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

Мы благодарны за финансовую поддержку со стороны Европейской организации молекулярной биологии для постдокторской стипендии (для J.E.) и гранта от NIH NHGRI (j.J.K.). Мы признательны профессорам Цзинюэ Цзю и Сергею Калачикову (Колумбийский университет) за предоставление гептамической зХЛ, а также за вдохновляющие дискуссии с профессором Джозефом Райнером (Университет Содружества Вирджинии).

Примечание: Протокол ниже специфичен для системы Нанопатч DC Electronic BioSciences (EBS). Тем не менее, он может быть легко адаптирован к другим электрофизиологическим аппаратом, используемым для измерения тока через планарные липидные двухслойные мембраны (стандартная липидная двухслой...

<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>

Из-за их анионического заряда, POMs, вероятно, ассоциируются с органическими противокоестьми через электростатические взаимодействия. Поэтому важно определить надлежащие условия решения и правильные условия электролита (особенно катионы в растворе), чтобы избежать сложного образовани...

Обнаружение биомолекулярных анализов на уровне одной молекулы может быть выполнено с помощью нанопор и измерения ионных модуляций тока. Как правило, нанопоры делятся на две категории в зависимости от их изготовления: биологические (самособранные из белка или ДНК оригами)1,2,3, или твердотельные(например,изготовленные с полупроводниковые инструменты обработки)4,5. В то время как твердотельные нанопоры были предложены как потенциально более физически надежные и могут быть использованы в широком диапазоне условий раствора, белковые нанопоры до сих пор предлагают большую чувствительность, большую устойчивость к загрязнению, большую пропускную способность, лучшую химическую избирательности и большего соотношения сигнала к шуму.
Разнообразие белковых ионных каналов, таких как те, которые образуются золотистым стафилококком,гемолизин (ЗГл), могут быть использованы для обнаружения одиночных молекул, в том числе ионов (например, Hи D)2,3, полинуклеотиды (ДНК и РНК)6,7,8, поврежденная ДНК9, полипептиды10, белки (сложенные и развернутые)11, полимеры (полиэтиленгликоль и др.)12,13 , 14, золотые наночастицы15,16,17,18,19,и другие синтетические молекулы20.
Недавно мы продемонстрировали, что нанопоры ЗХЛ могут также легко обнаруживать и характеризовать металлические кластеры, полиоксометалаты (POMs), на уровне одной молекулы. POMs являются дискретными наномасштабных кислородных кластеров, которые были обнаружены в 182621, и с тех пор, многие другие типы были синтезированы. Различные размеры, структуры и элементарные композиции полиоксометалатов, которые теперь доступны привело к широкому спектру свойств и приложений, включая химию22,23, катализ24, материаловедение25 ,26, и биомедицинских исследований27,28,29.
Синтез POM представляет собой процесс самосборки, обычно осуществляемый в воде путем смешивания стойхиометрически требуемого количества мономерных металлических солей. После образования, POMs обладают большим разнообразием размеров и форм. Например, структура полианиона Keggin, XM12O40q- состоит из одного гетероатома (X) окруженного четырьмя кислородами для формирования тетраэдра (q является зарядом). Гетероатом расположен в центральной части клетки, образованной 12 октахедральными MO6 единицами (где M й переходных металлов в их высоком состоянии окисления), которые связаны друг с другом соседними общими атомами кислорода. В то время как вольфрама polyoxometalates структура стабильна в кислых условиях, гидроксидидные ионы приводят к гидролитической расщепления металл-кислород (М-О) облигаций30. Этот сложный процесс приводит к потере одного или нескольких OCTahedral подразделений MO 6, что приводит к образованию моносвободных и трехобезбынных видов и в конечном итоге к полному разложению POMs. Наше обсуждение здесь будет ограничено продуктами частичного разложения 12-фосфоунгстовой кислоты при рН 5,5 и 7,5.
Целью этого протокола является обнаружение дискретных металлических кислородных кластеров на пределе одной молекулы с помощью биологической электронной платформы нанопор. Этот метод позволяет обнаруживать металлические кластеры в растворе. Несколько видов в растворе можно дискриминировать с большей чувствительностью, чем обычные аналитические методы33. С его помощью можно выяснить тонкие различия в структуре POM, причем при концентрациях заметно ниже, чем для спектроскопии ЯМР. Важно отметить, что такой подход даже позволяет дискриминации изомерных форм 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

Отдельные молекулы могут быть обнаружены и охарактеризованы путем измерения степени, с помощью которой они уменьшают ионный ток, протекающий через одну нанометровую пору. Сигнал характерен для физико-химических свойств молекулы и ее взаимодействия с порами. Мы демонстрируем, что нанопор, образованный бактериальным белком экзотоксина staphylococcus aureus alpha hemolysin (ЗХЛ), может обнаруживать полиоксометалаты (POMs, анионические металлические кислородные кластеры) на пределе одной молекулы. Кроме того, одновременно измеряются множественные продукты деградации 12-фосфоунгстовой кислоты POM (PTA, H3PW12O40) в растворе. Чувствительность одной молекулы метода нанопор позволяет охарактеризовать POMs при значительно более низких концентрациях, чем требуется для ядерной магнитно-резонансной (ЯМР) спектроскопии. Этот метод может служить новым инструментом для химиков для изучения молекулярных свойств полиоксометалатов или других металлических кластеров, чтобы лучше понять POM синтетических процессов, и, возможно, улучшить их урожайность. Гипотетически, расположение данного атома, или вращение фрагмента в молекуле, и состояние окисления металла может быть исследовано с помощью этого метода. Кроме того, эта новая методика имеет то преимущество, что позволяет в режиме реального времени контролировать молекулы в растворе.

За последние два десятилетия, мембраны связаны белка нанометрового поры были продемонстрированы в качестве универсальных одномолекулярных датчиков. Измерения на основе Nanopore относительно просты в выполнении.  Две камеры, наполненные раствором электролита, разделен?...

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

Здесь мы представляем протокол для обнаружения дискретных металлических кислородных кластеров, полиоксометалатов (POMs), на пределе одной молекулы с помощью биологической нанопорной электронной платформы. Метод обеспечивает дополнительный подход к традиционным аналитическим химии инструментов, используемых в изучении этих молекул.

Физическая характеристика однометаллических наночастиц высокого разрешения

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

Этот метод обнаружения на основе нанопора продемонстрировал потенциал для физической характеристики и идентификации отдельных молекул. Работа с металло-наночастицами, что является целью этого видео, бросает вызов нашему пониманию того, что ограничивает точность и точность измерений. Основным преимуществом этой техники является то, что этот аппарат имеет большую пропускную способность, чем традиционные липидные двуслойные настройки памяти, что позволяет нам видеть более быстрые результаты и больше реакций в нанопорах.Этот метод стал возможен, потому что в начале 1990-х годов было показано, что gating в белковых нанопорах, то есть, переключение между различными состояниями, можно контролировать и молекулы могут связываться с стеной поры. Этот метод разрабатывается для коммерческих приложений для секвенирования ДНК, поскольку он использует минимальные образцы. Он не требует флуоресцентных меток и использует гораздо больше длины чтения, чем обычные методы.Этот метод также был разработан для различения полимеров на основе их размера с большей точностью и скоростью, чем гель электрофорез и хроматография. Во-первых, подготовить 500 миллилитров раствора одномолярного хлорида натрия и 10-миллимолярный фосфат натрия в ультрапурной воде в качестве электролита. Лучше всего использовать свежие решения и образцы с этой конкретной настройки.Кроме того, мы обнаружили, что высококачественная деионизированная вода очень важна для успешного формирования мембран. Затем смешайте один миллиграмм лиофилизированного мономерного альфа-гемолитического порошка дикого типа S.aureus с одним миллилитром ультрачистой воды. Не забывайте, что работа со стафилококком альфа-гемолизин токсин белка может быть опасным.Следуйте мерам предосторожности в MSDS при выполнении этой процедуры. Затем приготовьте четыре миллилитров по пять миллиграммов на миллилитр DPhyPC в эндекаине в стеклянном сцинтилляционном флаконе. Крышка флакон с полиэтиленовой подкладкой крышкой и хранить его при четырех градусах по Цельсию на срок до месяца.После этого растворите 57,6 миллиграммов 12-фосфотунгститового кислотного гидрата в 10 миллилитров электролита, чтобы сделать двухмилимолярный полиоксометатный раствор. Разделите раствор POM на две пятими миллилитровые части. Используйте трехмолярный гидроксид натрия для регулировки рН одного раствора POM до 5,5.Чтобы начать подготовку к тесту, соберите испытательную клетку планарного липидного двухслойного электрофизиологического аппарата. Во-первых, абраде серебряной проволоки с 600-песчаной наждачной бумагой и замочить его в коммерчески доступных гипохлорит на основе отбеливателя на 10 минут, чтобы сделать серебряно-серебряный хлорид проволоки электрода. Промыть и высушить проволочный электрод, прежде чем вставить его в кварцевой капилляр аппарата.Храните электрод внутри кварцево-нанопорной мембраны, или ЗНМ, разделяя капилляр и резервуар. Затем поместите цилиндрический серебристо-серебряный хлоридный электрод, установленный на серебряной проволоке, в резервуар. Подключите оба электрода к плате усилителя.Далее откройте программу сбора данных и запустите энергоснабжение на нулевом милливольте. Подтвердите, что между электродами в пустой клетке не обнаружен ток постоянного тока. Во время этой демонстрации важно наблюдать, как транскапильярионое давление может повлиять на образование мембран и последующее образование нанопор.Без правильного выполнения этих двух шагов эксперименты не будут работать. Загрузите около одного миллилитра электролита в шприц и соедините его с линией жидкости, подключенной к резервуару. Добавьте электролит в резервуар до тех пор, пока лицо НМ не будет погружено в воду, о чем свидетельствует ионный ток между электродами, насыщающих усилитель.Если усилитель не насыщается, раскатать ННМ, применяя поп-напряжение плюс-минус один вольт или увеличивая капиллярное давление примерно на 300 миллиметров ртути. При необходимости используйте оба метода. После того, как усилитель насыщается, вывести электролит из резервуара до тех пор, пока уровень раствора падает ниже НМ, о чем свидетельствует ток, возвращающийся к нулю.Чтобы начать процесс формирования липидного двухслойного раствора, поднимите уровень раствора электролита значительно выше лица ННМ и обратите внимание на то, сколько раствора потребовалось. Затем окуните 10-микролитровый наконечник пипетки в раствор DPHyPC и нарисуйте все видимые липиды в кончик. Прикоснитесь к кончику пипетки к поверхности электролитного раствора и позвольте липипиду течь из пипетки через воздушно-водный интерфейс.Подождите две-пять минут, пока липид равномерно распределится по раствору. Затем медленно свяжайте электролит до тех пор, пока поверхность раствора не будет ниже НМ, а затем медленно добавляйте достаточно электролита, чтобы поднять раствор над НМ, чтобы сформировать изоляционные липидные двуслойные мембраны. Если билейзер не формируется после трех попыток, нанесите другую порцию липидов, как описано ранее, и повторите процесс.После того, как двуслойный, кажется, сформировались, увеличить давление на капилляр, чтобы поп bilayer, а затем реформировать его, медленно снижая и поднимая уровень раствора таким же образом, как и раньше. Повторите этот процесс несколько раз, чтобы убедиться, что НМ не засоряется и образовался билейер. Далее оттаивать алицит альфа-гемолизин белка на льду или при комнатной температуре.Заполните резервуар 250 нанограммами мономерного альфа-гемолитического белка и около 250 микролитров ультрачистой воды. Затем нанесите уклон от 200 до 400 милливольт, чтобы вызвать образование пор. Для облегчения формирования пор, увеличить капиллярного давления на 40 до 200 миллиметров ртутного столба, чтобы расширить билейер от йНМ.После того, как нанопор формы, уменьшить применяется отношение к измерению напряжения и уменьшить давление примерно до половины давления вставки. Чтобы начать тест, скорректируете напряжение DC-offset, чтобы убедиться, что нет измеренного тока, когда применяемый потенциал установлен на ноль. Затем приобрети след ионной тока для прикладного потенциала от 120 до отрицательных 120 милливольт по отношению к резервуару.Подтвердите, что нет никаких загрязняющих веществ, о которых свидетельствуют спонтанные нынешние блокады. Добавьте к резервуару от одного до шести микролитров рН 5,5 двухмилимолярный кластерный раствор POM. Применение ионных текущих измерений тайм-ряда при прикладном напряжении отрицательных 120 милливольт.Движение отдельных анионных молекул фосфотунговой кислоты через альфа-гемолитический канал производило переходные блокады, которые уменьшили средний открытый поры ионный ток примерно на 80% Продолжительность и блокадный ток напрямую связаны с взаимодействием частиц и пор, что позволяет дифференцировать ионные виды в гистограммах относительных коэффициентов глубины блокады. При рН 5,5 наблюдались два пика с коэффициентами глубины около 0,06 и 0,16. Основываясь на фосфорных ЯМР, незначительный пик был шесть см. фосфотунгот видов и основной пик был семь с минусом видов.При рН 7.5 относительные концентрации сместились к более высокому соотношению 6-минус видов к семи-минус видам. 20-кратное снижение числа событий блокады по сравнению с рН 5,5 объясняется деградацией свободных фосфатов и ионов вольфсударства. Установка распределения времени проживания требовала нескольких экспоненциальных функций, указывающих на несколько типов взаимодействий частиц и пор в каждом ионной категории.Более короткое время пребывания при рН 7.5 предложило более слабые взаимодействия частиц и пор, чем рН 5.5, в соответствии с предыдущими исследованиями, показывающими рН-зависимые изменения в относительном количестве фиксированных зарядов в люмене альфа-гемолизина или вблизи него. Высокой чистоты деионизированной воды имеет решающее значение для этой конкретной настройки. Оттраченный картридж фильтра органики был вероятной причиной того, что наша лаборатория была не в состоянии сформировать мембраны на хм в течение нескольких месяцев.Индивидуалы новые к этой определенной версии метода могли также бороться потому что мембраны настолько малы и выходка к получать nanopores сформировать. Этот метод, который был начат несколько десятилетий назад, оказался полезным для анализа ионов, нуклеиновых кислот и синтетических полимеров, а также секвенирования ДНК. Он также может найти применение в биофизике и биологии основных клеток.Например, эта процедура может быть использована для изучения физических свойств синтетических полимеров и биополимеров для исследования их размера, взаимодействия с другими молекулами и других важных вопросов.

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

Нецелевые Метаболомики из биологических источников Использование UltraPerformance жидкостной хроматографии высокого разрешения масс-спектрометрии (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

Подготовка и характеристика SDF-1α-хитозан-Декстрансульфат наночастиц

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

Синтез, характеристика и Функционализация гибридных Au / CdS и Au / ZnS ядро ​​/ оболочка наночастицами

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

Синтез и характеристика супрамолекулярных коллоидов

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 Высокая пропускная способность Виды Идентификация ботанического материала с использованием прямого анализа в реальном времени с высоким разрешением масс-спектрометрии

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

Синтез циклических полимеров и характеристика их диффузионное движение в расплавленном состоянии на уровне отдельной молекулы

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

Высокое давление монокристалл дифракция при РХ ^ 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

На месте Выявление и количественная оценка одноклеточного наночастиц оксидов металлов, с использованием ядерных рентгенофлуоресцентного анализа

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

Анализ реального времени дыхание с помощью вторичных Nanoelectrospray ионизации в сочетании с масс-спектрометрии высокого разрешения

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

Синтез и характеристика амфифилических золотых наночастиц

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