This work was supported by Burroughs Wellcome Fund Career Award at the Scientific Interface (CASI), a Simons Foundation grant, and a Brain and Behavior Research foundation young investigator grant.

<ol>
	<li>Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G., Avouris, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Carbon Nanotubes. 80, (2001).</li><li>O'Connell, M. J., Bachilo, S. 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=Band+gap+fluorescence+from+individual+single-walled+carbon+nanotubes.">Band gap fluorescence from individual single-walled carbon nanotubes.</a> Science. 297 (5581), 593-596 (2002).</li><li>Wang, F., Dukovic, G., Brus, L. E., Heinz, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Optical+Resonances+in+Carbon+Nanotubes+Arise+from+Excitons.">The Optical Resonances in Carbon Nanotubes Arise from Excitons.</a> Science. 308 (5723), (2005).</li><li>Heller, D. A., Baik, S., Eurell, T. E., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Walled+Carbon+Nanotube+Spectroscopy+in+Live+Cells:+Towards+Long-Term+Labels+and+Optical+Sensors.">Single-Walled Carbon Nanotube Spectroscopy in Live Cells: Towards Long-Term Labels and Optical Sensors.</a> Adv Mat. 17 (23), 2793-2799 (2005).</li><li>Boghossian, A. 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=Near-Infrared+Fluorescent+Sensors+based+on+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+for+Life+Sciences+Applications.">Near-Infrared Fluorescent Sensors based on Single-Walled Carbon Nanotubes for Life Sciences Applications.</a> Chem Sus Chem. 4 (7), 848-863 (2011).</li><li>Kruss, S., 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=Carbon+nanotubes+as+optical+biomedical+sensors.">Carbon nanotubes as optical biomedical sensors.</a> Adv Drug Del Rev. 65 (15), 1933-1950 (2013).</li><li>Girifalco, L. A., Hodak, M., Lee, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes,+buckyballs,+ropes,+and+a+universal+graphitic+potential.">Carbon nanotubes, buckyballs, ropes, and a universal graphitic potential.</a> Phys Rev B. 62 (19), 13104-13110 (2000).</li><li>Baughman, R. 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=Carbon+nanotubes--the+route+toward+applications.">Carbon nanotubes--the route toward applications.</a> Science. 297 (5582), 787-792 (2002).</li><li>Zheng, 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=DNA-assisted+dispersion+and+separation+of+carbon+nanotubes.">DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes.</a> Nature Materials. 2 (5), 338-342 (2003).</li><li>Banerjee, S., Hemraj-Benny, T., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+Surface+Chemistry+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Covalent Surface Chemistry of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Adv Mat. 17 (1), 17-29 (2005).</li><li>Moore, V. 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=Individually+Suspended+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Various+Surfactants.">Individually Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes in Various Surfactants.</a> Nano Letters. 3 (10), 1379-1382 (2003).</li><li>Tu, X., Zheng, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+DNA-based+approach+to+the+carbon+nanotube+sorting+problem.">A DNA-based approach to the carbon nanotube sorting problem.</a> Nano Research. 1 (3), 185-194 (2008).</li><li>Mangalum, A., Rahman, M., Norton, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-Specific+Immobilization+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+onto+Single+and+One-Dimensional+DNA+Origami.">Site-Specific Immobilization of Single-Walled Carbon Nanotubes onto Single and One-Dimensional DNA Origami.</a> J Am Chem Soc. 135 (7), 2451-2454 (2013).</li><li>Monopoli, M. P., &#197;berg, C., Salvati, A., Dawson, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomolecular+coronas+provide+the+biological+identity+of+nanosized+materials.">Biomolecular coronas provide the biological identity of nanosized materials.</a> Nature Nano. 7 (12), 779-786 (2012).</li><li>Jeng, E. S., Moll, A. E., Roy, A. C., Gastala, J. B., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+DNA+Hybridization+Using+the+Near-Infrared+Band-Gap+Fluorescence+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Detection of DNA Hybridization Using the Near-Infrared Band-Gap Fluorescence of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Nano Letters. 6 (3), 371-375 (2006).</li><li>Yang, R., 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=Carbon+Nanotube-Quenched+Fluorescent+Oligonucleotides:+Probes+that+Fluoresce+upon+Hybridization.">Carbon Nanotube-Quenched Fluorescent Oligonucleotides: Probes that Fluoresce upon Hybridization.</a> J Am Chem Soc. 130 (26), 8351-8358 (2008).</li><li>Yum, K., Ahn, J., McNicholas, T., Barone, P., Mu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boronic+acid+library+for+selective,+reversible+near-infrared+fluorescence+quenching+of+surfactant+suspended+single-walled+carbon+nanotubes+in+response+to+glucose.">Boronic acid library for selective, reversible near-infrared fluorescence quenching of surfactant suspended single-walled carbon nanotubes in response to glucose.</a> Acs Nano. 6 (1), 819-830 (2011).</li><li>Kim, 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=A+Luciferase/Single-Walled+Carbon+Nanotube+Conjugate+for+Near-Infrared+Fluorescent+Detection+of+Cellular+ATP.">A Luciferase/Single-Walled Carbon Nanotube Conjugate for Near-Infrared Fluorescent Detection of Cellular ATP.</a> Ange Chem Int Ed. 49 (8), 1456-1459 (2010).</li><li>Jin, 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=Detection+of+single-molecule+H2O2+signalling+from+epidermal+growth+factor+receptor+using+fluorescent+single-walled+carbon+nanotubes.">Detection of single-molecule H2O2 signalling from epidermal growth factor receptor using fluorescent single-walled carbon nanotubes.</a> Nat Nano. 5 (4), 302-309 (2010).</li><li>Kim, 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=The+rational+design+of+nitric+oxide+selectivity+in+single-walled+carbon+nanotube+near-infrared+fluorescence+sensors+for+biological+detection.">The rational design of nitric oxide selectivity in single-walled carbon nanotube near-infrared fluorescence sensors for biological detection.</a> Nat Chem. 1 (6), 473-481 (2009).</li><li>Giraldo, J. P., 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=Plant+nanobionics+approach+to+augment+photosynthesis+and+biochemical+sensing.">Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing.</a> Nat Mat. 13 (4), 400-408 (2014).</li><li>Samanta, S. K., 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=Conjugated+Polymer-Assisted+Dispersion+of+Single-Wall+Carbon+Nanotubes:+The+Power+of+Polymer+Wrapping.">Conjugated Polymer-Assisted Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes: The Power of Polymer Wrapping.</a> Acc Chem Res. 47 (8), 2446-2456 (2014).</li><li>Zou, J., 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=Dispersion+of+Pristine+Carbon+Nanotubes+Using+Conjugated+Block+Copolymers.">Dispersion of Pristine Carbon Nanotubes Using Conjugated Block Copolymers.</a> Adv Mat. 20 (11), 2055-2060 (2008).</li><li>Zheng, 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=Structure-Based+Carbon+Nanotube+Sorting+by+Sequence-Dependent+DNA+Assembly.">Structure-Based Carbon Nanotube Sorting by Sequence-Dependent DNA Assembly.</a> Science. 302 (5650), (2003).</li><li>Strano, M. S., 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=Understanding+the+Nature+of+the+DNA-Assisted+Separation+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+Using+Fluorescence+and+Raman+Spectroscopy.">Understanding the Nature of the DNA-Assisted Separation of Single-Walled Carbon Nanotubes Using Fluorescence and Raman Spectroscopy.</a> Nano Lett. 4 (4), 543-550 (2004).</li><li>Bisker, 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=Protein-targeted+corona+phase+molecular+recognition.">Protein-targeted corona phase molecular recognition.</a> Nat Comm. 7, 10241 (2016).</li><li>Nelson, J. T., 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=Mechanism+of+Immobilized+Protein+A+Binding+to+Immunoglobulin+G+on+Nanosensor+Array+Surfaces.">Mechanism of Immobilized Protein A Binding to Immunoglobulin G on Nanosensor Array Surfaces.</a> Anal Chem. 87 (16), 8186-8193 (2015).</li><li>Zhang, J., 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=Molecular+recognition+using+corona+phase+complexes+made+of+synthetic+polymers+adsorbed+on+carbon+nanotubes.">Molecular recognition using corona phase complexes made of synthetic polymers adsorbed on carbon nanotubes.</a> Nat nanotechnol. 8 (12), 959-968 (2013).</li><li>Kruss, S., 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=Neurotransmitter+detection+using+corona+phase+molecular+recognition+on+fluorescent+single-walled+carbon+nanotube+sensors.">Neurotransmitter detection using corona phase molecular recognition on fluorescent single-walled carbon nanotube sensors.</a> J Am Chem Soc. 136 (2), 713-724 (2014).</li><li>Salem, D. P., 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=Chirality+dependent+corona+phase+molecular+recognition+of+DNA-wrapped+carbon+nanotubes.">Chirality dependent corona phase molecular recognition of DNA-wrapped carbon nanotubes.</a> Carbon. 97, 147-153 (2016).</li><li>Giraldo, J. P., 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=A+Ratiometric+Sensor+Using+Single+Chirality+Near-Infrared+Fluorescent+Carbon+Nanotubes:+Application+to+In+Vivo+Monitoring.">A Ratiometric Sensor Using Single Chirality Near-Infrared Fluorescent Carbon Nanotubes: Application to In Vivo Monitoring.</a> Small. 11 (32), 3973-3984 (2015).</li><li>Karousis, N., Tagmatarchis, N., Tasis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+Progress+on+the+Chemical+Modification+of+Carbon+Nanotubes.">Current Progress on the Chemical Modification of Carbon Nanotubes.</a> Chem Rev. 110 (9), 5366-5397 (2010).</li><li>Movia, D., Del Canto, E., Giordani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Purified+and+Oxidized+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+as+Robust+Near-IR+Fluorescent+Probes+for+Molecular+Imaging.">Purified and Oxidized Single-Walled Carbon Nanotubes as Robust Near-IR Fluorescent Probes for Molecular Imaging.</a> J Phys Chem C. 114 (43), 18407-18413 (2010).</li><li>Cognet, L., 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=Stepwise+quenching+of+exciton+fluorescence+in+carbon+nanotubes+by+single-molecule+reactions.">Stepwise quenching of exciton fluorescence in carbon nanotubes by single-molecule reactions.</a> Science. 316 (5830), 1465-1468 (2007).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

SWNTs מושעים בקלות בתמיסה מימית באמצעות sonication ישירה עם SDS או ssDNA, כפי שצוין על ידי גידול צפיפות אופטית שמספקת פיזור colloidal של היברידית SWNT-פולימר שהתקבל. SDS ו ssDNA מפזר ו solubilizes צרורות של SWNTs ידי adsorbing על גבי משטח SWNT באמצעות אינטראקציות הידרופוביות או pi-pi. בנוסף, פולימרים אחרים, כגון DNA גנומי, פולימרים amphiphilic, מצומדות פולימרים וליפידים, ניתן adsorbed על פני השטח של SWNTs ידי דיאליזה דגימות מושעה באמצעות SC או SDS. פולימרים הידרופיליות, כגון PEG, ניתן לסיים-שונים עם &quot;עוגן&quot; הידרופובי כגון RITC או FITC לאפשר ספיחת שטח של קופולימר הבלוק. עבור פולימרים, כי הם רגישים גז או שפלה בחשיפת המעצמות הגבוהות של sonication החללית-קצה, או פולימרים עם זיקות מחייבות נמוכות SWNT, דיאליזה היא השיטה הטובה ביותר לייצר השעית פולימר-SWNT יציבה. בעקבות encaps פולימרulation, צנטריפוגה מסיר חבילות SWNT גדולות, פחמן אמורפי, זרז מתכת שיורית, ומזהמי מסיסים אחרים לעזוב מדגם מפוזר באופן אחיד. ריכוזים סופיים אופייניים של SWNTs התפזר לאחר מגוון צנטריפוגה בין 10-100 מ&quot;ג / L. כוח ומשך Sonication ניתן לכוונן אופטימיזציה עבור בחירה מסוימת של פיזור. זהו שלב קריטי בהליך SWNTs הציפוי כי sonication מעט מדי או חלש יכול לגרום לפיזור עני, ואילו כמות גדולה מדי או החזק מדי sonication יכול להוביל קרינה עניה. בדרך כלל, כוחות נמוכים נחוצים כדי למזער את הניזק בעת שימוש פולימרים רגישים גז כגון DNA. משכי sonication ארוכים או בעוצמות גבוהות יכול להוביל לירידה באורך של SWNTs, שבו SWNTs מתחת ~ 100 ננומטר אורך רקומבינציה אקסיטון להפוך ללא ניאון. גודלו של קצה החללית sonicator צריך גם להתאים את נפח דגימה, כדי למנוע התזות קצף עבור אופטימליתוצאות (בדרך כלל מסופק על ידי יצרן). הימנע ממגע עם הקצה החללי אל צידי המכל ומניח פתרון על בלוק קרח כדי למזער חימום של הפתרון. לאחר התפזרו, פתרונות של SWNTs יציבים בטמפרטורת החדר ללא הגבלת זמן. ספקטרום של פתרונות ספיגים ופליטה של ​​SWNTs שנוצר התפזר מכיל פסגות מרובות, המעיד על הנוכחות של תערובת של SWNTs נדחי chiralities השונה. שיטות חלופיות של דור שיטות או טיהור SWNT יכולות לשנות את חלוקת כירליות, שמובילה ספקטרום קרינת עירור ופליטת שיא שונה. בנוסף, שיטות סינתזה שונות יכולות להניב דגימות של SWNTs עם הפצות אוכלוסייה כירליות שונות. לדוגמא: CoMoCAT (זרז קובלט-מוליבדן) SWNTs גדל עשיר (6,5) כירליות, בעוד HiPco (בלחץ גבוה עם זרז קרבוניל הברזל) SWNTs גדל עשיר (7,6) כירליות, מוביל להבדלים בקליטים ו אוריהספקטרה oluminescence. פולימרי adsorbed מסוימים לאפשר זיהוי הספציפי של analytes ידי ויסות פליטת הקרינה של SWNT ידי שינוי הסביבה המקומית על קרקע הצינור. גישה זו מציעה את היתרון המובהק על פני מצורף קוולנטיים של מחייב moieties בכך שלא לשבש את סריג SWNT לצמיתות, אשר יכול להפחית את עוצמת פליטת קרינה. 6,32 - 34 בנוסף, הגישה CoPhMoRe יש פוטנציאל לפיתוח חיישנים ללא נוגדן עבור מטרות איפה שאולי לא כבר להתקיים מחצית מחייב ידוע. 28 באופן ספציפי, (GT) 15 -DNA הוכח כדי לשפר את פליטת הקרינה סלקטיבי של SWNTs בנוכחות דופמין, המאפשר את השימוש בו כחיישן דופמין. מדידות קרינה גורפות מצביעות על עלייה של עד 80% בפליטות שיא chiralities SWNT מסוים. משתקות (GT) 15 -DNA SWNTs בשקופית זכוכית מאפשרת שו&quot;ת הקרינהמדידות onse של פרט (GT) 15 -DNA פונקציונלי SWNT, מראות קרינה שיכולה להגדיל ידי מעל פי 3 עבור חיישני SWNT יחידים בנוכחות דופמין, ללא כל photobleaching ניכר, תחת תאורת ליזר רציפה. האינטראקציה בין דופמין וחיישן SWNT הפיכה, כפי שבאו לידי ביטוי על ידי ההתאוששות של אות הניאון המקורית לאחר שטיפת דופמין מתוך חדר microfluidic עם חיץ. בנוסף, מדידות מולקולה בודדת יכולות להיות טכניקת אפיון עצמה לכימות ספיחת פולימר (איור 4) או קינטיקה של אירועים מחייבים. כמו כן, ניתן להשיג חישת ratiometric ידי שבודד כירליות SWNT יחיד כימי עם שיא עירור פליטה ייחודי, functionalizing זה עם (GT) 15 -DNA, ו שבודדו כירליות SWNT שניות להיות רגיש דופמין. ניטור הוא SWNT chiralities מספק ערוץ קרינת שליטה יציב שניתן לעומת מ<html> odulating הקרינה של (GT) 15 -DNA SWNTs. שילוב פולימרים שונים (למשל, פוליאתילן גליקול ו (GT) 15 -DNA) יכול להוסיף פונקציונליות נוספת, כגון מאפיינים diffusivity או ספיגת הסלולר שינוי, תכונות שאינן קריטיות בעת ביצוע בניסויים vivo. נכון לעכשיו, מגבלה של גישת CoPhMoRe חיישן בפיתוח כוללת פיתוח ספריית פולימר. בגלל moieties מחייב אינם ידוע מראש, פיתוח חיישן עבור מטרה מסוימת יכול להיות זמן אינטנסיבי ודורש מספר רב של פולימרים מגוונים כימי לבניית ספריית החיישן להקרנה. בנוסף, יציבות ותאימות של חיישנים בסביבות vivo יכולים לנוע בין חיישן חיישן. עם זאת, ברגע חיישן מועמד זוהה, אסטרטגיות שינוי נוספות יכולות להיות מועסקות על מנת לייעל נכסים לפי צורך עבור יישומי in vivo. ve_content &quot;&gt; בזאת, אנו הוכחנו מתודולוגיה לפיזור SWNTs בתמיסות מימיות החלימו על מגוון רחב של פיזור סוכנים. גישה זו יכולה לשמש כדי ליצור ספריות של SWNTs התפזר על גילוי חיישני ניר חדשים חדשנים מולקולות קטנות וסמנים ביולוגיים . עניין מיוחד הם חיישנים לגילוי של נוירוטרנסמיטורים, אשר יכול לאפשר בזמן אמת, איתור מדויק מרחבית של מולקולות אלה בסביבות ביולוגיות מורכבות.

צינורות פחמן חד-דופנות (SWNTs) הם אטומיים שכבות דקיקות של אטומי פחמן התגלגל לתוך גליל מוארך ודק כי תערוכת מאפיינים אלקטרוניים ייחודיים אופטיים. 1 נכסים כאלה כוללים-פער להקה בהפקת אדום קרובה (ניר) פליטת קרינה באמצעות רקומבינציה אקסיטון כי הוא רגיש מאוד לסביבה המקומית שלה. פליטת הניר של SWNTs נופלת בתוך חלון האינפרה האדום הקרוב שבו העומק החדיר אור הוא מקסימלית עבור רקמה ביולוגית. 2,3 בנוסף, SWNTs להפגין כמה תכונות ייחודיות בניגוד טיפוסיים fluorophores אורגני: התערוכה SWNT משמרת סטוקס גדול, לא photobleach, ואינם למצמץ. 4 לאחרונה, ניצול המאפיינים הללו הוביל לפיתוח של מגוון של חיישני מולקולאריות חדשים עם יישומים לביולוגיה. 5,6 שלא עברו שינוי, לעומת זאת, SWNTs אינם מסיסים במים, וקבלת השעיות של SWNTs הפרט יכול להיות אתגר. 7,8 Bundling וצבירה של SWNTs בתמיסה יכולים לערפל קרינת להקת הפער שלהם, 2 טיווחו אותם מתאימים ליישומי חישה. פיזור צינוריות פחמן בודדים בתמיסה מימית דורש שינוי פני השטח שלהם כדי למנוע צבירת הידרופוביות מונחה. 9 בעוד שינוי קוולנטי יכול לדקלם SWNTs מסיס במים, 10 וכן להקנות כימית מחייב ספציפית, אתרי פגם בסריג SWNT להפחית או לשכך פליטת הקרינה שלהם. במקום זאת, functionalization SWNT ניתן להשיג באמצעות פעילי שטח, שומנים, פולימרים וחומרים DNA 9,11 - 13 כי לספוג אל פני השטח ננו-צינורית דרך אינטראקציות לערום הידרופובי pi-pi. סביבת הכימי וכתוצאה מכך שמסביב SWNTs משטח פונקציונלי המכונית שלב עטרתה. הפרעות לשלב קורונה יכולה להיות השפעה גדולה על אקסיטונים נסיעה על פני השטח ננו-צינורות, גרימת מודולציות כדי SWNT פלואורידescence פליטה. זוהי מערכת יחסים רגישות זו בין שלב קורונה קרינת SWNT כי ניתן לנצל כדי לפתח חיישנים מולקולריים חדשים על ידי שילוב שיטות מחייבות ספציפיות על שטח פנים הגדול של SWNT. הפרעות לשלב קורונה SWNT על מחייב אנליטי יכול להוביל לשינויים בסביבה דיאלקטרי המקומי, לחייב העברה, או להציג פגמים נקודתיים, כל מה שיכול לווסת את פליטת הקרינה של SWNTs לשמש מנגנון התמרה האות. גישת 14 זה משמשת בפיתוח חיישני ניאון רומן לצורך זיהוי של מעמדות שונות רבות של מולקולות DNA כולל, 15,16 גלוקוז 17 ומולקולות קטנות כגון ATP, 18 מיני חמצן תגובתי 19 ותחמוצת חנקן. עם זאת 20,21, הגישות אלה מוגבלים כי הם מסתמכים על קיומו של אפנות מחייבות ידועים אנליטי היעד. לאחרונה, אפליקציית כללית יותרמקק לעיצוב חיישנים פלורסנט פותח באמצעות SWNTs פונקציונליות שאינם קוולנטית עם heteropolymers amphiphilic, פוספוליפידים, וחומצות polynucleic. מולקולות אלה לספוג על משטחי ננו-צינורות פחמן לייצר השעיות מאוד יציבות של SWNTs פרט 22 - 25 עם שלבי קורונה ייחודיים שיכול לאגד חלבונים במיוחד 26,27 או מולקולות קטנות כולל הנוירוטרנסמיטר דופאמין. 28 - 30 הנדסה בשלב קורונה לפזר SWNTs ו analytes היעד להיקשר באופן ספציפי נקראת הכרה מולקולרית שלב קורונה כמו (CoPhMoRe). 28 גדליו הקטנים, הרעילות נמוכה, יציבות גבוהה קרינת ניר unbleaching של חיישני CoPhMoRe SWNT להפוך אותם למועמדים מצוינים עבור חישת in vivo עבור מדידות זמן נפתר מורחבות. העבודה 6 אחרונה הראתה בקשותיהם ברקמות צמח עבור זיהוי אופטי של מיני חנקן וחמצן תגובתי. 31יישום מרגש במיוחד עבור חיישני CoPhMoRe SWNT הוא הפוטנציאל לגילוי ללא מדבקה של נוירוטרנסמיטורים כמו דופאמין in vivo, שבו טכניקות אחרות, כגון חישה אלקטרוכימי או אימונוהיסטוכימיה, סובלות ממחסור של רזולוציה מרחבית, רזולוציה טמפורלית, וספציפי. תכנון גילוי חיישני CoPhMoRe SWNT עד כה מרוסן על ידי גיוון הגודל והכימי של הספרייה, פיזור הגבלת הסבירות למציאת חיישן עבור מטרה מסוימת. נכון להיום, חוקר רק שרט את פני השטח של מצומדות זמינה, שיתוף בלוק, ביולוגית ופולימרי biomimetic שיכול לשמש תפקודי dispersants הפעיל עבור חיישני SWNT. כאן, אנו מציגים שיטות שונות עבור שני לפיזור SWNTs ואפיון הקרינה שלהם לסינון תפוקה גבוהה לניתוח חיישן SWNT יחיד. באופן ספציפי, אנו מתארים את הליך SWNTs ציפוי עם oligom חומצה polynucleicERS באמצעות sonication ישיר וכן כיצד functionalize SWNT עם פולימרים amphiphilic באמצעות חילופי פעילי שטח על ידי דיאליזה. אנו משתמשים (GT) 15 -DNA ופוליאתילן גליקול פונקציונליות עם isothiocyanate rhodamine (RITC-PEG-RITC) כדוגמאות. אנו מדגימים את השימוש (GT) 15 -DNA SWNTs כחיישן CoPhMoRe לצורך זיהוי של דופמין. לבסוף, אנו המתאר נהלים לביצוע מדידות חיישן מולקולה בודדת, אשר ניתן להשתמש בהם לאפיון או חישה מולקולה בודדת.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>sodium chloride</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S271-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sodium dodecyl sulfate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>L6026</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sodium cholate hydrate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C6445</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tris base (Trizma base)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>93362</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hydrochloric acid</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A144-212</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amine-PEG-amine,NH2-PEG-NH2</td>
			<td>Nanocs Inc</td>
			<td>PG2-AM-5k</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>rhodamine B isothiocyanate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>283924</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fluorescein isothiocyanate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>F7250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dichloromethane</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>676853</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dimethylformamide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D4551</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N,N-diisopropylethylamine&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D125806</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>diethyl ether</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>673811</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>C4706&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5&#8217;-thiol-modified DNA&#160;</td>
			<td>Integrated DNA Technologies</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methoxypolyethylene glycol maleimide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>63187</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100k Da spin filters</td>
			<td>Millipore</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiPCO Super purified single walled carbon nanotubes</td>
			<td>Integris</td>
			<td>HiPco SuperPurified</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>phosphate buffered saline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P5493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti static gun</td>
			<td>Milty</td>
			<td>Milty Zerostat 3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5415 D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ultra sonicator</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>CV18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dialysis cassettes</td>
			<td>Thermo scientific</td>
			<td>Slide-A-Lyzer G2 87722</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA-biotin</td>
			<td>Thermo scientific</td>
			<td>29130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neutravidin protein</td>
			<td>Thermo scientific</td>
			<td>31000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>440140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>inverted microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Axio Observer.Z1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>kinematic mirrors</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>KM200-E03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>periscope</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>RS99</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>immersion oil</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Immersol 518f</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100X objective</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Plan-apochromat 100X oil, 1.4NA, PH3, 420791-9911-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20X objective</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>N-Achroplan 0.45 NA, 420953-9901-000&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cover glass</td>
			<td>Healthrow Scientific</td>
			<td>HS159879H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dopamine hydrochloride</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H8502&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>infrared 2d array camera</td>
			<td>Princeton Instruments</td>
			<td>NIRvana</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>infrared 1d sensor array</td>
			<td>Princeton Instruments</td>
			<td>PyLoN IR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nIR spectrograph</td>
			<td>Princeton Instruments</td>
			<td>SCT-320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>planoconvex lens</td>
			<td>ThorLabs</td>
			<td>LA1384</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wellplates (glass bottom)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>4580</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

engineering molecular recognition with bio-mimetic polymers on single walled carbon nanotubes

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the optical window where biological samples are most transparent. Here, we outline techniques to adsorb amphiphilic polymers and polynucleic acids onto the surface of SWNTs to engineer their corona phases and create novel molecular sensors for small molecules and proteins. These functionalized SWNT sensors are both biocompatible and stable. Polymers are adsorbed onto the nanotube surface either by direct sonication of SWNTs and polymer or by suspending SWNTs using a surfactant followed by dialysis with polymer. The fluorescence emission, stability, and response of these sensors to target analytes are confirmed using absorbance and near-infrared fluorescence spectroscopy. Furthermore, we demonstrate surface immobilization of the sensors onto glass slides to enable single-molecule fluorescence microscopy to characterize polymer adsorption and analyte binding kinetics.

SWNTs הושעו בתמיסה מימית באמצעות שני פעילי שטח ופולימרים amphiphilic ידי sonication ישיר על ידי חילופי דיאליזה. איור 1 מציג SWNTs, גדל בשיטת זירזה קרבוניל ברזל (HiPco), מושעה באמצעות SC, RITC-PEF20-RITC, ו (GT) 15 -DNA. צפיפות אופטית של SWNTs עם SDS (או פולימר) מגדיל באופן דרמטי לאחר sonication וירידות עם הסרת אגרגטים מזהמים באמצעות טיהור על ידי צנטריפוגה (איור 1). מדידות של ספיגה ב 632 ננומטר לכמת את הריכוז של SWNT המושעית. 28 מאפייני photophysical של השעיות SWNT מאופיינים באמצעות ספיגה וספקטרוסקופיה קרינה. איור 2 מציג את ספקטרום ספיגת ו פליטת הקרינה של SWNTs מושעה אלקטרוני (GT) 15 -DNA ו RITC-PEG20-RITC. thספקטרה הדואר הספיגה היא סופרפוזיציה של הפסגות הספיגות הבודדות עבור כל כירליות ברורים של הווה ננו-צינורית במדגם. באופן דומה, כל כירליות מציג שיא פליטת קרינה ייחודי. הבדלים בעוצמת שיא פליטת יחסית הם תוצאה של הבדלים בהתפלגות האוכלוסייה של chiralities כמו גם הבדלים ביעילות עירור באמצעות לייזר 721 ננומטר. תגובת הקרינה של (GT) 15 DNA-SWNTs (איפה אני 0 הוא את עוצמת קרינת SWNT הראשונית ואני היא עוצמת SWNT לאחר תוספת דופמין) בנוכחות ריכוזים שונים של דופמין נמדדה על ידי ניטור הקרינה של מדגם באמצעות ספקטרופוטומטר ו מערך ליניארי InGaAs (איור 3). הקרינה הכוללת (GT) 15 -DNA-SWNTs גדל עם ריכוז הדופמין הגדלה (איור 3 א). הקרינה response היא פונקציה של שיא הפליטה (איור 3 ב), המציין כי התגובה יכולה להיות כירליות ספציפיים. הקרינה של 1,044 ננומטר 1,078 ננומטר פסגות עלייה בעוצמת פי 2 כמו ריכוז הדופמין מתקרב 2 מיקרומטר. איור 3E מראה את עוצמת פליטת הספקטרום השלם של PEG- (GT) 15 DNA-SWNT עלייה בתגובת התוספת של דופמין. SWNTs פרט מצופה באמצעות רצף DNA חלופי, C 26 -DNA (שהוכן באמצעות אותן השיטות ב (GT) 15), שהיה קשורות אל פני השטח של המיקרוסקופ שקופית נמדד תחת תאורת ליזר באמצעות מצלמת InGaAs ואובייקטיבי טבילת שמן 100X (איור 4). ניטור קרינת יחיד קשור למשטח שניתן להשתמש בהם כדי לאמת את היכולת להפוך אחורה בתגובה חיישן ידי מולקולות מטרה הכביסה באמצעות משם פתרון חיץ. קרינת השתקפות הפנימית סה&quot;כ (TIRF) microsעותק יכול לשמש גם כדי DNA צבען מצומדות תמונה שנספחו על SWNTs לכמת את מספר מולקולות DNA המצורפת לכל צינור באמצעות ניסויים photobleaching. איור 4 מראה 3 אירועי הלבנה ברורים של DNA Cy3 שכותרתו מוסקים מהמדרגות הבדידות של העקבות עוצמות קרינה של פולט יחיד. תוצאות אלו מצביעות כי שלוש מולקולות DNA מחוברות SWNT. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55030/55030fig1.jpg" /> איור 1: פולימרים וחומרים פעילי שטח המושעה SWNTs. (א) תצלום של SWNTs RITC-PEG20-RITC מושעה באמצעות SC 2% בנקודות שונות של הכנה. משמאל: SWNTs הוסיף ישירות פתרון SC לפני sonication. מרכז: לאחר 10 דקות של sonication אמבטיה ואחריו sonication טיפ 10 דקות בדיקה ב משרעת 90% ואחריו צנטריפוגה. הצפיפות האופטית של הפתרון הגביר כמו צרורות SWNTs הןהתפזרו (~ 100 מ&quot;ג / L ריכוז SWNT). מימין: לאחר דיאליזה עם RITC-PEG20-RITC פולימר, את הריכוז הסופי של RITC-PEG-RITC מושעה SWNTs הוא ~ 20 מ&quot;ג / L. (ב) SWNT ההשעיה תשואה יכול להשתנות בהתאם הפולימר בשימוש להשעות את SWNT. הצפיפות האופטית של הפתרון מספקת הערכה טובה של ריכוז SWNT פתרון פאזיים. בתמונה הם ריכוזים שונים של (GT) 15 -DNA צינורות מושעים בריכוזים שונים. משמאל לימין: 100 מ&quot;ג / L, 10 מ&quot;ג / ליטר, 1 מ&quot;ג / L, 0 מ&quot;ג / L. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55030/55030fig2.jpg" /> איור 2: ספקטרום פליטת קליטת קרינה של פעילי שטח ופולימר מושעה SWNTs. (א) sp ספיגת נציגectra של SWNTs מושעה אלקטרוני (GT) 15 -DNA ידי sonication הישיר. ריכוז SWNT הוא 10 מ&quot;ג / ליטר. הבלעה: באזור UV של ספקטרום ספיגת מראה את שיא ספיגת DNA האופייניים ב 260 ננומטר. (ב) ספיגת ספקטרום של RITC-PEG20-RITC SWNTs לאחר חילופי SC על ידי דיאליזה. הבלעה: ספיגת מדגם 10x מדולל של SWNTs RITC-PEG-RITC מציגה את ספיגת מאפיין של rhodamine. (ג) ספקטרום פליטת נציג ניר של SWNTs מושעה אלקטרוני (GT) 15 -DNA ידי sonication הישיר (785 עירור ננומטר). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55030/55030fig3.jpg" /> איור 3: הקרינה זיהוי של דופמין באמצעות (GT) 15 -DNA עטוף SWNTs. (א </<html> בתגובה הקרינה strong&gt;) של (GT) 15 -DNA עטוף SWNTs מהוספה של דופמין. דוגמאות של חיישנים בריכוז של 5 מ&quot;ג / L התרגשו באמצעות 500 mW, 721 לייזר CW ננומטר. הקרינה המשולבת של פליטת חיישן מן 900-1,350 ננומטר עולה עם הוסיף דופמין ריכוז 1 מיקרומטר 250 מיקרומטר. (ב) ספקטרום פליטת הקרינה של PEG- (GT) 15 -DNA עטוף SWNTs לפני ואחרי תוספת של דופמין. ריכוז החיישן הוא 10 מ&quot;ג / מיליליטר שאליו דופמין נוסף לריכוז סופי של 100 מיקרומטר. הדגימות התלהבו באמצעות 500 mW, 721 לייזר CW ננומטר. שתיים בעצמה הגבוהה ביותר פסגות כ כפולה בעוצמת לאחר תוספת של דופמין. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <html> ז &quot;/&gt; איור 4: דימות פלואורסצנטי של SWNTs משטח-משותקת יחיד. (א) פליטת קרינה של C פרט 26 -DNA-SWNT (חצים אדומים) משותק על גבי תלוש כיסוי סיליקה (# 1.5) בעזרת פרוצדורת APTES silanization הדמיה באמצעות מערך חיישני 2D InGaAs, מיקרוסקופ הפוכה עם טבילה אובייקטיבית שמן 100X ( תוכנית Apochromat, 1.4 NA), וכן 500 mW, 721 לייזר CW ננומטר. (ב) קרינה לבנה ניסוי של 26 C -Cy3 DNA-SWNTs קשור למשטח באמצעות APTES. גדילי דנ&quot;א הם 3 &#39;שכותרתו סופני עם Cy3 לפני ההשעיה צינור. מעקב אחר photobleaching צעד חכם מצטבר (זכר מצויד אדום) של חיישנים בודדים משמש כדי לקבוע את מספר מולקולות DNA adsorbed על פני השטח של SWNTs. תמונות נרכשו באמצעות מיקרוסקופ הפוכה במצב TIRF עם טבילה אובייקטיבי שמן 100X (תוכנית Apochromat, 1.4 NA), ו 561 עירור לייזר ננומטר. סרגל קנה מידה: 10 מיקרומטר.https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Watch this Scientific Journal Video about Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes at JoVE.com

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן Walled יחיד

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

engineering-molecular-recognition-with-bio-mimetic-polymers-on-single

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.1K Views.  University of California Berkeley. We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

Video: Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Shape Memory Polymers for Active Cell Culture

Shape memory polymers (SMPs) are a class of "smart" materials that have the ability to change from a fixed, temporary shape to a pre-determined permanent shape upon the application of a stimulus such as heat1-5. In a typical shape memory cycle, the SMP is first deformed at an elevated temperature that is higher than its transition temperature, Ttrans [either the melting temperature (Tm) or the glass transition temperature (Tg)]. The deformation is elastic in nature and mainly leads to a reduction in conformational entropy of the constituent network chains (following the rubber elasticity theory). The deformed SMP is then cooled to a temperature below its Ttrans while maintaining the external strain or stress constant. During cooling, the material transitions to a more rigid state (semi-crystalline or glassy), which kinetically traps or "freezes" the material in this low-entropy state leading to macroscopic shape fixing. Shape recovery is triggered by continuously heating the material through Ttrans under a stress-free (unconstrained) condition. By allowing the network chains (with regained mobility) to relax to their thermodynamically favored, maximal-entropy state, the material changes from the temporary shape to the permanent shape.
Cells are capable of surveying the mechanical properties of their surrounding environment6. The mechanisms through which mechanical interactions between cells and their physical environment control cell behavior are areas of active research. Substrates of defined topography have emerged as powerful tools in the investigation of these mechanisms. Mesoscale, microscale, and nanoscale patterns of substrate topography have been shown to direct cell alignment, cell adhesion, and cell traction forces7-14. These findings have underscored the potential for substrate topography to control and assay the mechanical interactions between cells and their physical environment during cell culture, but the substrates used to date have generally been passive and could not be programmed to change significantly during culture. This physical stasis has limited the potential of topographic substrates to control cells in culture.
Here, active cell culture (ACC) SMP substrates are introduced that employ surface shape memory to provide programmed control of substrate topography and deformation. These substrates demonstrate the ability to transition from a temporary grooved topography to a second, nearly flat memorized topography. This change in topography can be used to control cell behavior under standard cell culture conditions.

A method for developing cell culture substrates with the ability to change topography during culture is described. The method makes use of smart materials known as shape memory polymers that have the ability to memorize a permanent shape. This concept is adaptable to a wide range of materials and applications.

זיכרון צורה פולימרים לתרבות התא הפעיל

Shape memory polymers (SMPs) are a class of "smart" materials that have the ability to change from a fixed, temporary shape to a pre-determined permanent ...

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very promising application for molecular sensors, field effect transistor and super thin and flexible electronic devices1-4. Anodic arc discharge supported by the erosion of the anode material is one of the most practical and efficient methods, which can provide specific non-equilibrium processes and a high influx of carbon material to the developing structures at relatively higher temperature, and consequently the as-synthesized products have few structural defects and better crystallinity.
 To further improve the controllability and flexibility of the synthesis of carbon nanostructures in arc discharge, magnetic fields can be applied during the synthesis process according to the strong magnetic responses of arc plasmas. It was demonstrated that the magnetically-enhanced arc discharge can increase the average length of SWCNT 5, narrow the diameter distribution of metallic catalyst particles and carbon nanotubes 6, and change the ratio of metallic and semiconducting carbon nanotubes 7, as well as lead to graphene synthesis 8. 
 Furthermore, it is worthwhile to remark that when we introduce a non-uniform magnetic field with the component normal to the current in arc, the Lorentz force along the J&times;B direction can generate the plasmas jet and make effective delivery of carbon ion particles and heat flux to samples. As a result, large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes were simultaneously generated by such new magnetically-enhanced anodic arc method. Arc imaging, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and Raman spectroscopy were employed to analyze the characterization of carbon nanostructures. These findings indicate a wide spectrum of opportunities to manipulate with the properties of nanostructures produced in plasmas by means of controlling the arc conditions.

Anodic arc discharge is one of the most practical and efficient methods to synthesize various carbon nanostructures. To increase the arc controllability and flexibility, a non-uniform magnetic field was introduced to process the one-step synthesis of large-scale graphene flakes and high-purity single-walled carbon nanotubes.

סינתזה סימולטני של יחיד חומה פחמן ו גרפן פלזמה ארק מגנטית מוגברת

Carbon nanostructures such as single-walled carbon nanotubes (SWCNT) and graphene attract a deluge of interest of scholars nowadays due to their very ...

Engineering Adherent Bacteria by Creating a Single Synthetic Curli Operon

The method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of curli genes under the control of a strong and metal-overinducible promoter, and in visualizing and quantifying the resulting gain of bacterial adherence. This method applies appropriate engineering principles of abstraction and standardization of synthetic biology, and results in the BBa_K540000 Biobrick (Best new Biobrick device, engineered, iGEM 2011).
The first step consists in the design of the synthetic operon devoted to curli overproduction in response to metal, and therefore in increasing the adherence abilities of the wild type strain. The original curli operon was modified in silico in order to optimize transcriptional and translational signals and escape the "natural" regulation of curli. This approach allowed to test with success our current understanding of curli production. Moreover, simplifying the curli regulation by switching the endogenous complex promoter (more than 10 transcriptional regulators identified) to a simple metal-regulated promoter makes adherence much easier to control.
The second step includes qualitative and quantitative assessment of adherence abilities by implementation of simple methods. These methods are applicable to a large range of adherent bacteria regardless of biological structures involved in biofilm formation. Adherence test in 24-well polystyrene plates provides a quick preliminary visualization of the bacterial biofilm after crystal violet staining. This qualitative test can be sharpened by the quantification of the percentage of adherence. Such a method is very simple but more accurate than only crystal violet staining as described previously 1 with both a good repeatability and reproducibility. Visualization of GFP-tagged bacteria on glass slides by fluorescence or laser confocal microscopy allows to strengthen the results obtained with the 24-well plate test by direct observation of the phenomenon.

The design of a synthetic operon encoding both the secretory apparatus and the structural monomers of curli fibers is described. Overproduction of these amyloids and adherent polymers allows a measurable gain of adherence of the E. coli chassis1. Easy ways to visualize and quantify adherence are explained.

הנדסת חיידקי חסיד ידי יצירת Curli אופרון סינטטי יחיד

The  method described here consists in redesigning E. coli adherence properties by assembling the minimum number of  curli genes under the control of a ...

Localization and Relative Quantification of Carbon Nanotubes in Cells with Multispectral Imaging Flow Cytometry

Carbon-based nanomaterials, like carbon nanotubes (CNTs), belong to this type of nanoparticles which are very difficult to discriminate from carbon-rich cell structures and de facto there is still no quantitative method to assess their distribution at cell and tissue levels. What we propose here is an innovative method allowing the detection and quantification of CNTs in cells using a multispectral imaging flow cytometer (ImageStream, Amnis). This newly developed device integrates both a high-throughput of cells and high resolution imaging, providing thus images for each cell directly in flow and therefore statistically relevant image analysis. Each cell image is acquired on bright-field (BF), dark-field (DF), and fluorescent channels, giving access respectively to the level and the distribution of light absorption, light scattered and fluorescence for each cell. The analysis consists then in a pixel-by-pixel comparison of each image, of the 7,000-10,000 cells acquired for each condition of the experiment. Localization and quantification of CNTs is made possible thanks to some particular intrinsic properties of CNTs: strong light absorbance and scattering; indeed CNTs appear as strongly absorbed dark spots on BF and bright spots on DF with a precise colocalization.
This methodology could have a considerable impact on studies about interactions between nanomaterials and cells given that this protocol is applicable for a large range of nanomaterials, insofar as they are capable of absorbing (and/or scattering) strongly enough the light.

In this study, the main purpose was to monitor the cellular uptake and eventual exocytosis of carbon nanotubes (CNTs). From this perspective, we proposed here a unique method using multispectral imaging flow cytometry allowing a quantification and localization of CNTs in a statistically relevant number of cells.

לוקליזציה וכימות יחסית של פחמן בתאים עם Multispectral הדמיה תזרים cytometry

Carbon-based nanomaterials, like carbon nanotubes (CNTs), belong to this type of nanoparticles which are very difficult to discriminate from carbon-rich ...

Aplysia Ganglia Preparation for Electrophysiological and Molecular Analyses of Single Neurons

A major challenge in neurobiology is to understand the molecular underpinnings of neural circuitry that govern a specific behavior. Once the specific molecular mechanisms are identified, new therapeutic strategies can be developed to treat abnormalities in specific behaviors caused by degenerative diseases or aging of the nervous system. The marine snail Aplysia californica is well suited for the investigations of cellular and molecular basis of behavior because neural circuitry underlying a specific behavior could be easily determined and the individual components of the circuitry could be easily manipulated. These advantages of Aplysia have led to several fundamental discoveries of neurobiology of learning and memory. Here we describe a preparation of the Aplysia nervous system for the electrophysiological and molecular analyses of individual neurons. Briefly, ganglion dissected from the nervous system is exposed to protease to remove the ganglion sheath such that neurons are exposed but retain neuronal activity as in the intact animal. This preparation is used to carry out electrophysiological measurements of single or multiple neurons. Importantly, following the recording using a simple methodology, the neurons could be isolated directly from the ganglia for gene expression analysis. These protocols were used to carry out simultaneous electrophysiological recordings from L7 and R15 neurons, study their response to acetylcholine and quantitating expression of CREB1 gene in isolated single L7, L11, R15, and R2 neurons of Aplysia.

Aplysia Ganglia Preparation for Electrophysiological and Molecular Analyses of Single Neurons

Marine snail Aplysia californica has been widely used as a neurobiology model for the studies on cellular and molecular basis of behavior. Here a methodology is described for exploring the nervous system of Aplysia for the electrophysiological and molecular analyses of single neurons of identified neural circuitry.

אקליפסיה (1991) הכנת גנגליה לניתוחים אלקטרופיזיולוגיים ומולקולריים של נוירונים בודדים

A major challenge in neurobiology is to understand the molecular underpinnings of neural circuitry that govern a specific behavior. Once the specific ...

Helical Organization of Blood Coagulation Factor VIII on Lipid Nanotubes

Cryo-electron microscopy (Cryo-EM)1 is a powerful approach to investigate the functional structure of proteins and complexes in a hydrated state and membrane environment2.
Coagulation Factor VIII (FVIII)3 is a multi-domain blood plasma glycoprotein. Defect or deficiency of FVIII is the cause for Hemophilia type A&#160;-&#160;a severe bleeding disorder. Upon proteolytic activation, FVIII binds to the serine protease Factor IXa on the negatively charged platelet membrane, which is critical for normal blood clotting4. Despite the pivotal role FVIII plays in coagulation, structural information for its membrane-bound state is incomplete5. Recombinant FVIII concentrate is the most effective drug against Hemophilia type A and commercially available FVIII can be expressed as human or porcine, both forming functional complexes with human Factor IXa6,7.
In this study we present a combination of Cryo-electron microscopy (Cryo-EM), lipid nanotechnology and structure analysis applied to resolve the membrane-bound structure of two highly homologous FVIII forms: human and porcine. The methodology developed in our laboratory to helically organize the two functional recombinant FVIII forms on negatively charged lipid nanotubes (LNT) is described.&#160;The representative results demonstrate that our approach is sufficiently sensitive to define the differences in the helical organization between the two highly homologous in sequence (86% sequence identity) proteins. Detailed protocols for the helical organization, Cryo-EM and electron tomography (ET) data acquisition are given. The two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) structure analysis applied to obtain the 3D reconstructions of human and porcine FVIII-LNT is discussed. The presented human and porcine FVIII-LNT structures show the potential of the proposed methodology to calculate the functional, membrane-bound organization of blood coagulation Factor VIII at high resolution.

We present a combination of Cryo-electron microscopy, lipid nanotechnology, and structure analysis applied to resolve the membrane-bound structure of two highly homologous FVIII forms: human and porcine. The methodology developed in our laboratory&#160;to helically organize the two functional recombinant FVIII forms on negatively charged lipid nanotubes (LNT) is described.

ארגון סליל של דם קרישת פקטור VIII ביפידים צינוריות

Cryo-electron microscopy (Cryo-EM)1 is a powerful approach to investigate the functional structure of proteins and complexes in a hydrated state and ...

Single Molecule Fluorescence Microscopy on Planar Supported Bilayers

In the course of a single decade single molecule microscopy has changed from being a secluded domain shared merely by physicists with a strong background in optics and laser physics to a discipline that is now enjoying vivid attention by life-scientists of all venues 1. This is because single molecule imaging has the unique potential to reveal protein behavior in situ in living cells and uncover cellular organization with unprecedented resolution below the diffraction limit of visible light 2. Glass-supported planar lipid bilayers (SLBs) are a powerful tool to bring cells otherwise growing in suspension in close enough proximity to the glass slide so that they can be readily imaged in noise-reduced Total Internal Reflection illumination mode 3,4. They are very useful to study the protein dynamics in plasma membrane-associated events as diverse as cell-cell contact formation, endocytosis, exocytosis and immune recognition. Simple procedures are presented how to generate highly mobile protein-functionalized SLBs in a reproducible manner, how to determine protein mobility within and how to measure protein densities with the use of single molecule detection. It is shown how to construct a cost-efficient single molecule microscopy system with TIRF illumination capabilities and how to operate it in the experiment.

Preparation of protein-functionalized planar glass-supported lipid bilayers, determination of protein mobility within and measurement of protein densities is shown here. A roadmap to building a noise-reduced Total Internal Reflection microscope is outlined, which allows visualizing single bilayer-resident fluorochromes with high spatiotemporal resolution.

המולקולה בודדת מיקרוסקופ פלואורסצנטי במישורים נתמך bilayers

In the course of a single decade single molecule microscopy has changed from being a secluded domain shared merely by physicists with a strong background ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of flexible polymers nor of rigid rods. Underlying filaments remain outstretched due to their non-vanishing backbone stiffness, which is quantified via the persistence length (lp), but they are also subject to strong thermal fluctuations. Their finite bending stiffness leads to unique, non-trivial collective mechanics of bulk networks, enabling the formation of stable scaffolds at low volume fractions while providing large mesh sizes. This underlying principle is prevalent in nature (e.g., in cells or tissues), minimizing the high molecular content and thereby facilitating diffusive or active transport. Due to their biological implications and potential technological applications in biocompatible hydrogels, semiflexible polymers have been subject to considerable study. However, comprehensible investigations remained challenging since they relied on natural polymers, such as actin filaments, which are not freely tunable. Despite these limitations and due to the lack of synthetic, mechanically tunable, and semiflexible polymers, actin filaments were established as the common model system. A major limitation is that the central quantity lp cannot be freely tuned to study its impact on macroscopic bulk structures. This limitation was resolved by employing structurally programmable DNA nanotubes, enabling controlled alteration of the filament stiffness. They are formed through tile-based designs, where a discrete set of partially complementary strands hybridize in a ring structure with a discrete circumference. These rings feature sticky ends, enabling the effective polymerization into filaments several microns in length, and display similar polymerization kinetics as natural biopolymers. Due to their programmable mechanics, these tubes are versatile, novel tools to study the impact of lp on the single-molecule as well as the bulk scale. In contrast to actin filaments, they remain stable over weeks, without notable degeneration, and their handling is comparably straightforward.

Semiflexible polymers display unique mechanical properties that are extensively applied by living systems. However, systematic studies on biopolymers are limited since properties such as polymer rigidity are inaccessible. This manuscript describes how this limitation is circumvented by programmable DNA nanotubes, enabling experimental studies on the impact of filament rigidity.

ה-DNA צינוריות כמו כלי רב-תכליתי ללמוד פולימרים Semiflexible

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

Synthesis of Multi-walled Carbon Nanotubes Modified with Silver Nanoparticles and Evaluation of Their Antibacterial Activities and Cytotoxic Properties

In this study, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were treated with an aqueous sulfuric acid solution to form an oxygen-based functional group. Silver MWCNTs were prepared by the reductive deposition of silver from an aqueous solution of AgNO3 on the oxidized MWCNTs. Given the unique color of the CNTs, it was not possible to apply them to the minimum inhibitory concentration or mitochondrial toxicity assays to evaluate the toxicity and antibacterial properties, since they would interfere with the assays. The inhibition zone and minimum bactericidal concentration for the Ag-MWCNTs were measured and Live/Dead and Trypan Blue assays were used to measure the toxicity and antibacterial properties without interfering with the color of the CNTs.

In this study, antimicrobial nanomaterials were synthesized by acidic oxidation of multiwalled carbon nanotubes and subsequent reductive deposition of silver nanoparticles. Antimicrobial activity and cytotoxicity tests were performed with the as-prepared nanomaterials.

סינתזה של צינורות פחמן עם קירות רב שופרת סילבר חלקיקים והערכה של פעילות אנטיבקטריאליות שלהם ומאפיינים ציטוטוקסיות

In this study, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were treated with an aqueous sulfuric acid solution to form an oxygen-based functional group. Silver ...

Uptake of New Lipid-coated Nanoparticles Containing Falcarindiol by Human Mesenchymal Stem Cells

Nanoparticles are the focus of an increased interest in drug delivery systems for cancer therapy. Lipid-coated nanoparticles are inspired in structure and size by low-density lipoproteins (LDLs) because cancer cells have an increased need for cholesterol to proliferate, and this has been exploited as a mechanism for delivering anticancer drugs to cancer cells. Moreover, depending on drug chemistry, encapsulating the drug can be advantageous to avoid degradation of the drug during circulation in vivo. Therefore, in this&#160;study, this design is used to fabricate lipid-coated nanoparticles of the anticancer drug falcarindiol, providing a potential new delivery system of falcarindiol in order to stabilize its chemical structure against degradation and improve its uptake by tumors. Falcarindiol nanoparticles, with a phospholipid and cholesterol monolayer encapsulating the purified drug core of the particle, were designed. The lipid monolayer coating consists of 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC), cholesterol (Chol), and 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE PEG 2000) along with the fluorescent label DiI (molar ratios of 43:50:5:2). The nanoparticles are fabricated using the rapid injection method, which is a fast and simple technique to precipitate nanoparticles by good-solvent for anti-solvent exchange. It consists of a rapid injection of an ethanol solution containing the nanoparticle components into an aqueous phase. The size of the fluorescent nanoparticles is measured using dynamic light scattering (DLS) at 74.1 &#177; 6.7 nm. The uptake of the nanoparticles is tested in human mesenchymal stem cells (hMSCs) and imaged using fluorescence and confocal microscopy. The uptake of the nanoparticles is observed in hMSCs, suggesting the potential for such a stable drug delivery system for falcarindiol.

This article describes the encapsulation of falcarindiol in lipid-coated 74 nm nanoparticles. The cellular uptake of the nanoparticles&#160;by human stem cells into lipid droplets is monitored by fluorescent and confocal imaging. Nanoparticles are fabricated by the rapid injection method of solvent shifting, and their size is measured with the dynamic light scattering technique.

ספיגת של חלקיקים חדשים מצופים השומנים, המכיל Falcarindiol על ידי גזע אנושי Mesenchymal

Nanoparticles are the focus of an increased interest in drug delivery systems for cancer therapy. Lipid-coated nanoparticles are inspired in structure and ...