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

Agradecemos o apoio financeiro da Organização Europeia de biologia molecular para uma bolsa de pós-doutorado (a je) e uma subvenção da NIH NHGRI (a J.J.K.). Agradecemos a ajuda dos professores Jingyue Ju e Sergey Kalachikov (Universidade de Columbia) para fornecer αHL heptamérica, e para discussões inspiradoras com o Professor Joseph Reiner (Virginia Commonwealth University).

Nota: O protocolo abaixo é específico para o sistema de DC de Nanopatch eletrônico BioSciences (EBS). Entretanto, pode prontamente ser adaptado ao outro instrumento da electrofisiologia usado para medir a corrente através das membranas planas do BICAMADA do lipido (câmara padrão da membrana do BICAMADA do lipido, geometria do U-tubo, microcapillaries puxado, etc.). A identificação dos materiais comerciais e suas fontes é dada para descrever os resultados experimentais. Em nenhum caso es...

<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>

Devido a sua carga aniônicos, os poms associam provável com as cátions orgânicas do contador através das interações eletrostáticas. Portanto, é importante identificar as condições de solução adequadas e os ambientes de eletrólitos corretos (especialmente cátions em solução) para evitar a formação complexa com POMs. Um cuidado particular é exigido na escolha do amortecedor. Por exemplo, a taxa de captura de POMs com tris (hidroximetil) aminometano e soluções tamponadas com ácido cítrico é signific...

A detecção de analitos biomoleculares no nível da molécula única pode ser realizada usando nanoporos e medindo modulações de corrente iónica. Tipicamente, os nanoporos são divididos em duas categorias com base na sua fabricação: biológica (automontada a partir de proteínas ou DNA origami)1,2,3, ou Solid-State (por exemplo, fabricado com ferramentas de processamento de semicondutores)4,5. Enquanto os nanoporos de estado sólido foram sugeridos como potencialmente mais robustos fisicamente e podem ser usados em uma ampla gama de condições de solução, os nanoporos proteicos até agora oferecem maior sensibilidade, mais resistência a incrustantes, maior largura de banda, melhor produto químico selectividade, e uma maior relação sinal/ruído.
Uma variedade de canais de íons proteicos, como o formado por Staphylococcus aureus α-hemolisina (αhl), pode ser usado para detectar moléculas únicas, incluindo íons (por exemplo, H+ e D+)2,3,polinucleotídeos (DNA e RNA)6,7,8, DNA danificado9, polipeptídeos10, proteínas (dobradas e desdobradas)11, polímeros (polietileno glicol e outros)12,13 , 14, nanopartículas de ouro15,16,17,18,19, e outras moléculas sintéticas20.
Nós demonstramos recentemente que o nanoporo do αhl pode igualmente facilmente detectar e caracterizar aglomerados metálicos, polyoxometalates (poms), a nível da única molécula. Poms são discretos nanoescala metal aniônico clusters de oxigênio que foram descobertos em 182621, e desde então, muitos outros tipos foram sintetizados. Os tamanhos diferentes, as estruturas, e as composições elementares dos polyoxometalates que estão agora disponíveis conduziram a uma escala larga das propriedades e das aplicações que incluem a química22,23, catálise24, ciência material25 ,26, e pesquisa biomédica27,28,29.
A síntese de POM é um processo de automontagem tipicamente realizado em água misturando as quantidades estequiometricamente exigidas de sais de metal monoméricos. Uma vez formados, os POMs exibem uma grande diversidade de tamanhos e formas. Por exemplo, a estrutura do polyanion de Keggin, XM12O40q- é compor de um heteroátomo (X) cercado por quatro oxigênios para dar forma a um tetraedro (q é a carga). O heteroátomo está centralmente localizado dentro de uma gaiola formada por 12 octaédricos MO6 unidades (onde M = metais de transição em seu estado de alta oxidação), que estão ligados uns aos outros pelos vizinhos átomos de oxigênio compartilhado. Quando a estrutura dos polyoxometalates do tungstênio for estável em circunstâncias ácidas, os íons do hidróxido conduzem ao clivagem hidrolítica de ligações do metal-oxigênio (M-O)30. Este processo complexo resulta na perda de uma ou mais subunidades octaédrica do MO6 , levando à formação de espécies monovacantes e trivagas e, eventualmente, à completa decomposição dos poms. Nossa discussão aqui será limitada aos produtos parciais da decomposição do ácido 12 phosphotungstic em pH 5,5 e em 7,5.
O objetivo deste protocolo é detectar clusters de oxigênio de metal discretos no limite da molécula única usando uma plataforma eletrônica baseada em nanoporos biológica. Este método permite a detecção de aglomerados metálicos em solução. Várias espécies em solução podem ser discriminadas com maior sensibilidade do que os métodos analíticos convencionais33. Com ele, as diferenças sutis na estrutura de POM podem ser elucidadas, e em concentrações marcadamente mais baixas do que aquelas exigidas para a espectroscopia de RMN. É importante ressaltar que essa abordagem permite até mesmo a discriminação de formas isoméricas de 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

As moléculas individuais podem ser detectadas e caracterizadas medindo o grau pelo qual reduzem a corrente iónica que flui através de um único poro da nanômetro-escala. O sinal é característico das propriedades físico-químicas da molécula e suas interações com os poros. Nós demonstramos que o nanoporo dado forma pelo Staphylococcus da exotoxina da proteína bacteriana aureus alfa hemolisina (αhl) pode detectar polyoxometalates (poms, grupos aniônicos do oxigênio do metal), no único limite da molécula. Além disso, os produtos múltiplos da degradação do ácido POM de 12 phosphotungstic (PTA, H3picowatt12O40) na solução são medidos simultaneamente. A única sensibilidade da molécula do método do nanoporo permite que os poms sejam caracterizados em concentrações significativamente mais baixas do que exigidas para a espectroscopia da ressonância magnética nuclear (RMN). Esta técnica poderia servir como uma ferramenta nova para que os químicos estudem as propriedades moleculars dos polyoxometalates ou dos outros conjuntos metálicos, para compreender melhor processos sintéticos de POM, e para melhorar possivelmente seu rendimento. Hipoteticamente, a localização de um determinado átomo, ou a rotação de um fragmento na molécula, e o estado de oxidação do metal poderiam ser investigados com este método. Além disso, esta nova técnica tem a vantagem de permitir o monitoramento em tempo real de moléculas em solução.

Ao longo das últimas duas décadas, os poros da nanômetro-escala de proteínas ligadas à membrana foram demonstrados como sensores versáteis de molécula única. As medições baseadas em nanopore são relativamente simples de executar.  Duas câmaras enchidas com a solução do eletrólito são separadas por um nanoporo encaixado em uma membrana eletricamente isolante do lipido. Ou um amplificador da remendo-braçadeira ou uma fonte de alimentação externa fornecem um potencial ele...

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

Aqui, apresentamos um protocolo para detectar clusters de oxigênio de metal discretos, polioxometalatos (POMs), no limite de molécula única usando uma plataforma eletrônica baseada em nanoporos biológica. O método fornece uma aproximação complementar às ferramentas analíticas tradicionais da química usadas no estudo destas moléculas.

Caracterização física de alta resolução de nanopartículas metálicas únicas

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

Este método de detecção baseado em nanoporos demonstrou o potencial de caracterizar fisicamente e identificar moléculas individuais. Trabalhar com metallo-nanopartículas, que é o propósito deste vídeo, está desafiando nossa compreensão do que limita a precisão e precisão da medição. A principal vantagem dessa técnica é que este aparelho tem maior largura de banda do que a configuração tradicional de memória bicamada lipídica, o que nos permite ver resultados mais rápidos e mais reações em nanoporos.Essa técnica foi possível porque no início da década de 1990 foi demonstrado que o gating em nanoporos proteicos, ou seja, alternando entre diferentes estados, pode ser controlado e moléculas podem se ligar à parede dos poros. Esta técnica está sendo desenvolvida para aplicações comerciais de sequenciamento de DNA porque usa amostras mínimas. Ele não requer rótulos fluorescentes e usa comprimentos de leitura muito mais longos do que os métodos convencionais.Esta técnica também foi desenvolvida para discriminar polímeros com base em seu tamanho com maior precisão e velocidade do que eletroforese gel e cromatografia. Primeiro, prepare 500 mililitros de uma solução de cloreto de sódio de um molar e fosfato monossódico de 10 mililitros em água ultrapura como o eletrólito. É melhor usar soluções e amostras frescas com esta configuração em particular.Além disso, descobrimos que a água desionizada de alta qualidade é muito importante para formar membranas com sucesso. Em seguida, combine um miligrama de pó monoméico de hemolise monomérica de lyophilized com um mililitro de água ultrapura. Não se esqueça que trabalhar com a proteína da toxina staph aureus alfa hemolysin pode ser perigoso.Siga as precauções no MSDS ao realizar este procedimento. Em seguida, prepare quatro mililitros de cinco miligramas por mililitro DPhyPC em endecaine em um frasco de cintilação de vidro. Tampe o frasco com uma tampa revestida de politetrafluoroetileno e armazene-o a quatro graus Celsius por até um mês.Depois disso, dissolva 57,6 miligramas de 12-phosphotungstic acid hydrate em 10 mililitros do eletrólito para fazer uma solução de polioxometato de dois milimilimais. Divida a solução POM em duas porções de cinco mililitros. Use hidróxido de sódio de três molares para ajustar o pH de uma solução POM para 5,5.Para começar a se preparar para o teste, monte a célula de teste de um aparelho de eletrofisiologia lipídica planar. Primeiro, abrade um fio de prata com lixa de 600 grãos e mergulhe-o em alvejante à base de hipoclorito de sódio comercialmente disponível por 10 minutos para fazer o eletrodo de fio de cloreto de prata-prata. Enxágüe e seque o eletrodo do fio antes de inseri-lo no capilar de quartzo do aparelho.Mantenha o eletrodo dentro da membrana quartzo-nanopora, ou QNM, separando o capilar e o reservatório. Em seguida, coloque um eletrodo cilíndrico de cloreto de prata-prata montado em um fio de prata no reservatório. Conecte os dois eletrodos à placa do circuito do amplificador.Em seguida, abra o programa de aquisição de dados e inicie a fonte de alimentação a zero milvolts. Confirme que nenhuma corrente DC é detectada entre os eletrodos na célula vazia. Durante esta demonstração é importante observar como a pressão transcapilária pode afetar a formação de membrana e a subsequente formação de nanoporos.Sem fazer esses dois passos corretamente, os experimentos não funcionarão. Carregue cerca de um mililitro de eletrólito em uma seringa e conecte-o à linha de fluidos conectada ao reservatório. Adicione eletrólito ao reservatório até que a face do QNM esteja submersa, como indicado pela corrente iônica entre os eletrodos que saturam o amplificador.Se o amplificador não saturar, despreze o QNM aplicando uma tensão pop de mais ou menos um volt ou aumentando a pressão capilar em cerca de 300 milímetros de mercúrio. Use ambas as técnicas, se necessário. Uma vez que o amplificador satura, retire o eletrólito do reservatório até que os níveis da solução caiam abaixo do QNM, como indicado pela corrente voltando a zero.Para iniciar o processo de formação de bicamadas lipídicas, eleve o nível de solução de eletrólitos bem acima da face do QNM e note quanta solução foi a solução. Em seguida, mergulhe uma ponta de pipeta de 10 microliter na solução DPHyPC e desenhe todos os lipídios visíveis na ponta. Toque na ponta da pipeta até a superfície da solução de eletrólitos e deixe o lipídio fluir da pipeta através da interface ar-água.Espere de dois a cinco minutos para o lipídio se espalhar uniformemente pela solução. Em seguida, retire lentamente o eletrólito até que a superfície da solução esteja abaixo do QNM e, em seguida, adicione lentamente eletrólito suficiente para levantar a solução acima do QNM para formar a membrana de bicamadas lipídicas isolantes. Se o bicamado não se formar após três tentativas, aplique outra porção de lipídio como descrito anteriormente e repita o processo.Uma vez que o bicamado parece ter se formado, aumente a pressão para o capilar para estourar a bicamada e, em seguida, reformá-la, baixando-a lentamente e elevando o nível da solução da mesma forma que antes. Repita este processo várias vezes para garantir que o QNM não esteja entupido e que uma bicamada tenha se formado. Em seguida, descongele uma alíquota de proteína de hemolise alfa no gelo ou à temperatura ambiente.Encha o reservatório com 250 nanogramas de proteína monomérica de hemolise alfa e cerca de 250 microliters de água ultrauso. Em seguida, aplique um viés de 200 a 400 milívolos para induzir a formação de poros. Para facilitar a formação de poros, aumente a pressão capilar em 40 a 200 milímetros de mercúrio para expandir a bicamadas do QNM.Uma vez que um nanoporo se forme, reduza o viés aplicado à tensão de medição e reduza a pressão para cerca de metade da pressão de inserção. Para iniciar o teste, reajuste a tensão de compensação dc para garantir que não haja corrente medida quando o potencial aplicado for definido como zero. Em seguida, adquira um traço de corrente iônica para um potencial aplicado de 120 a 120 milvolts negativos em relação ao reservatório.Confirme que não há contaminantes, o que seria indicado por bloqueios de corrente espontânea. Adicione um a seis microliters de pH 5,5 solução de cluster POM de dois mililitros ao reservatório. Aplique medições de série temporal de corrente iônica a uma tensão aplicada de 120 milvolts negativos.O movimento de moléculas de ácido fosfotungstic aniônico individual através do canal de hemolise alfa produziu bloqueios transitórios que diminuíram a corrente iônica média de poros abertos em cerca de 80%A duração e a corrente de bloqueio estão diretamente relacionadas com a interação partícula-porosa, permitindo que as espécies iônicas sejam diferenciadas em histogramas das relações de profundidade de bloqueio relativo. No pH 5,5, foram observados dois picos com índices de profundidade de cerca de 0,06 e 0,16. Com base na RMFfosphorosa, o pico menor foi a espécie fosfotungstate de seis menos e o pico principal foi a espécie de sete menos.No pH 7.5, as concentrações relativas mudaram para uma proporção maior das espécies de 6-menos para as espécies de sete menos. A redução de 20 vezes nos eventos de bloqueio em relação ao pH 5.5 foi atribuída à degradação ao fosfato livre e aos íons tungestados. A montagem das distribuições de tempo de residência exigia múltiplas funções exponenciais, indicando vários tipos de interações partícula-poros dentro de cada espécie iônica.Os tempos de residência mais curtos no pH 7.5 sugeriram interações partícula-poros mais fracas do que pH 5.5, consistentes com estudos anteriores mostrando alterações dependentes de pH no número relativo de cargas fixas dentro ou perto do lúmen do canal de hemolise alfa. A água deionizada de alta pureza é fundamental para esta configuração em particular. Um cartucho de filtro orgânico gasto foi a causa provável de nosso laboratório ser incapaz de formar membranas nos QNMs por meses.Indivíduos novos nesta versão particular do método também podem lutar porque as membranas são tão pequenas e há um truque para obter nanoporos para formar. Este método, iniciado há várias décadas, tem se mostrado útil para analisar íons, ácidos nucleicos e polímeros sintéticos, bem como sequenciamento de DNA. Também poderia encontrar aplicações em biofísica e biologia celular básica.Por exemplo, esse procedimento pode ser usado para estudar as propriedades físicas de polímeros sintéticos e biopolímeros para investigar seu tamanho, interações com outras moléculas e outras questões importantes.

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 irrelevantes de fontes biológicas Usando UltraPerformance cromatografia líquida de alta resolução Espectrometria de Massa (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 ...

Química

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

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

Preparação e Caracterização de SDF-1α-Quitosana As nanopartículas de sulfato de dextrano

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

Síntese, caracterização e funcionalização de híbrida UA / CDS e Au / ZnS Núcleo / Shell Nanopartículas

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

Síntese e Caracterização de Supramoleculares 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

Rápida de alta capacidade: Identificação de Espécies de material botânico Usando Direct Análise em Tempo Real alta resolução Espectrometria de Massa

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

Síntese de polímeros cíclicos e Caracterização do seu movimento difusivo no estado fundido na molécula de nível único

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

Alta Pressão Único Difração de Cristal no 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 Deteção e única célula quantificação de nanopartículas de óxido de Metal usando análise de microsonda Nuclear

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

Análise de respiração em tempo real usando o Nanoelectrospray secundário ionização acoplada a espectrometria de massa de alta resolução

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

Síntese e caracterização de nanopartículas de ouro Anfífilos

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