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

Biz bir doktora sonrası bursu için Avrupa Moleküler Biyoloji Örgütü (JE) ve NIH NHGRI (J.J.K. için) bir hibe için mali destek için minnettarız. Biz profesörlerin Jingyue Ju ve Sergey Kalachikov (Columbia Üniversitesi) heptameric αHL sağlamak için yardım ve Profesör Joseph Reiner (Virginia Commonwealth University) ile ilham verici tartışmalar için teşekkür ederiz.

Not: Aşağıdaki protokol elektronik BioSciences (EBS) Nanopatch DC sistemi 'ne özeldir. Bununla birlikte, düzlemsel lipid fosfolipid membranlar (Standart lipid fosfolipid membran odası, U-tüp geometrisi, çekilen mikrokapillarler vb.) ile akımı ölçmek için kullanılan diğer Elektrofizyoloji cihazlarına kolaylıkla adapte edilebilir. Ticari malzemelerin ve kaynaklarının tanımlanması deneysel sonuçları açıklamak için verilir. Hiçbir durumda bu kimlik ulusal standartlar ve Te...

<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>

Onların Anionik şarj nedeniyle, poms muhtemelen elektrostatik etkileşimler aracılığıyla organik karşı özellikler ile ilişkilendirmek. Bu nedenle, POMs ile karmaşık oluşumu önlemek için uygun çözüm koşullarını ve doğru elektrolit ortamları (özellikle çözelti içinde) belirlemek önemlidir. Tampon seçiminde özel bakım gereklidir. Örneğin, Tris ile POMs yakalama oranı (hidrokmetil) aminomethane ve sitrik asit-tamponlu çözümler önemli ölçüde daha düşük fosfat tamponlu çözüm, muht...

Tek molekül seviyesinde Biomoleküler analitlerin tespiti Nanopores kullanılarak ve iyonik akım modülasyonlarının ölçülmesi ile gerçekleştirilebilir. Tipik olarak, Nanopores kendi imalat dayalı iki kategoriye ayrılmıştır: biyolojik (kendi kendine protein veya DNA origami monte)1,2,3, veya Solid-State (örn.ile imal Yarıiletken işleme aletleri)4,5. Solid-State Nanopores potansiyel olarak daha fiziksel olarak sağlam olarak önerilen ve çözüm koşulları geniş bir yelpazede üzerinde kullanılabilir iken, protein Nanopores şimdiye kadar daha fazla hassasiyet sunmak, daha fazla direnç kirlenme, daha fazla bant genişliği, daha iyi kimyasal ve gürültü oranı daha büyük bir sinyal.
Staphylococcus aureus α-hemolysin (αhl) tarafından oluşturulan bir çeşit protein iyon kanalları, iyonların (örn.H+ ve D+)2,3, polinükleotidler (DNA) dahil olmak üzere tek molekülleri algılamak için kullanılabilir. ve RNA)6,7,8, hasarlı DNA9, polipeptit10, proteinler (katlanmış ve kıvrımlı)11, polimerler (Polietilen glikol ve diğerleri)12,13 , 14, altın nanopartiküller15,16,17,18,19, ve diğer sentetik moleküller20.
Son zamanlarda, αHL nanopore 'nin metalik kümeleri, polyoxometalates (POMs) ve tek molekül seviyesinde kolayca algılayıp karakterize ettiğini göstermiştir. POMs 1826 yılında keşfedilen ayrık Nanoölçek anyonik metal oksijen kümeleri vardır21, ve o zamandan beri, çok daha fazla türde sentezlenmiş. Artık mevcut olan polyoxometalates farklı boyutları, yapıları ve Elemental kompozisyonlar Kimya dahil özellikleri ve uygulamaları geniş bir yelpazede yol açtı22,23, kataliz24, malzeme bilimi25 ,26, ve Biyomedikal araştırma27,28,29.
POM sentezini genellikle monomerik metal tuzları stoichiometrik gerekli miktarlarda karıştırarak suda yürütülen bir Self-montaj süreçtir. Bir kez oluşmuş, POMs boyutları ve şekiller büyük bir çeşitlilik sergiler. Örneğin, keggin polianyon yapısı, XM12O40q- bir tetrahedron (q şarj) oluşturmak için dört oksijenler ile çevrili bir heteroatom (X) oluşur. Heteroatom, komşu paylaşımlı oksijen atomları ile birbirleriyle bağlantılı olan 12 sekiztahedral MO6 ünite (yüksek oksidasyon durumlarında M = geçiş metalleri) tarafından oluşturulan bir kafes içinde merkezi bir konuma sahiptir. Tungsten polyoxometalates yapısı asidik koşullarda kararlı iken, hidroksit iyonlarının metal oksijen (M-O) tahvil30hidrolitik bölünmesine yol açar. Bu karmaşık süreç bir veya daha fazla Mo6 sekizyüzlü subunits kaybına neden, monovacant ve trivacant türlerin oluşumuna yol ve sonunda poms tam ayrışma. Burada tartışmamız, pH 5,5 ve 7,5 'de 12-foshotungstic asit kısmi dekompozisyon ürünleri ile sınırlı olacaktır.
Bu protokolün amacı, biyolojik nanopore bazlı elektronik platform kullanılarak tek molekül limitinde ayrık metal oksijen kümelerini tespit etmektir. Bu yöntem, solüsyonda metalik kümelerin algılanmasını sağlar. Çözelti içinde birden fazla tür konvansiyonel analitik yöntemleri33daha fazla hassasiyet ile ayrımcılık olabilir. Bununla birlikte, POM yapısında ince farklılıklar, NMR spektroskopisi için gerekli olandan daha düşük konsantrasyonlarda ve yoğunlukta olabilir. Daha da önemlisi, bu yaklaşım na8HPW9O341isomerik formları ayrımcılık sağlar.

<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

Bireysel moleküller tespit edilebilir ve tek bir nanometre ölçekli gözenek akan iyonik akım azaltmak hangi derecesi ölçme tarafından karakterize. Sinyal, molekülün fizikokimyasal özelliklerinin ve gözenek ile etkileşiminin karakteristik özelliğidir. Biz bakteriyel protein exotoksin Staphylococcus aureus Alfa hemolysin (αhl) tarafından oluşturulan nanopore tek molekül limitinde, polyoxometalates (poms, anyonik metal oksijen kümeleri) tespit edebilirsiniz göstermektedir. Ayrıca, çözelti içinde 12-foshotungstic asit POM (PTA, H3PW12O40) çoklu bozulma ürünleri aynı anda ölçülür. Nanopore yönteminin tek molekül duyarlılığı, POMs 'un nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi için gerekli olandan önemli ölçüde daha düşük konsantrasyonlarda karakterize edilmesini sağlar. Bu teknik, daha iyi POM sentetik süreçleri anlamak için, polyoxometalates veya diğer metalik kümeleri moleküler özelliklerini incelemek için kimyacılar için yeni bir araç olarak hizmet verebilir ve muhtemelen onların verim geliştirmek. Varsayımsal olarak, belirli bir atomun konumu veya molekül içindeki bir parçanın dönüşü ve metal oksidasyon durumu bu yöntemle incelenebilir. Buna ek olarak, bu yeni teknik solüsyonda moleküllerin gerçek zamanlı izlenmesi izin avantajı vardır.

Son yirmi yıl içinde, membran bağlı protein nanometre ölçekli gözenekler çok yönlü tek molekül sensörleri olarak gösterilmiştir. Nanopore tabanlı ölçümler yürütmek için nispeten basittir.  Elektrolit çözeltisi ile dolu iki odası, elektriksel olarak izolasyonlu bir lipid membranında gömülü bir nanopore ile ayrılır. Bir yama kelepçe amplifikatörü veya harici bir güç kaynağı, elektrolit rezervuarında yer alan Ag/AgCl elektrotları üzerinden na...

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

Burada, ayrı metal oksijen kümeleri, polyoxometalates (POMs), biyolojik nanopore tabanlı elektronik platform kullanarak tek molekül limitinde tespit etmek için bir protokol sunuyoruz. Bu yöntem, bu moleküllerin çalışmada kullanılan geleneksel analitik kimya araçlarına tamamlayıcı bir yaklaşım sağlar.

Tek metalik nanopartiküller yüksek çözünürlüklü fiziksel karakterizasyonu

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

Bu nanopore tabanlı algılama yöntemi fiziksel olarak karakterize ve bireysel molekülleri tanımlamak için potansiyel göstermiştir. Bu videonun amacı olan metallo-nano partiküllerle çalışmak, ölçümün doğruluğunu ve hassasiyetini neyin sınırladığına ilişkin anlayışımızı zorluyor. Bu tekniğin en büyük avantajı, bu cihazın geleneksel lipid çift katmanlı bellek kurulumundan daha fazla bant genişliğine sahip olmasıdır, bu da nanopore'da daha hızlı sonuçlar ve daha fazla reaksiyon görmemizi sağlar.Bu teknik mümkün kılındı çünkü 1990'ların başında protein nanogözeneklerinde gating, yani farklı durumlar arasında geçiş, kontrol edilebilir ve moleküller gözenek duvarına bağlanabilirsiniz gösterilmiştir. Bu teknik, en az örnek kullandığı için ticari DNA dizileme uygulamaları için geliştirilmektedir. Floresan etiketler gerektirmez ve geleneksel yöntemlere göre çok daha uzun okuma uzunlukları kullanır.Bu teknik aynı zamanda polimerler arasında jel elektroforez ve kromatografiden daha fazla doğruluk ve hıza göre büyüklüklerine göre ayrım yapmak için geliştirilmiştir. İlk olarak, elektrolit olarak ultrasaf suda tek molar sodyum klorür ve 10 milimolar monosodyum fosfat çözeltisi 500 mililitre hazırlayın. Bu özel kurulum ile taze çözümler ve numuneler kullanmak en iyisidir.Buna ek olarak, yüksek kaliteli deiyonize su başarıyla membranlar oluşturmak için çok önemli olduğunu bulundu. Sonra, bir miligram lyophilized yabani tip monomerik S.aureus alfa hemoliz in tozu ile ultrasaf su bir mililitre birleştirin. Staph aureus alfa hemolizin toksin proteini ile çalışmanın tehlikeli olabileceğini unutmayın.Bu yordamı gerçekleştirirken MSDS'deki önlemleri uygulayın. Sonra, bir cam Scintillation vial endecaine mililitre DPhyPC başına beş mililitre dört mililitre hazırlamak. Şişeyi politetrafloroetilen kaplı bir kapakla kaplayın ve bir aya kadar dört santigrat derecede saklayın.Bundan sonra, 12 fosfotungstik asit hidrat 57.6 miligram çözün elektrolit 10 mililitre iki milimolar polioksometalate çözeltisi yapmak için. POM çözeltisini iki beş mililitrelik porsiyona bölün. Bir POM çözeltisinin pH'ını 5,5'e ayarlamak için üç molar sodyum hidroksit kullanın.Test için hazırlanmaya başlamak için, düzlemsel lipid çift katmanlı elektrofizyoloji cihazının test hücresini monte edin. İlk olarak, 600 grit zımpara ile gümüş bir tel aşındırın ve gümüş-gümüş klorür tel elektrot yapmak için 10 dakika boyunca ticari olarak kullanılabilir sodyum hipoklorit bazlı çamaşır suyu emmek. Cihazın kuvars kılcal damarına takmadan önce tel elektrodu durulayın ve kurulayın.Elektrodu kuvars-nanopore membranveya QNM içinde saklayın, kılcal ve rezervuar ayıran. Sonra rezervuar gümüş bir tel üzerine monte silindirik gümüş-gümüş klorür pelet elektrot yerleştirin. Her iki elektrotu amplifikatör devre kartına bağlayın.Ardından, veri toplama programını açın ve güç kaynağını sıfır milivoltta başlatın. Boş hücredeki elektrotlar arasında DC akımı tespit edilmediğini doğrulayın. Bu gösteri sırasında transkapiller basıncın membran oluşumunu ve sonraki nanopore oluşumunu nasıl etkileyebildiğini izlemek önemlidir.Bu iki adımı doğru yapmadan, denemeler çalışmaz. Bir şırınga içine elektrolit yaklaşık bir mililitre yükleyin ve rezervuarbağlı sıvı hattına bağlayın. QNM yüzü batırılıncaya kadar rezervuara elektrolit ekleyin, amplifikörü doyuran elektrotlar arasındaki iyonik akımla gösterildiği gibi.Amplifikatör doygunluk etmezse, artı veya eksi bir voltluk bir pop voltajı uygulayarak veya kılcal basıncı yaklaşık 300 milimetre cıva artırarak QNM'yi açın. Gerekirse her iki tekniği de kullanın. Amplifikatör doygunolduktan sonra, çözelti seviyeleri sıfıra dönen akımla belirtildiği gibi QNM'nin altına düşene kadar rezervuardan elektroliti çekin.Lipid çift katmanlı oluşum sürecine başlamak için, elektrolit çözeltisi seviyesini QNM'nin yüzünün çok üzerinde yükseltin ve ne kadar çözelti aldığına dikkat edin. Daha sonra DPHyPC çözeltisine 10 mikrolitrelik pipet ucunu batırın ve tüm görünür lipiti ucun içine çekin. Pipetin ucuna elektrolit çözeltisinin yüzeyine dokunun ve yağın pipetten hava-su arabirimi boyunca akmasını bekleyin.Lipidin çözeltiboyunca eşit olarak yayılması için 2-5 dakika bekleyin. Daha sonra, çözeltinin yüzeyi QNM'nin altına gelene kadar elektroliti yavaşça çekin ve sonra çözeltiyi yalıtkan lipid çift katmanlı membranı oluşturmak için QNM'nin üzerine çıkaracak kadar elektrolit ekleyin. İki katmanlı üç denemeden sonra oluşmazsa, daha önce açıklandığı gibi lipid başka bir kısmını uygulayın ve işlemi tekrarlayın.Bir kez iki katmanlı oluşmuş gibi görünüyor, iki katmanlı pop ve daha sonra yavaş yavaş düşürerek ve daha önce olduğu gibi aynı şekilde çözüm düzeyini yükselterek reform kılcal basıncı artırmak. QNM'nin tıkanmamış ve çift katmanlı bir biçim oluşturduğundan emin olmak için bu işlemi birkaç kez tekrarlayın. Sonra, buz veya oda sıcaklığında alfa hemoliziin protein bir aliquot eritme.Rezervuarı 250 nanogram monomerik alfa hemolizisin proteini ve yaklaşık 250 mikrolitre ultrasaf su ile doldurun. Daha sonra, gözenek oluşumunu tetiklemek için 200 ila 400 milivolt önyargı uygulayın. Gözenek oluşumunu kolaylaştırmak için, qnm iki katmanlı genişletmek için cıva 40 ila 200 milimetre kılcal basıncı artırmak.Bir nanopore oluşur, ölçüm gerilimine uygulanan önyargıyı azaltmak ve ekleme basıncının yaklaşık yarısına basıncı azaltmak. Teste başlamak için, uygulanan potansiyel sıfıra ayarlandığında ölçülen akım olmadığından emin olmak için DC-ofset gerilimini yeniden ayarlayın. Daha sonra, rezervuara göre 120 ila negatif 120 milivolt luk bir uygulama potansiyeli için iyonik akım izi edinin.Spontan akım ablukaları ile gösterilir hiçbir kirletici olduğunu doğrulayın. Rezervuara 1 ila 6 mikrolitre pH 5.5 iki milimolar POM küme çözeltisi ekleyin. Negatif 120 milivoltluk bir uygulama geriliminde iyonik akım zaman serisi ölçümleri uygulayın.Alfa hemolysin kanalı üzerinden bireysel aniyonik fosfotungstik asit moleküllerinin hareketi yaklaşık% 80 ortalama açık gözenek iyonik akım azaldı geçici bloklar üretti süresi ve abluka akımı hem doğrudan parçacık-gözenek etkileşimi ile ilgili, iyonik türlerin göreceli abluka derinlik oranları histogramlarında ayırt edilmesine izin. pH 5.5'te derinlik oranları 0.06 ve 0.16 olan iki tepe gözlendi. Fosforlu NMR'ye göre, küçük tepe altı eksi fosfotungstate türü, en büyük tepe ise yedi eksili türdü.pH 7.5'te göreli konsantrasyonlar 6 eksitin yedi eksi türüne oranı daha yüksektir. pH 5.5'e göre abluka olaylarındaki 20 kat azalması, serbest fosfat ve tungstate iyonlarının bozulmasına bağlandı. İkamet zamanı dağılımlarının uygun lanması, her iyonik türdeki birden fazla parçacık gözenek etkileşimini gösteren birden fazla üstel fonksiyon gerektiriyordu.pH 7.5'teki daha kısa ikamet süreleri, alfa hemoliz kanalı lümeninin içinde veya yakınında bulunan sabit yüklerin göreceli sayısında pH'ya bağlı değişiklikleri gösteren önceki çalışmalarla tutarlı olarak pH 5.5'e göre daha zayıf parçacık gözenek etkileşimlerini ortaya sürmüştür. Yüksek saflıkta deiyonize su bu özel kurulum için çok önemlidir. Harcanan organik filtre kartuşu, laboratuarımızın Aylarca QNM'lerde membran oluşturamamasına neden oldu.Membranlar çok küçük ve oluşturmak için nanopores almak için bir hile var, çünkü yöntemin bu özel sürümü ne yeni bireyler de mücadele edebilir. Onlarca yıl önce başlatılan bu yöntem, iyonları, nükleik asitleri ve sentetik polimerleri ve DNA dizileminin analizinde yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca biyofizik ve temel hücre biyolojisi uygulamaları bulabilirsiniz.Örneğin, bu prosedür sentetik polimerlerin ve biyopolimerlerin fiziksel özelliklerini incelemek ve boyutlarını, diğer moleküllerle etkileşimlerini ve diğer önemli soruları araştırmak için kullanılabilir.

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

Ultra Performanslı Sıvı Kromatografi-Yüksek Çözünürlüklü Kütle Spektrometre (UPLC-HRMS) kullanarak Biyolojik Kaynaklar gelen hedefsiz Metabolomik

Here we present a workflow to analyze the metabolic profiles for biological samples of interest including; cells, serum, or tissue. The sample is first ...

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

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

SDF-1α-Kitosan-Dekstran Sülfat nano partiküllerin hazırlanması ve Karakterizasyonu

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

Sentezi, Karakterizasyonu ve Hibrid Au / CdS ve Au / ZnS Çekirdek / Shell Nanopartiküller işlevselleştirilmesi

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

Supramoleküler Kolloidlerin Sentezi ve Karakterizasyonu

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

Gerçek Zamanlı Yüksek Çözünürlüklü Kütle Spektrometresi Doğrudan Analizi Kullanılarak Botanik Malzeme Hızlı Yüksek verim Türler Kimlik

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

Tek Molekül Düzeyde Halkalı Polimerlerin Sentezi ve eritin Devlet Onların Pasif Hareket Karakterizasyonu

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

Yüksek Basınçlı PX de Tek Kristal Kırınımı ^ 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

Situ Algılama ve Metal Oksit nano tanecikleri nükleer Microprobe analizi ile tek hücre miktar

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

İkincil Nanoelectrospray iyonlaşma kullanarak gerçek zamanlı nefes analiz için yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi birleştiğinde

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

Amphiphilik altın nanopartiküller sentezi ve karakterizasyonu

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