fra den europeiske molekylærbiologi organisasjon for en postdoktor fellesskap (til J.E.) og et stipend fra NIH NHGRI (til J.J.K.). Vi setter pris på hjelp av professorer Jingyue Ju og Sergey Kalachikov (Columbia University) for å gi heptameric αHL, og for inspirerende diskusjoner med professor Joseph Reiner (Virginia Commonwealth University).

Merk: Protokollen nedenfor er spesifikk for Electronic biovitenskap (EBS) Nanopatch DC-systemet. Imidlertid kan det være lett tilpasses andre elektrofysiologi apparater som brukes til å måle strøm gjennom Planar lipid bilayer membraner (standard lipid bilayer membran kammer, U-tube geometri, trakk mikrokapillærer, etc.). Identifisering av kommersielle materialer og deres kilder er gitt for å beskrive de eksperimentelle resultatene. Ikke i noe tilfelle innebærer denne identifikasjonen anbe...

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

På grunn av sin anioniske ladning, POMs sannsynlig forbinder med organiske mot påvirkning gjennom elektrostatisk samhandling. Derfor er det viktig å identifisere de riktige løsnings forholdene og de riktige elektrolytt miljøene (spesielt i løsningen) for å unngå kompleks dannelse med POMs. Spesiell forsiktighet er nødvendig i buffer valg. For eksempel, fangst raten av POMs med Tris (hydroksymetyl) aminometan og sitronsyre-bufrede løsninger er betydelig lavere enn i fosfat bufret oppløsning, sannsynligvis fordi...

Oppdage Biomolecular analytter på enkelt molekylnivå kan utføres ved hjelp av nanopores og måle ioniske nåværende modulasjoner. Vanligvis er nanopores delt inn i to kategorier basert på deres fabrikasjon: biologisk (selv samlet fra protein eller DNA Origami)1,2,3, eller Solid-State (f. eks, produsert med halvledere behandlingsverktøy)4,5. Mens Solid-State nanopores ble foreslått som potensielt mer fysisk robust og kan brukes over en rekke løsnings forhold, protein nanopores hittil gir større følsomhet, mer motstand mot forurensning, større båndbredde, bedre kjemiske selektivitet, og et større signal til støyforhold.
En rekke protein ion-kanaler, slik som den som er dannet av Staphylococcus aureus α-gemolizinovoj (αHL), kan brukes til å oppdage enkelt molekyler, inkludert ioner (f. eks, H+ og D+)2,3, polynucleotides (DNA og RNA)6,7,8, skadet DNA9, polypeptider10, proteiner (foldet og utfoldet)11, polymerer (polyetylen glykol og andre)12,13 , 14, gull nanopartikler15,16,17,18,19og andre syntetiske molekyler20.
Vi har nylig demonstrert at αHL-nanopore også lett kan oppdage og karakterisere metalliske klynger, polyoxometalates (POMs), på ett molekylnivå. POMs er diskret nanoskala anioniske metall oksygen klynger som ble oppdaget i 182621, og siden da har mange flere typer blitt syntetisert. De forskjellige størrelsene, strukturene og Elemental komposisjoner av polyoxometalates som nå er tilgjengelig, førte til et bredt spekter av egenskaper og applikasjoner, inkludert kjemi22,23, katalyse24, Material Science25 ,26og biomedisinsk forskning27,28,29.
POM-syntese er en selv monteringsprosess som vanligvis utføres i vann ved å blande stoichiometrically nødvendige mengder monomere metallsalter. Når dannet, POMs viser et stort mangfold av størrelser og former. For eksempel Keggin polyanion struktur, XM12O40q- er sammensatt av en Heteroatom (X) omgitt av fire oksygener å danne en tetraeder (q er kostnaden). Heteroatom er sentralt plassert i et bur dannet av 12 octahedral MO6 enheter (der M = overgangs metaller i høy oksidasjons tilstand), som er knyttet til hverandre ved nærliggende delte oksygen atomer. Mens tungsten polyoxometalates strukturen er stabil i Sure forhold, kan natriumhydroksid føre til hydrolytisk kløft av metall-oksygen (M-O) obligasjoner30. Denne komplekse prosessen resulterer i tap av en eller flere MO6 octahedral under enheter, som fører til dannelsen av monovacant og trivacant arter og til slutt til fullstendig nedbrytning av POMs. Vår diskusjon her vil være begrenset til delvis nedbrytningsprodukter av 12-phosphotungstic syre ved pH 5,5 og 7,5.
Målet med denne protokollen er å oppdage diskret metall oksygen klynger på enkelt molekyl grensen ved hjelp av en biologisk nanopore elektronisk plattform. Denne metoden gjør det mulig påvisning av metalliske klynger i løsningen. Flere arter i løsningen kan være diskriminert med større følsomhet enn konvensjonelle analytiske metoder33. Med det kan subtile forskjeller i POM-strukturen bli belyst, og ved konsentrasjoner som er markant lavere enn det som er nødvendig for NMR-spektroskopi. Viktigere, denne tilnærmingen selv tillater diskriminering av isomere former av na8HPW9O341.

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

high resolution physical characterization of single metallic nanoparticles

Individuelle molekyler kan oppdages og kjennetegnes ved å måle graden der de reduserer ioniske nåværende strømmer gjennom en enkelt nanometer-skala pore. Signalet er karakteristisk for molekylet ' s fysikalsk egenskaper og dens interaksjon med pore. Vi viser at nanopore dannet av bakteriell protein exotoxin Staphylococcus aureus Alpha Gemolizinovoj (αHL) kan oppdage Polyoxometalates (POMs, anioniske metall oksygen klynger), på enkelt molekyl grensen. Videre måles flere nedbrytningsprodukter av 12-phosphotungstic acid POM (PTA, H3PW12O40) i Solution samtidig. Det enkelt molekyl følsomheten av det nanopore metoden innrømmer for POMs å bli kjennetegnet for viktig lavere konsentrasjonen enn krevde for atomer magnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Denne teknikken kan tjene som et nytt verktøy for kjemikere å studere de molekylære egenskapene til polyoxometalates eller andre metalliske klynger, for å bedre forstå POM syntetiske prosesser, og muligens forbedre deres yield. Hypotetisk, plasseringen av et gitt Atom, eller rotasjon av et fragment i molekylet, og metallet oksidasjon staten kan bli undersøkt med denne metoden. I tillegg har denne nye teknikken fordelen av å la sanntids overvåking av molekyler i løsningen.

I løpet av de siste to ti årene, membran-bundet protein nanometer-skala porene har blitt demonstrert som allsidig single-molekyl sensorer. Nanopore målinger er relativt enkle å utføre.  To kamre fylt med elektrolyttløsning er adskilt av en nanopore innebygd i en elektrisk isolerende lipid membran. Enten en patch-Clamp forsterker eller en ekstern strømforsyning gir et elektrostatisk potensial på tvers av nanopore via AG/AgCl-elektroder nedsenket i elektrolytt reservoarene...

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

High Resolution Physical Characterization of Single Metallic Nanoparticles

Her presenterer vi en protokoll for å oppdage separate metall oksygen klynger, polyoxometalates (POMs), på enkelt molekyl grensen ved hjelp av en biologisk nanopore elektronisk plattform. Metoden gir en utfyllende tilnærming til tradisjonelle analytiske kjemi verktøy som brukes i studiet av disse molekylene.

Høyoppløselig fysisk karakterisering av single metalliske nanopartikler

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

Denne nanoporebaserte registreringsmetoden har vist potensialet til å fysisk karakterisere og identifisere individuelle molekyler. Arbeid med metallo-nanopartikler, som er formålet med denne videoen, utfordrer vår forståelse av hva som begrenser målingens nøyaktighet og presisjon. Den største fordelen med denne teknikken er at dette apparatet har større båndbredde enn tradisjonell lipid bilayer minne oppsett, som lar oss se raskere resultater og flere reaksjoner i nanopore.Denne teknikken ble gjort mulig fordi tidlig på 1990-tallet ble det vist at gating i protein nanoporer, det vil si bytte mellom forskjellige tilstander, kan kontrolleres og molekyler kan binde seg til poreveggen. Denne teknikken utvikles for kommersielle DNA-sekvenseringsprogrammer fordi den bruker minimale prøver. Det krever ikke fluorescerende etiketter og bruker mye lengre leselengder enn konvensjonelle metoder gjør.Denne teknikken er også utviklet for å diskriminere mellom polymerer basert på deres størrelse med større nøyaktighet og hastighet enn gelelektroforese og kromatografi. Først forberede 500 milliliter av en løsning av en-molar natriumklorid og 10-millimolar monosodium fosfat i ultrapure vann som elektrolytt. Det er best å bruke nye løsninger og prøver med dette oppsettet.I tillegg fant vi at høy kvalitet deionisert vann er svært viktig for vellykket forming membraner. Deretter kombinerer du ett mg lyofilisert vilttype monomerisk S.aureus alfa hemolysinpulver med en milliliter ultrarent vann. Ikke glem at å jobbe med Staph aureus alfa hemolysin toksin protein kan være farlig.Følg forholdsreglene i MSDS når du utfører denne prosedyren. Deretter forbereder du fire milliliter med fem milligram per milliliter DPhyPC i endekain i et hetteglass med glassscintillasjon. Cap hetteglasset med en polytetrafluoreetylen-lined cap og lagre den på fire grader Celsius i opptil en måned.Deretter oppløses 57,6 milligram 12-fosfosfatungssyrehydrat i 10 milliliter elektrolytt for å lage en to millimolar polyokometalatløsning. Del POM-løsningen i to fem milliliter porsjoner. Bruk tre-molar natriumhydroksid for å justere pH av en POM-oppløsning til 5,5.For å begynne å forberede seg til testen, monter testcellen til et planar lipid bilayer elektrofysiologiapparat. Først slipe en sølvtråd med 600-grus sandpapir og suge den i kommersielt tilgjengelig natriumhypoklorittbasert blekemiddel i 10 minutter for å lage sølv-sølv klorid wire elektrode. Skyll og tørk trådelektroden før du setter den inn i apparatets kvartskapillær.Hold elektroden inne i kvarts-nanoporemembranen, eller QNM, som skiller kapillæren og reservoaret. Plasser deretter en sylindrisk sølv-sølv klorid pellet elektrode montert på en sølvtråd i reservoaret. Koble begge elektrodene til forsterkerkretskortet.Deretter åpner du datainnsamlingsprogrammet og starter strømforsyningen på null millivolt. Kontroller at det ikke oppdages likestrøm mellom elektrodene i den tomme cellen. Under denne demonstrasjonen er det viktig å se hvordan transkapillærtrykket kan påvirke membrandannelse og påfølgende nanoporedannelse.Uten å gjøre disse to trinnene riktig, vil eksperimentene ikke fungere. Legg omtrent ett milliliter elektrolytt i en sprøyte og koble den til væskeledningen som er koblet til reservoaret. Tilsett elektrolytt i reservoaret til ansiktet til QNM er nedsenket, som indikert av ionisk strøm mellom elektrodene som metter forsterkeren.Hvis forsterkeren ikke metter, må du rense QNM ved å bruke en popspenning på pluss eller minus ett volt eller øke kapillærtrykket med ca. 300 millimeter kvikksølv. Bruk begge teknikkene om nødvendig. Når forsterkeren metter, trekk elektrolytt fra reservoaret til oppløsningsnivåene faller under QNM, som indikert av strømmen tilbake til null.For å starte lipid bilayer formasjonsprosessen, heve elektrolyttløsningsnivået godt over ansiktet på QNM og notere hvor mye løsning som tok. Dypp deretter en 10-mikroliter pipettespiss inn i DPHyPC-løsningen og trekk all synlig lipid inn i spissen. Berør pipettens spiss til overflaten av elektrolyttløsningen og la lipiden strømme fra pipetten over luftvannsgrensesnittet.Vent to til fem minutter for lipid å spre jevnt over løsningen. Deretter trekker du langsomt elektrolytten til oppløsningens overflate er under QNM og deretter sakte legger til nok elektrolytt til å heve løsningen over QNM for å danne den isolerende lipid bilayer membranen. Hvis bilayer ikke dannes etter tre forsøk, bruker du en annen del av lipid som tidligere beskrevet og gjentar prosessen.Når bilayer synes å ha dannet, øke trykket til kapillæren å pop bilayer og deretter reformere den ved sakte å senke og heve løsningsnivået på samme måte som før. Gjenta denne prosessen flere ganger for å sikre at QNM ikke er tilstoppet og en bilayer har dannet. Deretter tiner du et aliquot av alfa hemolysinprotein på is eller ved romtemperatur.Fyll reservoaret med 250 nanogram monomerisk alfa hemolysinprotein og ca. 250 mikroliter ultrarent vann. Deretter påfør en 200 til 400 millivolt bias for å indusere poredannelse. For å lette poredannelsen, øk kapillærtrykket med 40 til 200 millimeter kvikksølv for å utvide bilayeren fra QNM.Når en nanopore dannes, reduserer du den påførte skjevheten mot målespenningen og reduserer trykket til omtrent halvparten av innsettingstrykket. For å starte testen, juster DC-offset-spenningen på nytt for å sikre at det ikke er målt strøm når det påførte potensialet er satt til null. Deretter skaffer du et ionisk strømspor for et anvendt potensial på 120 til negative 120 millivolt i forhold til reservoaret.Bekreft at det ikke er noen forurensninger, som ville bli indikert av spontane nåværende blokader. Legg til en til seks mikroliter pH 5,5 to millimolar POM-klyngeløsning i reservoaret. Påfør ioniske nåværende tidsseriemålinger med en anvendt spenning på negative 120 millivolt.Bevegelsen av individuelle anioniske fosfosotungssyremolekyler gjennom alfa hemolysinkanalen produserte forbigående blokader som reduserte gjennomsnittlig åpen pore ionisk strøm med ca 80%Varigheten og blokadestrømmen er begge direkte relatert til partikkel-pore interaksjonen, slik at ioniske arter kan differensieres i histogrammer av de relative blokadedybdeforholdene. Ved pH 5,5 ble det observert to topper med dybdeforhold på ca. 0,06 og 0,16. Basert på fosfor NMR var den mindre toppen de seks minus fosfosfatungstate artene og den største toppen var de syv minus artene.Ved pH 7,5 forskjøvet de relative konsentrasjonene seg til et høyere forhold mellom 6-minusartene til de syv minus artene. Den 20 ganger reduksjonen i blokadehendelser i forhold til pH 5,5 ble tilskrevet nedbrytning til frie fosfat- og tungstateioner. Montering av oppholdstidens distribusjoner krevde flere eksponentielle funksjoner, noe som indikerer flere typer partikkel-pore interaksjoner innenfor hver ioniske arter.Kortere oppholdstider ved pH 7,5 antydet svakere partikkel-pore interaksjoner enn pH 5.5, i samsvar med tidligere studier som viser pH-avhengige endringer i det relative antall faste kostnader i eller i nærheten av alfa hemolysin kanal lumen. Høy renhet deionisert vann er avgjørende for denne spesielle oppsettet. En brukt organisk filterkassett var den sannsynlige årsaken til at laboratoriet vårt ikke kunne danne membraner på QNMs i flere måneder.Personer som er nye i denne versjonen av metoden, kan også slite fordi membranene er så små, og det er et triks for å få nanoporer å danne. Denne metoden, som ble initiert for flere tiår siden, har vist seg nyttig for å analysere ioner, nukleinsyrer og syntetiske polymerer samt DNA-sekvensering. Det kan også finne anvendelser i biofysikk og grunnleggende cellebiologi.For eksempel kan denne prosedyren brukes til å studere de fysiske egenskapene til syntetiske polymerer og biopolymerer for å undersøke deres størrelse, interaksjoner med andre molekyler og andre viktige spørsmål.

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

Vilkårlige Metabolomics fra biologiske kilder Bruke UltraPerformance væskekromatografi-High Resolution massespektrometri (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

Utarbeidelse og karakterisering av SDF-1α-Chitosan-dekstransulfat Nanopartikler

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

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

Syntese, karakterisering og funksjon av Hybrid Au / CDer og Au / ZnS Kjerne / Shell Nanopartikler

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

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

Syntese og karakterisering av supra Colloids

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

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

Rapid Høy throughput Arter Identifikasjon av Botanisk Material Bruke direkte analyse i Real Time High Resolution massespektrometri

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

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

Syntese av Sykliske Polymers og karakterisering av deres diffusiv Motion i smeltet tilstand ved enkelt molekyl nivå

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

Høytrykksenkelt Crystal Diffraksjon på PX ^ 2

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

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

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

In Situ Gjenkjennings- og enkeltcelle kvantifisering av metalloksid nanopartikler kjernefysiske 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

Sanntid pusten analyse ved hjelp av sekundære Nanoelectrospray Ionization koblet til høy oppløsning massespektrometri

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Syntese og karakterisering av Amfifile Gold nanopartikler

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