Method Article
פרוטוקול עבור הכנת פוליפוני (pentafluorophenyl אקרילט) (חרוזים סיליקה poly(PFPA)) הושתל מוצג. לאחר מכן, השטח functionalized poly(PFPA) הוא מרותק למיטה עם נוגדנים, בעבר בהצלחה לצורך הקמת מכשול ההפרדה חלבון באמצעות immunoprecipitation.
נדגים שיטה פשוטה להכנת פוליפוני (אקרילט pentafluorophenyl) (poly(PFPA)) הושתל חרוזים סיליקה עבור קיבעון נוגדן ויישום עוקבות immunoprecipitation (IP). השטח המושתל poly(PFPA) מוכן באמצעות תהליך בן שני שלבים פשוטים. בשלב הראשון, 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) מועבר כ מולקולה מקשר על גבי המשטח סיליקה. בשלב השני, homopolymer poly(PFPA), מסונתז דרך הפיך תוספת פיצול שרשרת העברת (רפסודה) פלמור, הורכבה על המולקולה מקשר דרך התגובה החליפין בין היחידות pentafluorophenyl (PFP) פולימר וקבוצות אמין על APTES. בתצהיר של APTES ו- poly(PFPA) על סיליקה חלקיקים הם אושרה על-ידי photoelectron הספקטרומטריה (XPS), כמו גם המנוטרת על-ידי שינוי גודל החלקיקים נמדד באמצעות פיזור אור דינאמי (DLS). כדי לשפר את hydrophilicity משטח של החרוזים, החלפה חלקית של poly(PFPA) עם poly(ethylene glycol) functionalized-אמין (אמינו-יתד) מבוצע גם. Poly(PFPA) שהוחלפו פג הושתל סיליקה חרוזים אז מרותק למיטה עם נוגדנים עבור יישום ה-IP. להדגמה, נוגדן כנגד חלבון קינאז מופעל RNA (PKR) הוא מועסק, יעילות IP נקבעת על-ידי סופג המערבי. מתוצאות הניתוח מראים כי החרוזים נוגדן. מרותק למיטה אכן יכול לשמש כדי להעשיר PKR בזמן אינטראקציות חלבון שאינם ספציפיים הן מינימליות.
מברשות פולימר תגובתי קיבלו את עניין רב בשנים האחרונות. הם יכולים לשמש כדי לשתק מולקולות פונקציונלי על חומרים אורגני או לא ליצירת משטחים מופעל עם יישומים בתחומים כמו איתור והפרדה1,2,3,4, 5. בין פולימרים תגובתי דיווח, אלה המכילים pentafluorophenyl אסתר יחידות שימושיים בעיקר בשל שלהם תגובתיות גבוהה עם אמינים והתנגדות כלפי הידרוליזה6. אחד פולימר כזה הוא poly(PFPA), זה יכול להיות בקלות functionalized שלאחר הפילמור עם מולקולות המכילות אמינים ראשית או משנית7,8,9,10. בדוגמה אחת, מברשות poly(PFPA) היו הגיבו אמינו-spiropyrans ליצירת משטחים אור מגיב7.
הכנת poly(PFPA) ושימושיה תוארו במספר הקודם פרסומים6,7,8,9,10,11,12 ,13,14,15,16,17. בפרט, Theato ועמיתים דיווחו על הסינתזה של מברשות poly(PFPA) דרך "הרכבה כדי" וגם "הרכבה של" שיטות7,8,10,11,12 . ב "משתילים על" הגישה, מבחן פוליגרף (methylsilsesquioxane)-פולי (אקרילט pentafluorophenyl) (poly(MSSQ-PFPA)) היברידית פולימר היה מסונתז8,10,11,12. הרכיב poly(MSSQ) היה מסוגל הדבקה חזקה טופס עם מספר של משטחים אורגניים ואנאורגניים שונים, ובכך מאפשר את הרכיב poly(PFPA) ליצור שכבת מברשת על פני השטח חומרים מצופים. "משתילים מ" הגישה, משטח יזם תוספת הפיך, פיצול שרשרת העברת (סי-רפסודה) הפילמור הועסק להכין מברשות poly(PFPA)7. במקרה זה, סוכן העברת השטח שרשרת קיבוע (סי-CTA) היה הראשון covalently למצע באמצעות התגובה סיליקה-silane. קיבוע של סי-CTA ואז השתתפו סי-רפסודה פלמור של מונומרים PFPA, יצירת מברשות poly(PFPA) בצפיפות עם הצמדה קוולנטיות יציב המצע.
על ידי ניצול מברשות poly(PFPA) מסונתז באמצעות סי-רפסודה פלמור, לאחרונה להדגים את הנייח של נוגדנים על חלקיקי סיליקה poly(PFPA) הושתל ויישומם עוקבות חלבון טיהור18. השימוש poly(PFPA) מברשות נוגדן הנייח נמצאה כדי לפתור מספר בעיות הקשורות הנוכחי ההפרדה חלבון באמצעות ה-IP. IP קונבנציונאלי מסתמך על השימוש של חלבון A/G כמו מקשר (linker) נוגדן הנייח19,20,21. מאז השימוש של חלבון A/G מאפשר את הנוגדנים להיקשר עם כיוון הדפסה ספציפי, מושגת המטרה גבוהות אנטיגן התאוששות יעילות. עם זאת, השימוש של חלבון A/G סובל אינטראקציית חלבון שאינם ספציפיים, כמו גם האובדן של נוגדנים במהלך ההתאוששות חלבון, אשר שניהם תורמים רמה גבוהה של רעש רקע. כדי לפתור חסרונות אלה, crosslinking ישירה של הנוגדנים כדי תמיכה מלאה כבר בחנו22,23,24. היעילות של טכניקות אלה הוא בדרך כלל נמוך בגלל הכיוון האקראי של נוגדנים תפור. המצע poly(PFPA) הושתל, הנייח של נוגדנים הוא קבוע, מושגת באמצעות exchange התגובה בין יחידות ה-PFP ופונקציונליות אמין על נוגדנים. כיוון נוגדן אמנם עדיין אקראי, המערכת מועילה מהצורך תגובתי PFP אתרים רבים, לשליטה על ידי מידת פלמור. יתר על כן, הראינו כי על ידי החלפת חלקי של ה-PFP יחידות עם אמינו-פג, hydrophilicity פני השטח ניתן לכוונן, ושיפור היעילות התאוששות חלבון מערכת18. בסך הכל, חלקיקי סיליקה poly(PFPA) הושתל הוצגו להיות חלופה יעילה IP מסורתי עם יעילות סבירים, כמו גם הרבה רקע נקי יותר.
בתרומה זו, מדווחים שיטה חלופית כדי להכין משטח המושתל poly(PFPA) נוגדנים הנייח ויישום ה-IP. בתהליך בן שני שלבים פשוטים, כמופיע באיור 1, מולקולה מקשר APTES קודם הופקד על גבי המשטח סיליקה, ולאחר מכן הפולימר poly(PFPA) covalently מחובר המולקולה מקשר דרך התגובה בין היחידות PFP על פולימר ולפונקציה אמין על APTES. שיטת הכנה זו מאפשרת crosslinking קבוע של poly(PFPA) על משטח המצע, אך מונע סיבוכים רבים הקשורים סינתזה סי-CTA ו- SI-רפסודה פלמור של מברשות poly(PFPA). החלפה חלקית של יחידות ה-PFP עם אמינו-יתד ניתן עדיין לבצע, שמאפשר כוונון של המאפיינים משטח של מברשת פולימר. אנו מראים חרוזים סיליקה poly(PFPA) הושתל ובכך מוכן יכול להיות מרותק למיטה עם נוגדנים ונועד לשמש העשרה חלבונית דרך IP. הליך הכנת חרוזים מפורט, נוגדן הנייח, ובדיקות IP מתועדים במאמר זה, עבור הקוראים ומעוניינים אלטרנטיבה קונבנציונאלי חלבון A/G מבוסס IP.
1. הכנת Poly(PFPA) Homopolymer
2. הכנת Poly(PFPA) Functionalized SiO2 חרוזים
3. הכנת SiO2 חרוזים הושתל עם Poly(PFPA) שהוחלפו פג
4. נוגדן הנייח על Poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים
הערה: ההליך משמש בין אחוז החלפת פג ב- poly(PFPA). להכין תמיסת מלח פוספט buffered (PBS) על ידי המסת PBS טבלית TDW. להכין תמיסת מלח פוספט buffered 0.1% (v/v) עם Tween-20 (PBST) על-ידי הוספת 1/1000 Tween-20 PBS.
5. התא פירוק Immunoprecipitation
מפרטים טכניים עבור הכנת poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים, עם או בלי פג החלפת מוצג באיור1. כדי לנטר את APTES ואת poly(PFPA) הרכבה תהליך, חרוזים2 SiO חשופות, APTES functionalized SiO2 חרוזים, poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים מאופיינים DLS (איור 2) והן XPS (איור 3). יעילות ה-IP של החרוזים נקבעים לפי סופג המערבי. איור 4 מראה המערב סופג תוצאות עבור IP באמצעות 1% פג-שהוחלפו poly(PFPA) הושתל חרוזים, איפה החרוזים מודגרת עם אין נוגדנים, שאינם ספציפיים נוגדן או נוגדן anti-PKR. איור 5 מראה את התוצאות blotting המערבי לשימוש IP 0% שהוחלפו פג poly(PFPA) הושתל חרוזים, חרוזים 1% שהוחלפו פג poly(PFPA) הושתל, שניהם מודגרות עם נוגדנים anti-PKR.
איור 1: מפרטים טכניים עבור הכנת poly(PFPA) הושתל חרוזים2 SiO באמצעות APTES כמו מולקולה מקשר. () Poly(PFPA) הושתל חרוזים. (b) חלקית פג-שהוחלפו poly(PFPA) הושתל חרוזים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: DLS מידות עבור (א) חשופים SiO2 חרוזים (2SiO), (b) APTES functionalized SiO2 חרוזים (APTES-SiO2) ו- (ג) poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים (פוליפוני (PFPA)-SiO2), התפזרו ב דימתיל סולפוקסיד. קוטר Z-הממוצע (d) ואת האינדקס polydispersity (PDI) של כל מדגם מדווחים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: XPS spectra עבור SiO חשופים2 חרוזים (2SiO), APTES functionalized SiO2 חרוזים (APTES-SiO2), poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים (פוליפוני (PFPA)-SiO2). הפסגות שנבדקו תואמות () Si 2, p, (b) O 1, (ג) N 1, ו- (ד) F 1s. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4: ווסטרן סופג תוצאות עבור IP באמצעות 1% פג-שהוחלפו poly(PFPA) הושתל חרוזים, שטופלו אין נוגדנים (ליין 2), תערובת שאינם ספציפיים נוגדן, ארנב רגיל IgG (ליין 3), או אנטי-PKR נוגדנים (ליין 4). ליין 1 מציג את תערובת חלבונים קלט לפני ה-IP. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: ווסטרן סופג תוצאות עבור IP באמצעות 0% שהוחלפו פג poly(PFPA) הושתל חרוזים (ליין 2) ו 1% שהוחלפו פג poly(PFPA) הושתל חרוזים (ליין 3), שניהם מטופלים עם נוגדנים anti-PKR. ליין 1 מציג את תערובת חלבונים קלט לפני ה-IP. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
הסינתזה של poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים מודגם באיור1. על ידי שימוש APTES כ מולקולה מקשר, ניתן להכין מברשות poly(PFPA) covalently הושתל. המצע2 SiO באמצעות תהליך בן שני שלבים פשוטים. למרות כמה יחידות ה-PFP מוקרבים על התגובה עם APTES, מספר גדול של יחידות ה-PFP צפויים להישאר זמינים עבור התגובה מאוחר יותר עם אמינו-יתד או נוגדנים. הקבוצות PFP ידועים כדי ליצור אנרגיה נמוכה משטחים אז מברשות poly(PFPA) לא solvate גם מים28. עבור יישום ה-IP, הנוגדנים צריך להיות מרותק למיטה על מברשות poly(PFPA), כזאתי החליפין מתבצעת בופר מימית כדי לשמר את הפעילות של הנוגדנים. כפי שדווח בפרסום הקודם שלנו, החלפה חלקית של יחידות ה-PFP עם מולקולות הידרופיליות כגון functionalized-אמין פג יכול לשפר את השטח hydrophilicity, שמוביל מוגברת נוגדנים בטקטיקות יעילות18. במחקר זה, באופן חלקי פג שהוחלפו poly(PFPA) גם מוכן, ואז הורכבה על פני2 SiO באמצעות המולקולה מקשר אותו APTES. בסך הכל, השיטות מאויר באיור 1 מאפשרים ההכנה של משטחי poly(PFPA) הושתל עם דרגות שונות של החלפת פג. מברשות אלה פולימר עם מאפייני משטח tunable מספקים לפלטפורמה אידיאלית נוגדן הנייח ויישום IP עוקבות.
תהליך הכנת חרוזים נמצא בפיקוח DLS והן XPS. התוצאות DLS עבור חרוזים2 SiO functionalized שונים של דימתיל סולפוקסיד מסוכמות באיור2. החרוזים2 SiO חשופות התערוכה hydrodynamic בקוטר של 666 nm, מסכים עם היצרן דיווח גודל חרוז (0.676 μm; SD = 0.03 נקודות μm). לאחר טיפול APTES, קוטר חרוז עולה ל 740 ננומטר; עם טיפול poly(PFPA), הקוטר חרוז נוסף עולה ל 1889 ננומטר. חשוב לציין כי מדד polydispersity (PDI) עבור poly(PFPA) הושתל החרוזים הוא די גדול (PDI = 0.76), וזה מעיד על איכות ירודה מדגם המכיל אגרגטים גדולים. למרות העיקול DLS מראה רק פסגה אחת בגודל ננו, כמות קטנה של אגרגטים עשוי להימצא ההשעיה. החרוזים2 SiO functionalized נבחנים גם על ידי XPS כדי לקבוע הרכב פני השטח (איור 3). לאחר הטיפול APTES, שיא N 1s המשויך הקבוצות אמין על APTES מזוהה. ומתגלה, טיפול poly(PFPA) הבאים, שיא F 1s המשויך היחידות PFP הפולימר. יחד נתונים אלה מראים את functionalization מוצלחת של המשטח2 SiO, תחילה עם APTES, עם poly(PFPA).
כדי להציג החרוזים poly(PFPA) הושתל, יכול לשמש עבור העשרה חלבונית דרך IP, אנחנו להשתמש 1% poly(PFPA) שהוחלפו פג הושתל חרוזים, ולא מתפשט אותם עם אין נוגדנים, תערובת נוגדנים IgG שאינם ספציפיים ארנב או נוגדן anti-PKR. תא lysate המכיל את המטרה PKR נעקר מן התא, העשרה PKR בוצעה לאחר מכן דרך IP באמצעות סוג 3 חרוזים. כדי לקבוע יעילות ה-IP, הדגימות חלבון eluted נותחו נגד שני נוגדנים שונים באמצעות סופג המערבי. נוגדן אנטי-PKR שימש כדי להמחיש את הכמות של PKR התאושש. נוגדן anti-GAPDH (גליצראלדהיד-3-פוספט דהידרוגנאז) שימש פקד שליליים כמו GAPDH חלבון בשפע זה אינו פועל עם PKR. כפי שמוצג באיור 4, חרוזים ללא נוגדנים או שאינם ספציפיים נוגדן תערובת תוצאה לא שחזור PKR. מרותק למיטה. לעומת זאת, החרוזים מודגרות עם נוגדן anti-PKR יכול להעשיר בהצלחה PKR, כמצוין על-ידי הנוכחות של להקה PKR חזקה ואת העדר GAPDH הלהקה. תוצאות אלו מציע מברשות poly(PFPA) שהוחלפו פג יכול אכן להיות functionalized עם נוגדנים המשמש העשרה סלקטיבי של חלבון המטרה. הערה כאשר חלבון היעילות התאוששות של מערכות חרוז שונים מושווים, הניסויים IP, כמו גם המערב עוקבות סופג ניתוחים צריך להיעשות בו זמנית. עקב הווריאציות הטבועה בביצוע ניסויים אלה, נתונים שהושגו על ניסויים נפרדים לא ישירות יש להשוות.
כפי שדווח בעבר, hydrophilicity משטח של מברשות poly(PFPA) ממלא תפקיד מפתח יעילות IP18. איור 5 מראה המערב סופג נתונים עבור IP התאושש דגימות חלבון באמצעות 0% poly(PFPA) שהוחלפו פג הושתל חרוזים, חרוזים poly(PFPA) שהוחלפו פג הושתל 1%. בשני המקרים, החרוזים היה מרותק למיטה עם נוגדנים anti-PKR. בזמן השימוש של 0% שהוחלפו פג poly(PFPA) גורמת ליעילות נמוכה של התאוששות PKR, poly(PFPA) שהוחלפו-PEG 1% מראה שיפור משמעותי, שמציין את העשרת סלקטיבי של המטרה PKR על GAPDH הלא-יעד. מסכים עם שלנו הקודם הפרסום18, הטיפול פג מוגברת של hydrophilicity משטח המברשת poly(PFPA), ומאפשר יותר יחידות ה-PFP יהיה נגיש עבור קיבעון נוגדן, מוביל לשיפור נצפתה יעילות ה-IP. שימו לב, ההחלפה פג אחוז דיווחו במחקר זה לא יכול להיות ישירות בהשוואה לזה דיווחו במחקר הקודם שלנו, אשר בשימוש סי-רפסודה מסונתז poly(PFPA) מברשות. שני המקרים מעסיקים שיטות הכנה של מברשת פולימר שונה מאוד, אז הסכום של ה-PFP יחידות זמין עם פג שווה טעינת צפוי להיות שונה מאוד. עם זאת, התצפיות במחקרים שני מסכים התשובות שני הצבעה על פני השטח hydrophilicity כפרמטר שליטה המפתח להשגת יעילות גבוהה של ה-IP.
בעוד hydrophilicity משטח משפיע על כמות נוגדנים מצורף מברשות poly(PFPA), לו גם השפעה משמעותית על רקע IP בשל העשרה שאינם ספציפיים. בניסוי IP טיפוסי, צעדים כביסה רבים מבוצעים כדי להסיר חלבונים לא מאוגד. כאשר החרוזים קלים מאוד הידרופוביות, כגון אלה עם 0% החלפת פג, הם נוטים טופס אגרגטים גדולים שקשה להפריד. במקרה זה, חלבונים שאינם ספציפיים יכול להיות לכוד בתוך המבנים הצבירה ולאחר הכביסה לא מספיק להסיר אותם, מביא לעליית ברקע. לכן, בעת ביצוע ה-IP, זה חשוב למטב את המאפיין משטח חרוז, תשומת הלב צריך להיות משולם להבטיח שהחרוזים מופצים באופן סביר.
בסך הכל, להדגים תהליך בן שני שלבים פשוטים כדי להכין poly(PFPA) הושתל SiO2 חרוזים, והראה כי hydrophilicity משטח של החרוזים ניתן לכוונן עם החלפה חלקית של יחידות ה-PFP עם אמינו-יתד. מברשות פולימר אלה שימשו בהצלחה היעד העשרה חלבונית דרך IP, מציג עצמו חלופה מסורתית חלבון A/G מבוסס IP טכניקה. אנו מצפים poly(PFPA) מברשות למצוא יישום בתחומים רבים אחרים הדורשים biomolecule הנייח.
המחברים אין לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי סוכנות לפיתוח הגנה (מענק מס ' UD170039ID).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2,2-Azobisisobutyronitrile, 99% | Daejung Chemicals | 1102-4405 | |
Methyl alcohol for HPLC, 99.9% | Duksan Pure Chemicals | d62 | |
Phenylmagnesium bromide solution 1.0 M in THF | Sigma-Aldrich | 331376 | |
Carbon disulfide anhydrous, ≥99% | Sigma-Aldrich | 335266 | |
Benzyl bromide, 98% | Sigma-Aldrich | B17905 | |
Petroleum ether, 90% | Samchun Chemicals | P0220 | |
Ethyl ether, 99% | Daejung Chemicals | 4025-4404 | |
Magnesium sulfate anhydrous, powder, 99% | Daejung Chemicals | 5514-4405 | |
Pentafluorophenyl acrylate | Santa Cruz Biotechnology | sc-264001 | contains inhibitor |
Aluminium oxide, activated, basic, Brockmann I | Sigma-Aldrich | 199443 | |
Sodium Chloride (NaCl) | Daejung Chemicals | 7548-4400 | |
Anisole anhydrous, 99.7% | Sigma-Aldrich | 296295 | |
Silica nanoparticle | Microparticles GmbH | SiO2-R-0.7 | 5% w/v aqueous suspension |
3-Aminopropyltrimethoxysilane, >96.0% | Tokyo Chemical Industry | T1255 | |
Dimethyl sulfoxide for HPLC, ≥99.7% | Sigma-Aldrich | 34869 | |
Amino-terminated poly(ethylene glycol) methyl ether | Polymer Source | P16082-EGOCH3NH2 | |
Phosphate buffered saline tablet | Takara | T9181 | |
Tween-20 | Calbiochem | 9480 | |
Tris-HCl (pH 8.0) | Invitrogen | AM9855G | |
KCl | Invitrogen | AM9640G | |
NP-40 | VWR | E109-50ML | |
Glycerol | Invitrogen | 15514-011 | |
Dithiothreitol | Biosesang | D1037 | |
Protease inhibitor | Merck | 535140-1MLCN | |
Bromo phenol blue | Sigma-Aldrich | B5525-5G | |
Tris-HCl (pH 6.8) | Biosolution | BT033 | |
Sodium dodecyl sulfate | Biosolution | BS003 | |
2-Mercaptoethanol | Gibco | 21985-023 | |
PKR Antibody | Cell Signaling Technology | 12297S | |
GAPDH Antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-32233 | |
Normal Rabbit IgG | Cell Signaling Technology | 2729S | |
HeLa | Korea Cell Line Bank | 10002 | |
Sonicator | DAIHAN Scientific | WUC-D10H | |
Ultrasonicator | BMBio | BR2006A | |
Centrifuge I | Eppendorf | 5424 R | |
Centrifuge II | LABOGENE | 1736R | |
Rotator | FINEPCR | ROTATOR/AG | |
Vacuum oven | DAIHAN Scientific | ThermoStable OV-30 | |
Gel permeation chromatography (THF) | Agilent Technologies | 1260 Infinity II | |
X-ray photoelectron spectrometer | Thermo VG Scientific | Sigma Probe | |
Dynamic light scattering | Malvern Instruments | ZEN 3690 |
An erratum was issued for: Preparation of Poly(pentafluorophenyl acrylate) Functionalized SiO2 Beads for Protein Purification. Throughout the article, the term "3-aminopropyltriethoxysilane" has been replaced with "3-aminopropyltrimethoxysilane", and "APTES" with "APTMS".
The Keywords were updated from:
Poly(pentafluorophenyl acrylate), 3-aminopropyltriethoxysilane, reactive polymer brush, post-polymerization functionalization, antibody immobilization, immunoprecipitation
to:
Poly(pentafluorophenyl acrylate), 3-aminopropyltrimethoxysilane, reactive polymer brush, post-polymerization functionalization, antibody immobilization, immunoprecipitation
The Abstract was updated from:
We demonstrate a simple method to prepare poly(pentafluorophenyl acrylate) (poly(PFPA)) grafted silica beads for antibody immobilization and subsequent immunoprecipitation (IP) application. The poly(PFPA) grafted surface is prepared via a simple two-step process. In the first step, 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) is deposited as a linker molecule onto the silica surface. In the second step, poly(PFPA) homopolymer, synthesized via the reversible addition and fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, is grafted to the linker molecule through the exchange reaction between the pentafluorophenyl (PFP) units on the polymer and the amine groups on APTES. The deposition of APTES and poly(PFPA) on the silica particles are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), as well as monitored by the particle size change measured via dynamic light scattering (DLS). To improve the surface hydrophilicity of the beads, partial substitution of poly(PFPA) with amine-functionalized poly(ethylene glycol) (amino-PEG) is also performed. The PEG-substituted poly(PFPA) grafted silica beads are then immobilized with antibodies for IP application. For demonstration, an antibody against protein kinase RNA-activated (PKR) is employed, and IP efficiency is determined by Western blotting. The analysis results show that the antibody immobilized beads can indeed be used to enrich PKR while non-specific protein interactions are minimal.
to:
We demonstrate a simple method to prepare poly(pentafluorophenyl acrylate) (poly(PFPA)) grafted silica beads for antibody immobilization and subsequent immunoprecipitation (IP) application. The poly(PFPA) grafted surface is prepared via a simple two-step process. In the first step, 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) is deposited as a linker molecule onto the silica surface. In the second step, poly(PFPA) homopolymer, synthesized via the reversible addition and fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, is grafted to the linker molecule through the exchange reaction between the pentafluorophenyl (PFP) units on the polymer and the amine groups on APTMS. The deposition of APTMS and poly(PFPA) on the silica particles are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), as well as monitored by the particle size change measured via dynamic light scattering (DLS). To improve the surface hydrophilicity of the beads, partial substitution of poly(PFPA) with amine-functionalized poly(ethylene glycol) (amino-PEG) is also performed. The PEG-substituted poly(PFPA) grafted silica beads are then immobilized with antibodies for IP application. For demonstration, an antibody against protein kinase RNA-activated (PKR) is employed, and IP efficiency is determined by Western blotting. The analysis results show that the antibody immobilized beads can indeed be used to enrich PKR while non-specific protein interactions are minimal.
The fourth paragraph of the Introduction was updated from:
In this contribution, we report an alternative method to prepare poly(PFPA) grafted surface for antibody immobilization and IP application. In a simple two-step process, as illustrated in Figure 1, an APTES linker molecule is first deposited onto the silica surface, then the poly(PFPA) polymer is covalently attached to the linker molecule through the reaction between the PFP units on the polymer and the amine functions on APTES. This preparation method allows for the permanent crosslinking of poly(PFPA) to a substrate surface, but avoids the many complications associated with SI-CTA synthesis and SI-RAFT polymerization of poly(PFPA) brushes. Partial substitution of the PFP units with amino-PEG can still be performed, allowing fine-tuning of the polymer brush surface properties. We show the poly(PFPA) grafted silica beads thus prepared can be immobilized with antibodies and used for protein enrichment via IP. The detailed bead preparation procedure, antibody immobilization, and IP testing are documented in this article, for readers interested in seeking an alternative to conventional Protein A/G based IP.
to:
In this contribution, we report an alternative method to prepare poly(PFPA) grafted surface for antibody immobilization and IP application. In a simple two-step process, as illustrated in Figure 1, an APTMS linker molecule is first deposited onto the silica surface, then the poly(PFPA) polymer is covalently attached to the linker molecule through the reaction between the PFP units on the polymer and the amine functions on APTMS. This preparation method allows for the permanent crosslinking of poly(PFPA) to a substrate surface, but avoids the many complications associated with SI-CTA synthesis and SI-RAFT polymerization of poly(PFPA) brushes. Partial substitution of the PFP units with amino-PEG can still be performed, allowing fine-tuning of the polymer brush surface properties. We show the poly(PFPA) grafted silica beads thus prepared can be immobilized with antibodies and used for protein enrichment via IP. The detailed bead preparation procedure, antibody immobilization, and IP testing are documented in this article, for readers interested in seeking an alternative to conventional Protein A/G based IP.
Step 2.1 of the Protocol was updated from:
Treatment of SiO2 beads with APTES
to:
Treatment of SiO2 beads with APTMS
Step 2.1.1 of the Protocol was updated from:
SiO2 particles are available in the form of a 5% (w/v) aqueous suspension. Combine 0.8 mL of SiO2 suspension with 40 mg of APTES and 8 mL of methanol in a 20 mL scintillation vial equipped with a stir bar.
to:
SiO2 particles are available in the form of a 5% (w/v) aqueous suspension. Combine 0.8 mL of SiO2 suspension with 40 mg of APTMS and 8 mL of methanol in a 20 mL scintillation vial equipped with a stir bar.
Step 2.1.3 of the Protocol was updated from:
Transfer the solution to a conical tube. To isolate the APTES functionalized SiO2 beads, centrifuge the solution at 10,000 x g for 5 min, then remove the supernatant. Wash the beads by re-dispersing them in 3 mL of fresh methanol. Shake the tube by hand for mixing, but if necessary, improve the dispersion by sonication in a water bath for a few seconds. Centrifuge the beads at 10,000 x g for 5 min. Remove the supernatant and repeat the wash step one more time.
to:
Transfer the solution to a conical tube. To isolate the APTMS functionalized SiO2 beads, centrifuge the solution at 10,000 x g for 5 min, then remove the supernatant. Wash the beads by re-dispersing them in 3 mL of fresh methanol. Shake the tube by hand for mixing, but if necessary, improve the dispersion by sonication in a water bath for a few seconds. Centrifuge the beads at 10,000 x g for 5 min. Remove the supernatant and repeat the wash step one more time.
Step 2.1.4 of the Protocol was updated from:
Combine the methanol washed SiO2 beads with 3 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO). Shake the mixture by hand, or if necessary sonicate for a few seconds, until the beads are fully dispersed in DMSO. Centrifuge the beads at 10,000 x g for 5 min, then remove the supernatant. Repeat the step to ensure complete solvent exchange from methanol to DMSO.to:
Combine the methanol washed SiO2 beads with 3 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO). Shake the mixture by hand, or if necessary sonicate for a few seconds, until the beads are fully dispersed in DMSO. Centrifuge the beads at 10,000 x g for 5 min, then remove the supernatant. Repeat the step to ensure complete solvent exchange from methanol to DMSO.
NOTE: The final suspension contains the APTMS functionalized SiO2 beads dispersed in 4 mL of DMSO.
Step 2.2 of the Protocol was updated from:
Grafting poly(PFPA) to APTES functionalized SiO2 beads
to:
Grafting poly(PFPA) to APTMS functionalized SiO2 beads
Step 2.2.2 of the Protocol was updated from:
Add 1 mL of APTES functionalized SiO2 beads suspended in DMSO (from Step 2.1.4) to the poly(PFPA) solution. React at RT for 1 h with vigorous stirring.
to:
Add 1 mL of APTMS functionalized SiO2 beads suspended in DMSO (from Step 2.1.4) to the poly(PFPA) solution. React at RT for 1 h with vigorous stirring.
Step 3.4 of the Protocol was updated from:
To prepare APTES functionalized SiO2 beads suspended in DMSO, follow the same steps shown in Step 2.1. Transfer 1 mL of the bead suspension into the PEG-substituted poly(PFPA) solution prepared in Step 3.3. Allow the grafting between poly(PFPA) and APTES functionalized SiO2 beads to proceed at RT for 1 h with vigorous stirring.
to:
To prepare APTMS functionalized SiO2 beads suspended in DMSO, follow the same steps shown in Step 2.1. Transfer 1 mL of the bead suspension into the PEG-substituted poly(PFPA) solution prepared in Step 3.3. Allow the grafting between poly(PFPA) and APTMS functionalized SiO2 beads to proceed at RT for 1 h with vigorous stirring.
The first paragraph of the Representative Results was updated from:
A schematic for the preparation of poly(PFPA) grafted SiO2 beads, with or without PEG substitution is shown in Figure 1. To monitor the APTES and poly(PFPA) grafting process, bare SiO2 beads, APTES functionalized SiO2 beads, and poly(PFPA) grafted SiO2 beads are characterized by both DLS (Figure 2) and XPS (Figure 3). IP efficiencies of the beads are determined by Western blotting. Figure 4 shows the Western blotting results for IP using 1% PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads, where the beads are incubated with no antibody, a non-specific antibody, or anti-PKR antibody. Figure 5 shows the Western blotting results for IP using 0% PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads and 1% PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads, both incubated with anti-PKR antibodies.
to:
A schematic for the preparation of poly(PFPA) grafted SiO2 beads, with or without PEG substitution is shown in Figure 1. To monitor the APTMS and poly(PFPA) grafting process, bare SiO2 beads, APTMS functionalized SiO2 beads, and poly(PFPA) grafted SiO2 beads are characterized by both DLS (Figure 2) and XPS (Figure 3). IP efficiencies of the beads are determined by Western blotting. Figure 4 shows the Western blotting results for IP using 1% PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads, where the beads are incubated with no antibody, a non-specific antibody, or anti-PKR antibody. Figure 5 shows the Western blotting results for IP using 0% PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads and 1% PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads, both incubated with anti-PKR antibodies.
Figure 1 was updated from:
Figure 1: Schematic for the preparation of poly(PFPA) grafted SiO2 beads using APTES as a linker molecule. (a) Poly(PFPA) grafted beads. (b) Partially PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads.
to:
Figure 1: Schematic for the preparation of poly(PFPA) grafted SiO2 beads using APTMS as a linker molecule. (a) Poly(PFPA) grafted beads. (b) Partially PEG-substituted poly(PFPA) grafted beads.
Figure 2 was updated from:
Figure 2: DLS measurements for (a) bare SiO2 beads (SiO2), (b) APTES functionalized SiO2 beads (APTES-SiO2), and (c) poly(PFPA) grafted SiO2 beads (poly(PFPA)-SiO2), dispersed in DMSO. The Z-average diameter (d) and polydispersity index (PDI) of each sample are reported.
to:
Figure 2: DLS measurements for (a) bare SiO2 beads (SiO2), (b) APTMS functionalized SiO2 beads (APTMS-SiO2), and (c) poly(PFPA) grafted SiO2 beads (poly(PFPA)-SiO2), dispersed in DMSO. The Z-average diameter (d) and polydispersity index (PDI) of each sample are reported.
Figure 3 was updated from:
Figure 3: XPS spectra for bare SiO2 beads (SiO2), APTES functionalized SiO2 beads (APTES-SiO2), and poly(PFPA) grafted SiO2 beads (poly(PFPA)-SiO2). The peaks examined correspond to (a) Si 2p, (b) O 1s, (c) N 1s, and (d) F 1s.
to:
Figure 3: XPS spectra for bare SiO2 beads (SiO2), APTMS functionalized SiO2 beads (APTMS-SiO2), and poly(PFPA) grafted SiO2 beads (poly(PFPA)-SiO2). The peaks examined correspond to (a) Si 2p, (b) O 1s, (c) N 1s, and (d) F 1s.
The first and second paragraphs of the Discussion were updated from:
The synthesis of poly(PFPA) grafted SiO2 beads is illustrated in Figure 1. By employing APTES as a linker molecule, poly(PFPA) brushes covalently grafted to SiO2 substrate can be prepared via a simple two-step process. Although some of the PFP units are sacrificed for the reaction with APTES, a large number of the PFP units are expected to remain available for later reaction with either amino-PEG or antibodies. The PFP groups are known to form low energy surfaces so poly(PFPA) brushes do not solvate well in water28. For IP application, the antibodies need to be immobilized on the poly(PFPA) brushes, and this exchange reaction is done in aqueous buffer solution in order to preserve the activity of the antibodies. As reported in our previous publication, partial substitution of the PFP units with hydrophilic molecules such as amine-functionalized PEG can improve surface hydrophilicity, leading to increased antibody immobilization efficiency18. In this study, partially PEG substituted poly(PFPA) is also prepared, then grafted to the SiO2 surface using the same APTES linker molecule. Overall, the methods illustrated in Figure 1 allow the preparation of poly(PFPA) grafted surfaces with different degrees of PEG substitution. These polymer brushes with tunable surface properties provide an ideal platform for antibody immobilization and subsequent IP application.
The bead preparation process is monitored by both DLS and XPS. The DLS results for various functionalized SiO2 beads in DMSO are summarized in Figure 2. The bare SiO2 beads exhibit hydrodynamic diameter of 666 nm, in agreement with the manufacturer reported bead size (0.676 μm; SD = 0.03 μm). After APTES treatment, the bead diameter increases to 740 nm; and with poly(PFPA) treatment, the bead diameter further increases to 1889 nm. It is important to point out that the polydispersity index (PDI) for the poly(PFPA) grafted beads is rather large (PDI = 0.76), which is indicative of poor quality sample containing large aggregates. Although the DLS curve only shows one nano-sized peak, small amount of aggregates may be present in the suspension. The functionalized SiO2 beads are also examined by XPS to determine surface composition (Figure 3). Following APTES treatment, N 1s peak associated with the amine groups on APTES is detected. And, following poly(PFPA) treatment, F 1s peak associated with the PFP units on the polymer is detected. Together these data show the successful functionalization of the SiO2 surface, first with APTES, then with poly(PFPA).
to:
The synthesis of poly(PFPA) grafted SiO2 beads is illustrated in Figure 1. By employing APTMS as a linker molecule, poly(PFPA) brushes covalently grafted to SiO2 substrate can be prepared via a simple two-step process. Although some of the PFP units are sacrificed for the reaction with APTMS, a large number of the PFP units are expected to remain available for later reaction with either amino-PEG or antibodies. The PFP groups are known to form low energy surfaces so poly(PFPA) brushes do not solvate well in water28. For IP application, the antibodies need to be immobilized on the poly(PFPA) brushes, and this exchange reaction is done in aqueous buffer solution in order to preserve the activity of the antibodies. As reported in our previous publication, partial substitution of the PFP units with hydrophilic molecules such as amine-functionalized PEG can improve surface hydrophilicity, leading to increased antibody immobilization efficiency18. In this study, partially PEG substituted poly(PFPA) is also prepared, then grafted to the SiO2 surface using the same APTMS linker molecule. Overall, the methods illustrated in Figure 1 allow the preparation of poly(PFPA) grafted surfaces with different degrees of PEG substitution. These polymer brushes with tunable surface properties provide an ideal platform for antibody immobilization and subsequent IP application.
The bead preparation process is monitored by both DLS and XPS. The DLS results for various functionalized SiO2 beads in DMSO are summarized in Figure 2. The bare SiO2 beads exhibit hydrodynamic diameter of 666 nm, in agreement with the manufacturer reported bead size (0.676 μm; SD = 0.03 μm). After APTMS treatment, the bead diameter increases to 740 nm; and with poly(PFPA) treatment, the bead diameter further increases to 1889 nm. It is important to point out that the polydispersity index (PDI) for the poly(PFPA) grafted beads is rather large (PDI = 0.76), which is indicative of poor quality sample containing large aggregates. Although the DLS curve only shows one nano-sized peak, small amount of aggregates may be present in the suspension. The functionalized SiO2 beads are also examined by XPS to determine surface composition (Figure 3). Following APTMS treatment, N 1s peak associated with the amine groups on APTMS is detected. And, following poly(PFPA) treatment, F 1s peak associated with the PFP units on the polymer is detected. Together these data show the successful functionalization of the SiO2 surface, first with APTMS, then with poly(PFPA).
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved