Il presente lavoro è stato parzialmente finanziato dal IGF-progetto &quot;S-Sieve&quot; (490 ZBG / 1), finanziato dal BMWi e BMBF-progetto &quot;Aptasens&quot; (BMBF / DLR 01RB0805A). Un ringraziamento speciale a Tobias J. Günther per il suo prezioso aiuto durante gli studi AFM e di Erik V. Johnstone per aver letto il manoscritto come un madrelingua inglese. Inoltre, l&#39;autore di questo articolo ringrazia Aline Ritter e Sabrina Gurlit (da Istituto di ecologia delle risorse per l&#39;assistenza nelle misurazioni ICP-MS), Manja Vogel, Nancy Unger, Karen E. Viacava e la biotecnologia del gruppo del Helmholtz-Institut Freiberg per Technology Resource.

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

In questo lavoro ha studiato il legame di Au alle proteine ​​S-layer è stata studiata utilizzando una combinazione di diversi metodi di analisi. In particolare, il legame di Au è molto interessante non solo per il recupero di Au da acque minerarie o soluzioni di processo, ma anche per la costruzione di materiali, ad esempio, superfici sensoriali. Per gli studi di interazione Au (Au (III) e Au (0) -NPs) con sospensione e ricristallizzata monostrato di SLP1, la proteina doveva essere isolato. Pertanto, questo studio ha dimostrato la coltivazione di successo del ceppo batterico gram-positivi L. sphaericus JG-B53 e l&#39;isolamento della proteina strato superficiale SLP1. Tuttavia, la coltivazione e l&#39;isolamento delle proteine ​​rimangono impegnativo e dovrebbero essere ottimizzati. Una produzione su larga scala di proteine ​​biomassa e S-strato è un prerequisito per una applicazione industriale di entrambi, ad esempio, per la produzione di materiali metallici filtro selettivo. Il loro potenziale applicazione è undoubtedly elevato per la rimozione di metalli tossici o il recupero dei metalli preziosi disciolti in acque di processo, acque di scarico o di drenaggio dell&#39;acqua. Inoltre, il potenziale domanda di S-layer è ancora più grande considerando il loro potenziale addizionale in altri materiali bio-ispirati, come biosensori e catalizzatori. Gli esperimenti batch di assorbimento di polimeri SLP1 sospesi hanno indicato un elevato e stabile di legame di Au (III) all&#39;interno del pH-range investigato 2,0-5,0. In tal modo, l&#39;efficienza di rimozione del metallo fino al 60% potrebbe essere raggiunto. Questa notevole vincolo comportamentale può essere spiegato da una forte interazione di Au (III) con SLP1 probabilmente indotta attraverso l&#39;interazione di gruppi carbossilici e gruppi azotati cuscinetto presenti sulla superficie della proteina. Questo argomento potrebbe essere rafforzare da FTIR e EXAFS ricerca del ceppo simile L. sphaericus JG-A12 32,79. Inoltre, intrinseche proprietà riducenti di SLP1 possono spiegare l&#39;alto RE di Au (III) di Reducing a nanoparticular Au (0). Si può presumere che S-layer, come prima interfaccia di batteri per l&#39;ambiente, dovrebbe essere principalmente coinvolti in metallo vincolante. All&#39;interno della gamma di pH indagato, la capacità con 102,5 mg di Au (III) legame più alto metallo / g SLP1 è stato raggiunto a pH 4.0. Questa capacità legante è superiore noto anche per altri bio-componenti, ad esempio, per la parete cellulare isolati di Bacillus subtilis (71,5 mg Au (III) / g) 86 o biomassa di Chlorella vulgaris (98,5 mg Au (III) / g) 8 . ICP-MS utilizzato per la determinazione del metallo legato da polimeri SLP1 è metodo molto sensibile e permette la rilevazione di piccole quantità di oro in questo studio. ICP-MS offre molti vantaggi per l&#39;esecuzione di determinazioni di metalli in tracce, ad esempio, il sistema di maneggevolezza e limiti di rilevabilità bassi; nel caso dell&#39;oro fino a 0,1 - 1 ppt. Questo rende questo metodo uno strumento versatile per studiare i processi biosorptive in bassa gamma di concentrazioneS. Tuttavia, i risultati di questa indagine sono stati ottenuti con polimeri in sospensione S-strato e non possono essere facilmente trasferiti reticoli S-strato ricristallizzato sulle superfici, e quindi mostrano la limitazione di ICP-MS. Ad esempio, alcuna relazione diretta di isolati polimeri proteici potrebbe essere fatto per quelle strutture S-strato su cellule batteriche vitali. Inoltre, le misure ICP-MS non consentono la determinazione della cinetica di assorbimento di metallo. Pertanto, è necessario trovare metodi più adatti per la ricerca di legare con film sottili di metallo proteina immobilizzata. Nel presente studio, analisi QCM-D sono stati applicati per rilevare la formazione in situ di reticoli S-strato su superfici così come la deposizione di Au sulle proteine. Pertanto, QCM-D è un metodo robusto e riproducibile per il riconoscimento dei processi di adsorbimento e di interazione molecola. Inoltre QCM-D è relativamente semplice, conveniente, e il metodo non pericolosi per monitorare such processi on-line. Il metodo ha il vantaggio di rilevare variazioni di massa con una sensibilità massima di massa in liquidi di ≈ 0,5 ng ∙ cm -2. Ciò consente la possibilità di rilevare anche interazione debole, ad esempio, di proteina con metalli disciolti o per misurare adsorptions nelle gamme bassa concentrazione. Lo svantaggio di QCM-D è che questo non è un metodo di imaging struttura che permette la visualizzazione di esempio, reticoli proteiche. Pertanto, sono necessarie altre tecniche. La QCM-D analizza in questo studio sono stati seguiti da immagini AFM. La combinazione di questi metodi ha permesso lo studio della cinetica di assorbimento e le conseguenze di Au assorbimento per il rivestimento, dimostrando in tal modo che essi sono strumenti versatili per investigare l&#39;interazione metallo di film sottili proteici. Inoltre, è stato dimostrato che una ricristallizzazione affidabile delle proteine ​​S-strato su supporti tecnici è essenziale per successivi studi di interazione proteina. Làribalta, modifiche delle superfici con promotori di adesione sono di interesse. La realizzazione descritta di polielettroliti (terminano con PE caricati positivamente) come strato intermedio tra SiO 2 superfici e lo strato proteico portare ad un procedimento perfezionato per un rivestimento proteico veloce. L&#39;effetto positivo di uno strato carica positivamente polielettrolita è stato descritto in precedenza per esempio, immobilizzazione di batteri vitali cellule di L. sphaericus JG-B53 31. L&#39;attuazione delle PE-layer presentati sono il passo più importante e fondamentale per la successiva ricristallizzazione successo e riproducibile di proteine ​​S-layer. Si potesse dimostrare che per la ricerca di sottili strati di SLP1, QCM-D è un buon metodo per mostrare l&#39;assorbimento di massa rispettivo alla ricristallizzazione proteina come film monostrato in tempo reale. Ciò può anche essere osservato in precedenza per il riassemblaggio della proteina S-layer SBPA di L. sphaericus &lt;/ em&gt; CCM2177 47. Utilizzando successiva alta risoluzione AFM analizza le modifiche della struttura reticolare della proteina auto-assiemi possono essere visualizzati. Misure AFM hanno rivelato la simmetria p4 di SLP1 e confermano lo spessore dello strato modellato di SLP1 di circa 10 nm. Inoltre, l&#39;interazione diretta di ioni metallici disciolti con lo strato di proteina potrebbe essere monitorato da QCM-D dimostrando buon legame di Au (III) dallo strato proteico sottostante. La probabile formazione dei più piccoli Au (0) -NPs dalla soluzione Au (III) all&#39;interno dei pori proteine ​​causate da intrinseche proprietà riducenti del reticolo SLP1 entro misure QCM-D non poteva stato rilevato da successive misurazioni AFM. Questo potrebbe essere correlato al limite di risoluzione di AFM e il set up sperimentale in questo studio. Questo mostra il limite di questa tecnica e la necessità di imaging ad alta risoluzione per biomolecole nella scala nanometrica sub. Tuttavia, una elevata stabilità dello strato SLP1 ricristallizzato potrebbe essere dedotta da the ha ottenuto QCM-risultati ed è stato confermato dall&#39;indagine di AFM. In conclusione, si potrebbe dimostrare che i polimeri SLP1 hanno un&#39;elevata capacità di metallo vincolanti per l&#39;oro all&#39;interno del pH-range investigato. Inoltre, l&#39;indagine rivela che il reticolo SLP1 è vincolante uno ione metallico buon matrice e per l&#39;immobilizzazione di nanoparticelle metalliche. Potrebbe essere dimostrato che ogni metodo utilizzato in questo articolo ha la possibilità di rilevare anche piccoli interazioni metallo, o in caso di AFM possono visualizzare le strutture nella gamma nanoscala. Anche se, è solo dalla combinazione di questi metodi illustrati, che ha permesso di migliorare la conoscenza e la comprensione delle proteine ​​esaminati a livello molecolare. Principalmente, QCM-D e AFM sono i metodi preferiti di scelta per la futura ricerca di proteine ​​monostrato adsorbimento e la loro interazione con i metalli e molecole funzionali. Grazie alla combinazione di questi due metodi, il rilevamento di S-layer proteina annuncioprocessi di assorbimento e di immagini di superficie fornisce una panoramica dei processi molecolari che possono essere in grado di essere trasferito per migliorare la conoscenza di batteri viventi e l&#39;interazione con l&#39;ambiente. Questo studio ha mostrato un estratto di possibili metodi utili per la comprensione e l&#39;interazione delle proteine ​​metallo. Altre tecniche utili che potrebbero migliorare la conoscenza di questi processi in dettaglio che vanno da diversi spettrometriche e cromatografiche metodi per spettroscopiche ricerca di biomolecole e dovrebbero essere inclusi negli studi futuri.

A causa della crescente uso di oro per diverse applicazioni come l&#39;elettronica, catalizzatori, biosensori o strumenti medici, la domanda di questo metallo prezioso è cresciuta nel tempo degli ultimi anni 6-9. L&#39;oro così come molti altri metalli preziosi e pesanti vengono rilasciati nell&#39;ambiente tramite scarichi industriali in concentrazioni diluite, attraverso attività minerarie, e lo smaltimento dei rifiuti 7,8,10, anche se la maggior contaminazione ambientale da metalli pesanti o preziosi è un processo in corso principalmente causato da attività tecnologiche. Questo porta ad una interferenza significativa di ecosistemi naturali e potrebbe minacciare la salute umana 9. La conoscenza di questi risultati negativi promuove la ricerca di nuove tecniche per rimuovere i metalli da ecosistemi e miglioramenti contaminati nel riciclaggio dei metalli dalle acque di scarico industriali. Metodi fisico-chimici ben affermati come precipitazione o scambio ionico non sono così efficaci, specialmente in altaly diluito soluzioni 7,8,11. Bioassorbimento, sia con la vita o la biomassa morti, è un&#39;alternativa interessante per trattamento delle acque reflue 10,12. L&#39;uso di tali materiali biologici può ridurre il consumo di prodotti chimici tossici. Molti microrganismi sono stati descritti per la costituzione o immobilizzare metalli. Per esempio, le cellule di Lysinibacillus sphaericus (L. sphaericus) JG-A12 hanno dimostrato elevate capacità di legame per i metalli preziosi, per esempio, Pd (II), Pt (II), Au (III), e altri metalli tossici come Pb (II) o U (VI) 4,13, cellule di Bacillus megaterium per Cr (VI) 14, le cellule di Saccharomyces cerevisiae per Pt (II) e Pd (II) 15, e Chlorella volgare Au (III) e U (VI) 16 , 17. Il legame di metalli precedenti, come Au (III), Pd (II), e Pt (II) è stato riportato anche per Desulfovibrio desulfuricans 18 e per L. sphaericus JG-B53 19,20. Tuttavia, non all microbi legano elevate quantità di metalli e la loro applicazione come materiale sorbitive è limitato 12,21. Inoltre, la capacità di legame del metallo dipende da diversi parametri, ad esempio, la composizione delle cellule, il bio-componente utilizzato, o ambientali e condizioni sperimentali (pH, forza ionica, temperatura etc.). Lo studio di frammenti di parete cellulare isolati 22,23, come lipidi di membrana, peptidoglicano, proteine ​​o altri componenti, aiuta a comprendere il processo di complessi costruiti cellule intere 8,21 vincolante metallo. I componenti cellulari focalizzati su in questo studio sono proteine ​​S-layer. Proteine ​​S-strato sono parti della busta esterna delle cellule di molti batteri e di archeobatteri, e costituiscono circa il 15 - 20% della massa di proteine ​​totali di questi organismi. Come la prima interfaccia per l&#39;ambiente, questi composti cellulari influenzano fortemente le proprietà di assorbimento batteriche 3. Proteine ​​S-strato con peso molecolare compreso tra quarantaa centinaia di kDa sono prodotti all&#39;interno della cellula, ma sono montati all&#39;esterno dove sono in grado di formare strati sulle membrane lipidiche o componenti della parete cellulare polimerici. Una volta isolato, quasi tutti S-layer proteine ​​hanno la proprietà intrinseca di auto-assemblarsi spontaneamente in sospensione, alle interfacce, o su superfici che formano strutture planari o tube-like 3. Lo spessore del monostrato proteine ​​dipende batteri ed è in un intervallo di 5 - 25 nm 24. In generale, le strutture proteiche S-strato formato può avere un obliquo (P1 o P2), quadrato (P4), o esagonale (p3 o p6) simmetria con costanti reticolari 2,5 a 35 nm 3,24. La formazione reticolare sembra essere in molti casi dipendono cationi bivalenti e principalmente su Ca 2+ 25,26, Raff, J. et al. S-layer a base di nanocompositi per applicazioni industriali a base di proteine ​​Engineered Nanostructures. (a cura di Tijana Z. Grove &amp; Aitziber L. Cortajarena) (Springer, 2016 (presentato)). Tuttavia, la cascata reazione piena di monomero piegatura, interazione monomero-monomero, la formazione di un reticolo, e il ruolo dei diversi metalli, in particolare di cationi bivalenti come Ca 2+ e Mg 2+, non sono ancora del tutto chiaro. Il ceppo gram-positivi L. sphaericus JG-B53 (rinominato da Bacillus sphaericus dopo nuova classificazione filogenetica) 27 è stato isolato dalla miniera di uranio rifiuti mucchio &quot;Haberland&quot; (Johanngeorgenstadt, Sassonia, Germania) 4,28,29. La sua funzionale proteina S-layer (SLP1) possiede un reticolo quadrato, un peso molecolare di 116 kDa 30, e uno spessore di ≈ 10 nm a vivere cellule batteriche 31. In studi precedenti, la formazione in vitro di uno strato proteico chiuso e stabile con uno spessore di circa 10 nm è stato raggiunto in meno di 10 min 19. Il ceppo correlate L. sphaericus JG-A12, anche un isolato dal mucchio &quot;Haberland&quot;, possiede alta metallo capacità di legame e il suo isolato proteina S-layer ha mostrato un buon tasso di assorbimento chimica e stabilità meccanica e per i metalli preziosi come Au (III), Pt (II), e Pd (II) 4,32,33. Questo legame di metalli preziosi è più o meno specifici per alcuni metalli e dipende dalla disponibilità di gruppi funzionali sulla superficie esterna della proteina e interna del polimero e nei suoi pori, forza ionica, e il valore del pH. Gruppi funzionali rilevanti per l&#39;interazione metallo da parte delle proteine ​​sono COOH-, NH 2 -, OH-, PO 4 -, SO 4 - e SO-. In linea di principio, capacità di legame metallo aprono un ampio spettro di applicazioni, Raff, J. et al. S-layer a base di nanocompositi per applicazioni industriali a base di proteine ​​Engineered Nanostructures. (a cura di Tijana Z. Grove &amp; Aitziber L. Cortajarena) (Springer, 2016 (presentato)). ad esempio, come componenti biosorptive per la rimozione o recuperodi metalli tossici o pregiati disciolti, i modelli per sintesi o la deposizione di nanoparticelle definito regolarmente strutturati metalliche (NP) per la catalisi, e altri materiali bio-ingegneria, come bio-sensoriali strati 3,5,18,33. Array NP regolarmente organizzati come Au (0) -NPs potrebbero essere utilizzati per le principali applicazioni che spaziano dall&#39;elettronica molecolare e biosensori, dispositivi di storage ad altissima densità, e catalizzatori per CO-ossidazione 34-37. Lo sviluppo di tali applicazioni e design intelligente di questi materiali richiede una comprensione più profonda dei meccanismi vincolanti metallo sottostante. Un prerequisito per lo sviluppo di tali materiali bio-based è l&#39;implementazione affidabile di un livello di interfaccia tra la biomolecola e la superficie tecnica 38,39. Ad esempio, polielettroliti assemblati con il layer-by-layer (LBL) 40,41 tecnica sono stati utilizzati come strato di interfaccia per ricristallizzazione proteine ​​S-strato 39 </sup&gt;. Tale interfaccia offre un modo relativamente semplice per eseguire il rivestimento proteico in modo riproducibile e quantitativa. Eseguendo esperimenti diversi con e senza modifiche con i promotori adesive, è possibile fare dichiarazioni riguardanti la cinetica di rivestimento, la stabilità strato, e l&#39;interazione dei metalli con biomolecole 19,42, Raff, J. et al. S-layer a base di nanocompositi per applicazioni industriali a base di proteine ​​Engineered Nanostructures. (a cura di Tijana Z. Grove &amp; Aitziber L. Cortajarena) (Springer, 2016 (presentato)). Tuttavia, il complesso meccanismo di adsorbimento di proteine ​​e interazione proteina-superficie non è completamente noto. Soprattutto informazioni sulla conformazione, l&#39;orientamento del modello, e la densità di rivestimento è ancora mancante. Cristallo di quarzo microbilancia con il monitoraggio di dissipazione (QCM-D) la tecnica ha attirato l&#39;attenzione negli ultimi anni come uno strumento per lo studio delle proteine, la cinetica di rivestimento, e l&#39;interazione proprocessi su scala nanometrica 19,43-45. Questa tecnica permette di rilevare dettagliata di adsorbimento di massa in tempo reale, e può essere utilizzato come indicatore per il processo di auto-assemblaggio di proteine ​​e di accoppiamento molecole funzionali su reticoli proteine ​​19,20,42,46-48. Inoltre, le misure QCM-D aperta la possibilità di studiare processi di interazione del metallo con lo strato proteico in condizioni biologiche naturali. In un recente studio, l&#39;interazione della proteina S-strato con metalli scelti come Eu (III), Au (III), Pd (II) e Pt (II) è stato studiato con QCM-D 19,20. Lo strato proteina adsorbita può servire come un modello semplificato di una parete cellulare di batteri gram-positivi. Lo studio di questo singolo componente può contribuire a una più profonda comprensione delle interazioni metallo. Tuttavia, esclusivamente QCM-D esperimenti non consentono dichiarazioni riguardanti strutture superficiali e le influenze dei metalli alle proteine. Altre tecniche sono necessarie per ottenere tali informazioni. Una posbilità per immagini bio-nanostrutture e informazioni sulle proprietà strutturali ottenere è la microscopia a forza atomica (AFM). L&#39;obiettivo dello studio presentato era studiare l&#39;assorbimento di oro (Au (III) e Au (0) -NPs) alle proteine ​​S-strato, in particolare SLP1 di L. sphaericus JG-B53. Gli esperimenti sono stati fatti con proteine ​​sospesi su scala batch in un intervallo di pH di 2,0 - 5,0 mediante ICP-MS e con immobilizzati S livelli utilizzando QCM-D. Inoltre, l&#39;influenza della soluzione di sale di metallo sulla stabilità lattice è stata studiata con successivi studi AFM. La combinazione di queste tecniche contribuisce a una migliore comprensione dei processi di interazione in vitro in metallo come strumento per saperne di più su eventi in cellule batteriche intere riguardanti affinità metalliche specifiche vincolanti. Questa conoscenza non è solo cruciale per lo sviluppo di materiali filtranti applicabili per il recupero di metalli per la tutela dell&#39;ambiente e la conservazione del reFonti 49, ma anche per lo sviluppo di array di NP metalliche altamente ordinati per varie applicazioni tecniche.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="849">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">equiment and software</td>
			<td style="width:219px;"></td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:241px;"></td>
		</tr>
		<tr height="36">
			<td height="36" style="height:36px;width:293px;">Bioreactor, Steam In Place 70L Pilot System</td>
			<td style="width:219px;">Applikon Biotechnology, Netherlands</td>
			<td style="width:97px;">Z6X</td>
			<td style="width:241px;">Including dO2, pH sensors of Applikon Biotechnology and BioXpert software V2</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Noninvasive Biomass Monitor BugEye 2100</td>
			<td style="width:219px;">BugLab, Concord (CA), USA</td>
			<td style="width:97px;">Z9X</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Spectrometer Ultrospec 1000</td>
			<td style="width:219px;">Amersham Pharmacia Biotech, Great Britain</td>
			<td style="width:97px;">80-2109-10</td>
			<td style="width:241px;">Company now GE Healthcare Life Sciences</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">MiniStar micro centrifuge</td>
			<td style="width:219px;">VWR, Germany</td>
			<td style="width:97px;">521-2844</td>
			<td style="width:241px;">For centrifugation of cultivation samples</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Research system microscope BX-61</td>
			<td style="width:219px;">Olympus Germany LLC, Germany</td>
			<td style="width:97px;">037006</td>
			<td style="width:241px;">Microscope in combination with imaging software</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Cell^P (version 3.1)</td>
			<td style="width:219px;">Olympus Soft Imaging Solutions LLC, M&#252;nster, Germany</td>
			<td style="width:97px;">---</td>
			<td style="width:241px;">together with microscope</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Powerfuge Pilot Separation System Serie 9010-S</td>
			<td style="width:219px;">Carr Centritech, Florida, USA</td>
			<td style="width:97px;">9010PLT</td>
			<td style="width:241px;">For biomasse harvesting</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">T18 basic Ultra Turrax</td>
			<td style="width:219px;">IKA Labortechnik, Germany</td>
			<td style="width:97px;">431-2601</td>
			<td style="width:241px;">For flagella removal and sample homogenization</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Sorvall Evolution RC Superspeed Centrifuge</td>
			<td style="width:219px;">Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td style="width:97px;">728411</td>
			<td style="width:241px;">Used within protein isolation</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Mobile high shear fluid processor, M-110EH-30 Pilot</td>
			<td style="width:219px;">Microfluidics, Massachusetts, USA</td>
			<td style="width:97px;">M110EH30K</td>
			<td style="width:241px;">Used for cell rupture</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Alpha 1-4 LSC Freeze dryer</td>
			<td style="width:219px;">Martin Christ Freeze dryers LLC, Osterode, Germany</td>
			<td>102041</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">UV-VIS spectrophotometry (NanoDrop 2000c)</td>
			<td style="width:219px;">Thermo Fisher Scientific, USA</td>
			<td style="width:97px;">91-ND-2000C-L</td>
			<td style="width:241px;">For determination of protein concentration</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Mini-PROTEAN vertical electrophoresis chamber</td>
			<td style="width:219px;">Bio-Rad Laboratories GmbH, Munich, Germany</td>
			<td style="width:97px;">165-3322</td>
			<td style="width:241px;">For SDS-PAGE</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">VersaDoc Imaging System 3000</td>
			<td style="width:219px;">Bio-Rad Laboratories GmbH, Munich, Germany</td>
			<td style="width:97px;">1708030</td>
			<td style="width:241px;">Used for imaging of SDS-PAGE gels</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">ICP-MS Elan 9000</td>
			<td style="width:219px;">PerkinElmer, Waltham (MA), USA</td>
			<td style="width:97px;">N8120536</td>
			<td style="width:241px;">For determination of metal concentration</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Zetasizer Nano ZS</td>
			<td style="width:219px;">Malvern Instruments, Worcestershire United Kingdom</td>
			<td style="width:97px;">ZEN3600</td>
			<td style="width:241px;">For determination of nanoparticle size</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Q-Sense E4 device&#160;</td>
			<td style="width:219px;">Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden</td>
			<td rowspan="3" style="width:97px;">QS-E4</td>
			<td rowspan="3" style="width:241px;">ordered via LOT quantum design (software included with E4 platform)</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Q-Soft 401 (data recording)</td>
			<td style="width:219px;">Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Q-Tools 3 (data evaluation and modelling)</td>
			<td style="width:219px;">Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">QCM-D flow modules QFM&#160;401&#160;</td>
			<td style="width:219px;">Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden</td>
			<td style="width:97px;">QS-QFM401</td>
			<td style="width:241px;">ordered via LOT quantum design</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">QSX&#160;303 SiO2 piezoelectric AT-cut quartz sensors</td>
			<td style="width:219px;">Q-Sense AB, Gothenburg, Sweden</td>
			<td style="width:97px;">QS-QSX303</td>
			<td style="width:241px;">ordered via LOT quantum design</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Ozone cleaning chamber</td>
			<td style="width:219px;">Bioforce Nanoscience, Ames (IA), USA</td>
			<td style="width:97px;">QS-ESA006</td>
			<td style="width:241px;">ordered via LOT quantum design</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Atomic Force Microscope MFP-3D Bio AFM</td>
			<td style="width:219px;">Asylum Research, Santa Barbara (CA), USA</td>
			<td>MFP-3DBio</td>
			<td style="width:241px;">AFM measurements and imaging software</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Asylum Research AFM Software AR Version 120804+1223</td>
			<td style="width:219px;">Asylum Research, Santa Barbara (CA), USA</td>
			<td style="width:97px;">---</td>
			<td style="width:241px;">imaging software included in Cat. No. MFP-3DBio</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Igor Version Pro 6.3.2.3 Software</td>
			<td style="width:219px;">WaveMetrics, Inc., USA</td>
			<td style="width:97px;">---</td>
			<td style="width:241px;">imaging software included in Cat. No. MFP-3DBio</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">BioHeater</td>
			<td style="width:219px;">Asylum Research, Santa Barbara (CA), USA</td>
			<td style="width:97px;">Bioheater</td>
			<td style="width:241px;">Sample heater for AFM measurements</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Biolever mini cantilever,&#160; BL-AC40TS-C2</td>
			<td style="width:219px;">Olympus Germany LLC, Germany</td>
			<td style="width:97px;">&#160;BL-AC40TS-C2</td>
			<td style="width:241px;">Prefered cantilever for AFM measurements</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">WSxM 5.0 Develop 6.5 (2013)</td>
			<td style="width:219px;">Nanotec Electronica S.L. , Spain</td>
			<td style="width:97px;">freeware</td>
			<td style="width:241px;">Software for AFM analysis</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">Name</td>
			<td style="width:219px;">Company</td>
			<td style="width:97px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:241px;">Comments</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">Detergents and other equiment</td>
			<td style="width:219px;"></td>
			<td style="width:97px;"></td>
			<td style="width:241px;"></td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">Calcium chloride Dihydrate (CaCl2 &#8729; 2H2O)</td>
			<td style="width:219px;">Merck KGaA</td>
			<td style="width:97px;">1.02382</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="51">
			<td height="51" style="height:51px;width:293px;">acidic acid, 100 %, p.A.</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">3738.5</td>
			<td style="width:241px;">Danger, flammable and corrosive liquid and vapour. Causes severe skin burns and eye damage.</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Antifoam 204</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">A6426</td>
			<td style="width:241px;">For foam suppression</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">bromophenol blue, sodium salt</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">B5525</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">Coomassie Brilliant Blue R (C45H44N3NaO7S2)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">3862.1</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Deoxyribonuclease II from porcine spleen</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">D4138</td>
			<td style="width:241px;">Typ IV , 2,000-6,000&#160;Kunitz units/mg protein</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Ethanol, 95%</td>
			<td style="width:219px;">VWR, Germany</td>
			<td style="width:97px;">20827.467</td>
			<td style="width:241px;">Danger, flammable</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">glycerine, p.A.</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">3783.1</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">Gold(III) chloride trihydrate (HAuCl4 &#8729; 3H2O)</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">520918</td>
			<td style="width:241px;">Danger</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Guanidine hydrochloride (GuHCl)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">0037.1</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Hellmanex III</td>
			<td style="width:219px;">Hellma GmbH &#38; Co. KG</td>
			<td style="width:97px;">9-307-011-4-507</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:293px;">Hydrochloric acid (HCl) (37%)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">4625.2</td>
			<td style="width:241px;">Danger; Corrosive, used for pH adjustment</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Lysozyme from chicken egg white</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">L6876&#160;</td>
			<td style="width:241px;">Lyophilized powder, protein =90 %, =40,000 units/mg protein (Sigma)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">Magnesium chloride Hexahydrate (MgCl2 &#8729; 6H2O)</td>
			<td style="width:219px;">Merck KGaA</td>
			<td style="width:97px;">1.05833</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Magnetic stirrer with heating,&#160; MR 3000K</td>
			<td style="width:219px;">Heidolph Instruments GmbH &#38; Co.KG, Germany</td>
			<td style="width:97px;">504.10100.00</td>
			<td style="width:241px;">Standard stirrer within experiment</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">NB-Media DM180</td>
			<td style="width:219px;">Mast Diagnostica GmbH</td>
			<td style="width:97px;">121800</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">Nitric acid (HNO3)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">HN50.1</td>
			<td style="width:241px;">Danger; Oxidizing, Corrosing</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">PageRuler Unstained Protein Ladder</td>
			<td style="width:219px;">ThermoScientific-Pierce</td>
			<td style="width:97px;">26614</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Poly(sodium 4-styrenesulfonat) (PSS)</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">243051</td>
			<td style="width:241px;">Average Mw ~70,000</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Polyethylenimine (PEI), branched</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">408727</td>
			<td style="width:241px;">Warning; Harmful, Irritant, Dangerous for the environment; average Mw ~25,000</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:293px;">Potassium carbonate anhydrous (K2CO3)</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">60108</td>
			<td style="width:241px;">Warning; Harmful</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Ribonuclease A from bovine pancreas&#160;</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">R5503</td>
			<td style="width:241px;">Type I-AS, 50-100 Kunitz units/mg protein&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Sodium azide (NaN3)</td>
			<td style="width:219px;">Merck KGaA</td>
			<td style="width:97px;">106688</td>
			<td style="width:241px;">Danger; very toxic and Dangerous for the environment</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Sodium chloride (NaCl)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">3957.2</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Sodium dodecyl sulfate (SDS)</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">L-5750</td>
			<td style="width:241px;">Danger; toxic</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">6771.1</td>
			<td style="width:241px;">Danger; Corrosive, used for pH regulation within cultivation and pH adjustment</td>
		</tr>
		<tr height="17">
			<td height="17" style="height:17px;width:293px;">Spectra/Por 6, Dialysis membrane, MWCO 50,000&#160;</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">1893.1</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Sulfuric acid (H2SO4)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">HN52.2</td>
			<td style="width:241px;">Danger; Corrosive, used for pH regulation within cultivation</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">Tannic acid (C76H52O46)</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">16201</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">TRIS HCl (C4H11NO3HCl)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">9090.2</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">Tri-sodium citrate dihydrate (C6H5Na3O7 &#8729; 2H2O)</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">3580.2</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:293px;">Triton X-100</td>
			<td style="width:219px;">CARL ROTH GmbH+CO.KG</td>
			<td style="width:97px;">3051.3</td>
			<td style="width:241px;">Warning; Harmful, Dangerous for the environment</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">VIVASPIN 500, 50.000 MWCO Ultrafiltration tubes</td>
			<td>Sartorius AG</td>
			<td>VS0132</td>
			<td style="width:241px;">---</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:293px;">&#946;-mercaptoethanol</td>
			<td style="width:219px;">Sigma-Aldrich Co. LLC.</td>
			<td style="width:97px;">M6250</td>
			<td style="width:241px;">Danger, toxic</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

au-interaction of slp1 polymers and monolayer from lysinibacillus sphaericus jg-b53 - qcm-d, icp-ms and afm as tools for biomolecule-metal studies

In this publication the gold sorption behavior of surface layer (S-layer) proteins (Slp1) of Lysinibacillus sphaericus JG-B53 is described. These biomolecules arrange in paracrystalline two-dimensional arrays on surfaces, bind metals, and are thus interesting for several biotechnical applications, such as biosorptive materials for the removal or recovery of different elements from the environment and industrial processes. The deposition of Au(0) nanoparticles on S-layers, either by S-layer directed synthesis 1 or adsorption of nanoparticles, opens new possibilities for diverse sensory applications. Although numerous studies have described the biosorptive properties of S-layers 2-5, a deeper understanding of protein-protein and protein-metal interaction still remains challenging. In the following study, inductively coupled mass spectrometry (ICP-MS) was used for the detection of metal sorption by suspended S-layers. This was correlated to measurements of quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D), which allows the online detection of proteinaceous monolayer formation and metal deposition, and thus, a more detailed understanding on metal binding.
The ICP-MS results indicated that the binding of Au(III) to the suspended S-layer polymers is pH dependent. The maximum binding of Au(III) was obtained at pH 4.0. The QCM-D investigations enabled the detection of Au(III) sorption as well as the deposition of Au(0)-NPs in real-time during the in situ experiments. Further, this method allowed studying the influence of metal binding on the protein lattice stability of Slp1. Structural properties and protein layer stability could be visualized directly after QCM-D experiment using atomic force microscopy (AFM). In conclusion, the combination of these different methods provides a deeper understanding of metal binding by bacterial S-layer proteins in suspension or as monolayers on either bacterial cells or recrystallized surfaces.

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Au-Interaction of Slp1 Polymers and Monolayer from Lysinibacillus sphaericus JG-B53 - QCM-D, ICP-MS and AFM as Tools for Biomolecule-metal Studies

To obtain basic information on the sorption and recycling of gold from aqueous systems the interaction of Au(III) and Au(0) nanoparticles on S-layer proteins were investigated. The sorption of protein polymers was investigated by ICP-MS and that of proteinaceous monolayers by QCM-D. Subsequent AFM enables the imaging of the nanostructures.

Au-Interazione di SLP1 Polimeri e monostrato da<em&gt; Lysinibacillus sphaericus</em&gt; JG-B53 - QCM-D, ICP-MS e AFM come strumenti di studi Biomolecule metallo

In this publication the gold sorption behavior of surface layer (S-layer) proteins (Slp1) of Lysinibacillus sphaericus JG-B53 is described. These ...

au-interaction-slp1-polymers-monolayer-from-lysinibacillus-sphaericus

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

Au-Interaction of Slp1 Polymers and Monolayer from Lysinibacillus sphaericus JG-B53 - QCM-D, ICP-MS and AFM as Tools for Biomolecule-metal Studies

11.3K Views.  Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. To obtain basic information on the sorption and recycling of gold from aqueous systems the interaction of Au(III) and Au(0) nanoparticles on S-layer proteins were investigated. The sorption of protein polymers was investigated by ICP-MS and that of proteinaceous monolayers by QCM-D. Subsequent AFM enables the imaging of the nanostructures.

Video: Au-Interaction of Slp1 Polymers and Monolayer from Lysinibacillus sphaericus JG-B53 - QCM-D, ICP-MS and AFM as Tools for Biomolecule-metal Studies

Covalent Binding of BMP-2 on Surfaces Using a Self-assembled Monolayer Approach

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell differentiation into osteoblasts, thus stimulating healing and de novo bone formation. The clinical use of recombinant human BMP-2 (rhBMP-2) in conjunction with scaffolds has raised recent controversies, based on the mode of presentation and the amount to be delivered. The protocol presented here provides a simple and efficient way to deliver BMP-2 for in vitro studies on cells. We describe how to form a self-assembled monolayer consisting of a heterobifunctional linker, and show the subsequent binding step to obtain covalent immobilization of rhBMP-2. With this approach it is possible to achieve a sustained presentation of BMP-2 while maintaining the biological activity of the protein. In fact, the surface immobilization of BMP-2 allows targeted investigations by preventing unspecific adsorption, while reducing the amount of growth factor and, most notably, hindering uncontrolled release from the surface. Both short- and long-term signaling events triggered by BMP-2 are taking place when cells are exposed to surfaces presenting covalently immobilized rhBMP-2, making this approach suitable for in vitro studies on cell responses to BMP-2 stimulation.

We describe a method for accomplishing efficient immobilization of BMP-2 on surfaces. Our approach is based on the formation of a self-assembled monolayer to achieve the covalent binding of BMP-2 via its free amine residues. This method is a useful tool to study signaling at the cell membrane.

Legame covalente di BMP-2 su superfici utilizzando un auto-assemblato Monolayer Approccio

Bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) is a growth factor embedded in the extracellular matrix of bone tissue. BMP-2 acts as trigger of mesenchymal cell ...

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Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite in&#64257;ltration of 3D interconnected microfluidic networks. The manufacturing of the reinforced beams begins with the fabrication of microfluidic networks, which involves layer-by-layer deposition of fugitive ink filaments using a dispensing robot, filling the empty space between filaments using a low viscosity resin, curing the resin and finally removing the ink.&#160;Self-supported 3D structures with other geometries and many layers (e.g.&#160;a few hundreds layers) could be built using this method. The resulting tubular micro&#64258;uidic networks are then infiltrated with thermosetting nanocomposite suspensions containing nanofillers (e.g.&#160;single-walled carbon nanotubes), and subsequently cured. The infiltration is done by applying a pressure gradient between two ends of the empty network (either by applying a vacuum or vacuum-assisted microinjection). Prior to the infiltration, the nanocomposite suspensions are prepared by dispersing nanofillers into polymer matrices using ultrasonication and three-roll mixing methods. The nanocomposites (i.e.&#160;materials infiltrated) are then solidified under UV exposure/heat cure, resulting in a 3D-reinforced composite structure. The technique presented here enables the design of functional nanocomposite macroscopic products for microengineering applications such as actuators and sensors.

Three-dimensional (3D) microstructured composite beams are fabricated through the directed and localized infiltration of nanocomposites into 3D porous microfluidic networks. The flexibility of this manufacturing method enables the utilization of different thermosetting materials and nanofillers in order to achieve a variety of functional 3D reinforced nanocomposite macroscopic products.

Produzione di tridimensionalmente microstrutturate nanocompositi attraverso Microfluidic Infiltration

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Standards for Quantitative Metalloproteomic Analysis Using Size Exclusion ICP-MS

Metals are essential for protein function as cofactors to catalyze chemical reactions. Disruption of metal homeostasis is implicated in a number of diseases including Alzheimer's and Parkinson's disease, but the exact role these metals play is yet to be fully elucidated. Identification of metalloproteins encounters many challenges and difficulties. Here we report an approach that allows metalloproteins in complex samples to be quantified. This is achieved using size exclusion chromatography coupled with inductively coupled plasma - mass spectrometry (SEC-ICP-MS). Using six known metalloproteins, the size exclusion column can be calibrated and the respective trace elements (iron, copper, zinc, cobalt, iodine) can be used for quantification. SEC-ICP-MS traces of human brain and plasma are presented. The use of these metalloprotein standards provides the means to quantitatively compare metalloprotein abundances between biological samples. This technique is poised to help shed light on the role of metalloproteins in neurodegenerative disease as well as other diseases where imbalances in trace elements are implicated.

Size exclusion chromatography hyphenated with inductively coupled plasma - mass spectrometry (ICP-MS) is a powerful tool to measure changes in the abundance of metalloproteins directly from biological samples. Here we describe a set of metalloprotein standards used to estimate molecular mass and the amount of metal associated with unknown proteins.

Norme per quantitativa Metalloproteomic analisi utilizzando Size Exclusion ICP-MS

Metals are essential for protein function as cofactors to catalyze chemical reactions. Disruption of metal homeostasis is implicated in a number of ...

HKUST-1 as a Heterogeneous Catalyst for the Synthesis of Vanillin

Vanillin (4-hydoxy-3-methoxybenzaldehyde) is the main component of the extract of vanilla bean. The natural vanilla scent is a mixture of approximately 200 different odorant compounds in addition to vanillin. The natural extraction of vanillin (from the orchid Vanilla planifolia, Vanilla tahitiensis and Vanilla pompon) represents only 1% of the worldwide production and since this process is expensive and very long, the rest of the production of vanillin is synthesized. Many biotechnological approaches can be used for the synthesis of vanillin from lignin, phenolic stilbenes, isoeugenol, eugenol, guaicol, etc., with the disadvantage of harming the environment since these processes use strong oxidizing agents and toxic solvents. Thus, eco-friendly alternatives on the production of vanillin are very desirable and thus, under current investigation. Porous coordination polymers (PCPs) are a new class of highly crystalline materials that recently have been used for catalysis. HKUST-1 (Cu3(BTC)2(H2O)3, BTC = 1,3,5-benzene-tricarboxylate) is a very well known PCP which has been extensively studied as a heterogeneous catalyst. Here, we report a synthetic strategy for the production of vanillin by the oxidation of trans-ferulic acid using HKUST-1 as a catalyst.

The conversion of trans-ferulic acid to vanillin was achieved by heterogeneous catalysis. HKUST-1 was employed in this synthesis and the essential step in the catalytic process was the generation of unsaturated metal sites. Thus, when the catalyst was activated under vacuum, full vanillin conversion (yield of 95%) was obtained.

HKUST-1 come catalizzatore eterogeneo per la sintesi di vanillina

Vanillin (4-hydoxy-3-methoxybenzaldehyde) is the main component of the extract of vanilla bean. The natural vanilla scent is a mixture of approximately ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). In the case of fast reversible electrochemical processes, current is predominantly affected by the rate of diffusion, which is the slowest and limiting stage. EIS is a powerful technique that allows separate analysis of stages of charge transfer that have different AC frequency response. The capability of the method was used to extract the value of charge transfer resistance, which characterizes the rate of charge exchange on the electrode-solution interface. The application of this technique is broad, from biochemistry up to organic electronics. In this work, we are presenting the method of analysis of organic compounds for optoelectronic applications.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of species that undergo reversible oxidation or reduction in solution was used for determination of rate constants of oxidation or reduction.

Spettroscopia di impedenza elettrochimica come uno strumento per la stima della costante tasso elettrochimica

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Raman and IR Spectroelectrochemical Methods as Tools to Analyze Conjugated Organic Compounds

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule on the vibrational level of energy. Raman and IR spectroelectrochemistry can be used for advanced characterization of the structural changes in the organic electroactive compounds. Here, the step-by-step analysis by means of Raman and IR spectroelectrochemistry is shown. Raman and IR spectroelectrochemical techniques provide complementary information about structural changes occurring during an electrochemical process, i.e. allows for the investigation of redox processes and their products. The examples of IR and Raman spectroelectrochemical analysis are presented, in which the products of the redox reactions, both in solution and solid state, are identified.

A protocol of step-by-step Raman and IR spectroelectrochemical analysis is presented.

Raman e IR Spettroelettrochimica metodi come strumenti per analizzare composti organici coniugati

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule ...

Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance (EPR) or ultraviolet-visible and near-infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopies, we obtain useful information such as electron affinity, ionization potential, band-gap energies, the type of charge carriers, and degradation information that can be used to synthesize stable organic electronic devices. In this study, we present electrochemical and spectroelectrochemical methods to analyze the processes occurring in active layers of an organic device as well as the generated charge carriers.

In this article, we describe electrochemical, electron paramagnetic resonance, and ultraviolet-visible and near-infrared spectroelectrochemical methods to analyze organic compounds for application in organic electronics.

Mediante voltammetria ciclica, UV-Vis-NIR ed EPR Spectroelectrochemistry per analizzare composti organici

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Preparation of Stable Bicyclic Aziridinium Ions and Their Ring-Opening for the Synthesis of Azaheterocycles

Bicyclic aziridinium ions were generated by the removal of an appropriate leaving group through internal nucleophilic attack by nitrogen atom in the aziridine ring. The utility of bicyclic aziridinium ions, specifically 1-azoniabicyclo[3.1.0]hexane and 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate highlighted in the aziridine ring openings by the nucleophile with the release of the ring strain to yield the corresponding ring-expanded azaheterocycles such as pyrrolidine, piperidine and azepane with diverse substituents on the ring in regio- and stereospecific manner. Herein, we report a simple and convenient method for the preparation of the stable 1-azabicyclo[4.1.0]heptane tosylate followed by selective ring opening via a nucleophilic attack either at the bridge or at the bridgehead carbon to yield piperidine and azepane rings, respectively. This synthetic strategy allowed us to prepare biologically active natural products containing piperidine and azepane motif including sedamine, allosedamine, fagomine and balanol in highly efficient manner.

Bicyclic aziridinium ions such as 1-azoniabicyclo[4.1.0]heptane tosylate were generated from 2-[4-tolenesulfonyloxybutyl]aziridine, which was utilized for the preparation of substituted piperidines and azepanes via regio- and stereospecific ring-expansion with various nucleophiles. This highly efficient protocol allowed us to prepare diverse azaheterocycles including natural products such as fagomine, febrifugine analogue and balanol.

Preparazione di stabile biciclico Aziridinium ioni e loro anello-apertura per la sintesi di Azaheterocycles

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Stereolithographic 3D Printing with Renewable Acrylates

The accessibility of cost-competitive renewable materials and their application in additive manufacturing is essential for an efficient biobased economy. We demonstrate the rapid prototyping of sustainable resins using a stereolithographic 3D printer. Resin formulation takes place by straightforward mixing of biobased acrylate monomers and oligomers with a photoinitiatior and optical absorber. Resin viscosity is controlled by the monomer to oligomer ratio and is determined as a function of shear rate by a rheometer with parallel plate geometry. A stereolithographic apparatus charged with the biobased resins is employed to produce complex shaped prototypes with high accuracy. The products require a post-treatment, including alcohol rinsing and UV irradiation, to ensure complete curing. The high feature resolution and excellent surface finishing of the prototypes is revealed by scanning electron microscopy.

A protocol for additive manufacturing with renewable photopolymer resins on a stereolithography apparatus is presented.

Stereolithographic stampa 3D con rinnovabili acrilati

The accessibility of cost-competitive renewable materials and their application in additive manufacturing is essential for an efficient biobased economy. ...

A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic nanoparticles is developed. Guidelines for the replication of the reactor and its operation are provided in detail. Three different composite systems (Pt/graphene, Pt/TiO2, and Au/TiO2) with monodisperse and uniformly distributed particles are produced by this reactor, and the photodeposition mechanism, as well as the synthesis optimization strategy, are discussed. The synthesis methods and their technical aspects are described comprehensively. The role of the ultraviolet (UV) dose (in each excitation pulse) on the photodeposition process is investigated and the optimum values for each composite system are provided.

For a continuous and scalable synthesis of noble-metal-based nanocomposites, a novel photocatalytic reactor is developed and its structure, operation principles, and product quality optimization strategies are described.