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.

注意：使用する前に、関連するすべての物質安全データシート（SDS）を参照してください。ナノ材料は、それらのバルク材料の対応と比較して、追加の危険性を有していてもよいです。工学的制御（ヒュームフード、ノイズエンクロージャ）と個人用保護具（安全眼鏡、ゴーグル、白衣、完全長ズボン、クローズドつま先の靴）を含むすべての適切な安全対策を使用してください。 バッファー、界面活性剤、およびポリマー溶液の調製<ol><li> 100mMのNaCl溶液の調製 <ol><li>イオン交換水80ミリリットル中のNaClの584ミリグラムを溶解させます。 100 mLに全量を純水を追加します。 </li></ol></li><li> 3％のドデシル硫酸ナトリウム（SDS）溶液の調製 <ol><li>脱イオン水の80 mLのSDSを3gを溶解します。 100 mLに全量を純水を追加します。 </li></ol></li><li> 2％コール酸ナトリウム（SC）溶液の調製 <ol><li>芝の2グラムを溶かしIUMは、脱イオン水の80 mLの水和物​​コール酸塩。 100 mLに全量を純水を追加します。 </li></ol></li><li> 画像化バッファー（20 mMトリス、100mMのNaCl、1×トリス）の調製 <ol><li>トリス塩基の22.23グラムおよび磁気撹拌棒と板を使用して、脱イオン水500mL中のNaClの58.44グラムを溶かします。 </li><li> 8.1のpHに達するまで注意深く濃HClを加えます。 </li><li> 1リットルの最終体積に達するように脱イオン水を加えます</li></ol></li><li> RITC-PEG-RITCポリマーの合成 <ol><li>ジクロロメタンおよびジメチルホルムアミド（DMF）の1：1混合物1mLにアミン二官能ポリエチレングリコール（PEG）（5キロダルトンまたは20 kDaの、0.1モル/ L）およびローダミンイソチオシアネート（RITC、0.2モル/ L）を溶解させます。 </li><li> 0.2モルのN、N-ジイソプロピルエチルアミン（DIEA）の/ Lを追加します。 </li><li> 3時間後、真空濾過、続いてジエチルエーテルの10倍容量で沈殿します。 </li><li> DMF中で再溶解し、エーテル沈殿folloを繰り返します真空濾過によって結婚。 注：同様の方法を用いて他のイソチオシアネート修飾分子（ 例えば、フルオレセインイソチオシアネート、FITC）は、PEGまたは他のアミン変性ポリマーに結合させることができます。 </li></ol></li><li> ペグ化-DNAの調製（PEG-DNA） <ol><li> 5&#39;-チオール修飾DNAの44.9μL（1ミリグラム/ 0.1 M NaCl中10μL）とトリスの100μL（2-カルボキシエチル）ホスフィン塩酸塩（TCEP）溶液（0.5 M、pH7.0）に結合し、4.855 mLに追加脱イオン水。 </li><li> 1時間撹拌しました。 </li><li>リン酸緩衝生理食塩水5mLにメトキシポリエチレングリコールマレイミドの500ミリグラムを溶解します。 </li><li> DNAおよびPEG溶液（10 mLの合計）を結合し、24時間撹拌します。 </li></ol></li></ol>単層カーボンナノチューブ（SWNTの）懸濁液の調製<ol><li> 触媒および不純物を除去するSWNTのウォッシュ。 <ol><li>プラスチック製遠心管のコンタに洗っていないSWNTの200から300ミリグラムを追加します。脱イオン水45 mLをining。 </li><li>ボルテックス5分間浴超音波処理器を使用して、2分間超音波処理のためのソリューション。その超音波処理器の設定は、楽器から楽器ごとに異なる注ので、SWNT液が増加の光学密度は、単層カーボンナノチューブが分散されていることを確実にするために（ すなわち 、黒くなる）ことを確認してください。 </li><li> 16,100×gで20分間この溶液を遠心分離し、上清を捨てます。 </li><li>新鮮な脱イオン水約45 mLを加え。 </li><li> 8回まで2.1.2-2.1.4の手順を繰り返します。 </li><li>可能性は、ペレット化したSWNTを乱し、空気乾燥さSWNTペレットを許可しないように注意してできるだけ多くの水を除去します。 </li></ol></li><li> SWNTの核酸懸濁液 <ol><li> 100mg / mLの濃度になるように0.1 M NaCl中の核酸（NA）を溶解します。 </li><li>使い捨てへら、マイクロ遠心チューブと帯電防止銃を使用して、SWNTストックから静電気を除去します。ヒュームフードでは、0の980μLにNA溶液20μLを追加.1 M NaClを1mgの単層カーボンナノチューブを添加しました。 </li><li>直径3mmの先端で超音波処理を使用して、氷浴中で40％の振幅で10分間この溶液を超音波処理します。 </li><li> G X 16,100で90分間TWICE DNA-SWNT溶液を遠心。 PEG-DNAを使用している場合は、100 kDaのスピンフィルタを使用して、過剰な未反応のDNAとPEGを精製します。 1.5分間、9300×gでスピンフィルタとスピンを満たすのに十分なPBSを追加し、この洗浄ステップを3回繰り返します。 </li><li>収集し、CNTの束と凝集体を含むペレットを乱さないように注意しながら、上清を保持します。ナノマテリアルのための適切な制度的有害廃棄物の手順に従って、ペレットを捨てます。 </li><li>ランベルト・ベールの法則と適切な希釈係数に従ってε= 0.036 L /センチ・MGを使用して、一時停止されたSWNTのおよその濃度を決定するために、UV /可視分光光度計を用いて632 nmでの溶液の吸光度を測定します。 </li></ol></li><li> 両親媒性ポリマーの懸濁液SWNTの<ol><li>使い捨てへら、マイクロ遠心管、およびSWNTストックから静電気を除去します。ドラフト内で、2％SC溶液5 mLに5ミリグラムの単層カーボンナノチューブを追加する（あるいは、SDS溶液を使用することができます）。 </li><li>直径6mmのチップを用いて超音波処理を使用して、氷浴中で40％の振幅で1時間、溶液を超音波処理します。 </li><li>超遠心機を使用して、慎重に上清を収集し、4時間150,000×gで遠心分離サンプル。 </li><li> SC-SWNT溶液中の両親媒性ポリマーの1重量％（ 例えば、RITC-PEG-RITC）を溶解します。 </li><li> 5日間、脱イオン水または緩衝液1 Lに対して3.5 kDaの透析膜を用いてポリマー - SC-SWNT溶液を透析。水を変更したり、時間2時間4の後に大きな透析膜をバッファリング、それが選択した界面活性剤の除去が、SWNTおよび両親媒性ポリマーの両方の保持を可能にするように、使用することができます。 </li><li>決定するために、UV /可視分光光度計を用いて632 nmでの溶液の吸光度を測定しますランベルト・ベールの法則と適切な希釈係数に従ってε= 0.036 L /センチ*ミリグラムを使用して、中断したSWNTのおよその濃度。 </li></ol></li></ol>表面固定化SWNTセンサーの調製<ol><li> BSA-ビオチンとニュートラストック溶液の調製 <ol><li> 4℃での10mg / mLのストック溶液とストアを作るために1 mLの脱イオン水に10mgの凍結乾燥BSAビオチンを溶解します。 </li><li> 5mg / mLのストック溶液を作製するために、脱イオン水2mL中10mgニュートラタンパク質（NAV、アビジンタンパク質を脱グリコシル化）を溶解します。分注して-20℃で保管。解凍したアリコートを、4℃で数日間保存することができます。 </li></ol></li><li> BSAビオチンコーティングされた顕微鏡スライドを準備 <ol><li>メタノール、アセトンおよび脱イオン水の最終すすぎに続いて脱イオン水で顕微鏡スライドおよび0.17ミリメートルのカバーガラス（または顕微鏡対物レンズに応じて）を、清掃してください。 </li><li&gt;きれいな顕微鏡スライド上に約5mm離れて両面テープのいくつかの部分を配置することによって、チャネルを作成します。長いガラスカバースリップを取り、両面テープの上部にそれを押してチャンネルを封印。カバースリップとスライドのエッジが同一平面ではないので、それは顕微鏡スライドの中央に配置されていることを確認してください。 </li><li> 1mg / mLの最終濃度に900μLの1xのトリス緩衝液にBSA-ビオチンストック溶液の100μLを加えます。 </li><li>一方の端部にソリューションをピペッティングし、組織を使用して他の溶液を離れてウィッキングすることによってチャネルにBSA-ビオチン溶液50μLを流れます。 0.1MのNaClの50μLと3-5フラッシュに続いて5分間インキュベートします。 </li><li> 0.2ミリグラム/ mLの最終濃度に960μLの1xトリス緩衝液中5mg / mLのNAVの株式の40μLに希釈します。 </li><li>一方の端部にソリューションをピペッティングし、組織を使用して他の溶液を離れてウィッキングすることによってチャネルにNAV溶液50μLを流れます。 2-5分間インキュベート0.1MのNaClの50μLと3-5フラッシュが続きます。 </li><li> 1-10 mg / Lでの濃度になるように、撮像バッファーに懸濁SWNTのストック溶液を希釈し、チャネル内に溶液50μLを流れ、5分間インキュベートします。 </li><li>ゆっくりイメージングバッファの50μLを使用して、過剰な単層カーボンナノチューブを洗い流します。 </li></ol></li><li> APTESシラン化顕微鏡スライドの調製 注：APTESは、スライドは方法は、ガラス基板の表面に負に帯電したDNA-包まれたSWNTを固定化することを可能にするシラン化。 <ol><li>エタノール中の（3-アミノプロピル）トリエトキシシラン（APTES）の10％溶液を調製します。 </li><li> 3.2.2に記載されている手順を使用して作られたチャネルを使用して、1×トリス緩衝液100μLに流れます。 </li><li> APTES溶液でチャンネルをフラッシュし、5分間インキュベートします。 1×トリス緩衝液で洗浄します。 </li><li>チャネルとincubには1〜10mg /土地フロー溶液50μLの濃度になるように画像化バッファ中の浮遊DNA-SWNTのストック溶液を希釈5分間食べました。 </li><li>ゆっくりイメージングバッファの50μLを使用して、過剰な単層カーボンナノチューブを洗い流します。 </li></ol></li></ol> 4.蛍光分光法とSWNTセンサーの顕微鏡観察<ol><li> NIR蛍光顕微鏡 <ol><li>レーザ励起およびイメージングのためのInGaAsセンサアレイを装備した倒立顕微鏡を用いて表面に固定化SWNTの撮影を行います。 </li><li>調整可能なキネマティックマウントおよびポートの高さに設定し、ポストに取り付けられ菖蒲一対のミラーを用いた倒立顕微鏡の背面照明ポートを入力するレーザービームを向けます。ビームはレベルとその後のミラーの間に、それが照明ポートに入る前に置かれたとき、それは両方の虹彩を通過確認することでまっすぐであることを確認してください。必要であれば、潜望鏡アセンブリを使用してビームの高さを調整します。ビームを減衰させることになる照明ポート上の任意のショートパス熱フィルタを削除します。 </li><li>顕微鏡に適切なフィルターキューブを挿入目的に励起光を反射し、出射光を収集します。これは、典型的には、センサに当たるから散乱励起光を最小にするために、励起波長上記カットオフを有する二色性ロングパスフィルタで構成され（ 例えば 、750 LP）及び発光ロングパスフィルタ（ 例えば、850 LP）。また、発光フィルタは、特定のキラリティのSWNTの放出のために選択的に選択することができます。 </li><li> 1ミリメートルのピンホールを含む2オフセット、つや消しディスクで対物レンズを交換し、適切なアライメントキューブを挿入することにより、ビーム位置合わせの微調整を行います。両方の下部及び上部配向ディスクの中心にビームを合わせます。 </li><li>センサーサイズに対応するために、必要に応じて適切なアダプタと0.5Xレンズを用いて顕微鏡の側イメージング・ポートへの2DのInGaAsセンサアレイを接続します。 </li><li> 100X油浸対物レンズ（1.4 NA）を使用して、蛍光フリーイマージョンオイルを適用し、immobiを配置顕微鏡ステージ上にSWNTサンプルをlized。 </li><li>油に接触するまでカバーガラス（＃1.5、170ミクロン厚さ）の底に目的を上げます。必要に応じて、撮影条件、 例えば、温度、ガラスの厚さなどのために客観的なカラーを調整します</li><li>ゆっくりと上の励起源との目標を引き上げるとInGaAsカメラの蛍光シグナルを監視します。焦点面が表面に接近し、固定化されたセンサーが焦点に入って来るように蛍光強度が徐々に増加する必要があります。 </li></ol></li><li> NIR蛍光分光 注：蛍光分光法は、同じ顕微鏡セットアップを使用して行わなく顕微鏡本体の外分光器とInGaAsリニアアレイ検出器に収集された光を向けることによってすることができます。 <ol><li> NIRの定格キネマティックマウントとミラーを使用して、分光器の入射スリットに向けて光路を向けます。ダウンポイへの光の焦点を合わせます入り口は集束レンズを使用して、スリットntの上に（ 例えば 、平凸、F = 150ミリメートル）。この配向は、&lt;1ミリワットにレーザーパワーを減衰し、1「ミラーと顕微鏡対物レンズを交換すると50/50ビームスプリッタフィルターキューブを使用することによって達成される。励起光は、その後、出口ポートを介して顕微鏡本体を残すことができます入射スリット上にビームを集束するために、ミラーとレンズを調整するために使用されます。 </li><li>顕微鏡の対物レンズとロングパスフィルターを交換した後、ステージ上にウェルプレートを配置し、分光器とInGaAsアレイを用いて合焦サンプルのスペクトルを記録します。 </li></ol></li><li> ドーパミンへ（GT）15 DNA-SWNTの可逆的応答を測定 <ol><li>マウントセンサーは、顕微鏡ステージ上にチャンネルをコーティングし、100倍の油浸対物レンズとInGaAsカメラを使用してフォーカスに持ち込みます。流路やレコードにリン酸緩衝食塩水（PBS）に100μMのドーパミン溶液50μLを追加蛍光強度の変化。 </li><li>リン酸緩衝生理食塩水を使用して、ドーパミン溶液を洗い流し、個々のSWNTセンサーの蛍光の変化を観察します。 </li></ol></li><li> 単層カーボンナノチューブセンサの分析物応答のためのウェルプレートスクリーニング 注：異なる分析物のスクリーニングは、電動ステージを使用して制御透明なウェルプレートを用いて行うことができます。理想的なウェルプレートは、可視光と赤外線に対して透明であり、ウェル間のクロストークを最小限に抑えるために黒の側壁を有しています。 <ol><li> 384ウェルプレートのためによく均一に、一般的に&gt; 96ウェルプレート用の100μLと&gt; 30μLの底部をカバーするのに十分な各ウェルに中断したSWNTセンサー（ 例えば 、5 mg / Lの濃度）のピペット等容量、 。 </li><li>ウェルプレートにライブラリーをスクリーニングすることからピペット分析物（ 例えば 、2μL、100μMの最終容量）。ポテンシャルウェル間のばらつきを考慮するために三重に各検体を準備し、fluctuat励起強度、または温度のイオン。 </li><li>分光器とInGaAsアレイを用いた発光スペクトルを監視しながら、客観的（ 例えば 、20Xのachroplan、0.45 NA）を上げます。目的の最適な位置は、測定された強度の最大値に対応している必要がありウェル内の試料体積のほぼ中央に焦点面を配置します。 </li><li>各サンプルウェルについて、スペクトルを収集するために1月10日のエクスポージャーを記録。 </li><li>蛍光応答を定量化するために、追加の検体のないただのSWNTを含むコントロールに各ウェルについて発光スペクトルを比較してください。 </li></ol></li></ol>

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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. 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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.

得られたSWNTポリマーハイブリッドのコロイド分散系によって提供される光学密度の増加によって示されるように、単層カーボンナノチューブを容易に、SDS又は一本鎖DNAとの直接的な超音波処理を介して、水溶液中に懸濁されます。 SDSおよびssDNAが分散し、疎水性またはπ-π相互作用を介してSWNT表面上に吸着させることによってSWNTのバンドルを可溶化します。さらに、ゲノムDNA、両親媒性ポリマー、共役ポリマーおよび脂質のような他のポリマーは、SCまたはSDSを用いて懸濁したサンプルを透析によって単層カーボンナノチューブの表面に吸着することができます。例えば、PEGのような親水性ポリマーは、ブロック共重合体の表面吸着を可能にするために、このようなRITCまたはFITCなどの疎水性「アンカー」を有する末端変性することができます。プローブ先端の超音波処理の高出力にさらされると、またはSWNTに低い結合親和性を有するポリマーのためのせん断または分解を受けやすいポリマーのために、透析は安定したSWNT-ポリマー懸濁液を製造するための最良の方法です。ポリマーENCAPS以下のピュレーションは、遠心分離が均一に分散サンプルを残すために大規模なSWNTバンドル、アモルファスカーボン、残留金属触媒、および他の不溶性汚染物質を除去します。 10〜100mg / Lの間の遠心分離帯の後に分散したSWNTの典型的な最終濃度。 超音波パワー及び持続時間は、分散剤の特定の選択のために調整し、最適化することができます。多すぎるか、あまりにも強力な超音波処理が悪い蛍光につながることができますが少なすぎるか、弱超音波処理は、貧しい分散をもたらすことができるので、これはコーティングのSWNTの手順における重要なステップです。典型的に、低いパワーは、DNAのような剪断に感受性のポリマーを使用した場合のダメージを最小限に抑えるために必要です。より長い超音波処理の継続時間以上強度は〜100 nmの励起子再結合長以下SWNTは非蛍光になったSWNTの長さの減少につながることができます。ソニケータープローブ先端のサイズはまた、飛散を回避するために、サンプルボリュームに一致し、最適のための発泡べき（典型的には製造業者によって提供される）をもたらします。容器の側面にプローブ先端に触れないようにしてくださいと、溶液の加熱を最小限に抑えるために氷のブロックにソリューションを配置します。分散した後、SWNTのソリューションは、無期限に室温で安定しています。 分散生成したSWNTの溶液の吸光度および発光スペクトルは異なるキラリティーの分散したSWNTの混合物の存在を示す、複数のピークを含みます。 SWNTの生成または精製方法の代替方法は、異なるピーク励起および発光の蛍光スペクトルにつながる、キラリティの分布を変更することができます。さらに、別の合成方法は、異なるキラリティーの人口分布を有するSWNTのサンプルを得ることができます。例えば：HiPCO法（鉄カルボニル触媒を用いた高圧）成長したSWNTは、吸収の違いにつながる、（7,6）キラリティーに富んでいながらCoMoCAT（コバルト - モリブデン触媒は）成長したSWNTは、（6,5）キラリティーが豊富ですそして、PHOToluminescenceスペクトル。 特定の吸着ポリマーは、チューブ表面の局所環境を変えることによりSWNTの蛍光放出を調節することにより分析物の特異的検出を可能にします。このアプローチは、恒久的に蛍光発光強度を減らすことができSWNT格子を、破壊しないことにより、結合部分の共有結合を超える明確な利点を提供しています。 6,32 - 34さらに、CoPhMoReアプローチは、すでに知られている結合部分が存在しない場合がありターゲットに対する抗体のないセンサーを開発するための可能性を秘めています。 28具体的には、（GT）15 -DNA選択的ドーパミンセンサーとしてのその使用を可能にする、ドーパミンの存在下でのSWNTの蛍光発光を増強することが示されています。バルク蛍光測定は、特定のSWNTのカイラリティのピーク発光の80％程の増加を示します。固定化（GT）は、スライドガラス上の15 -DNA SWNTは蛍光RESPを可能にします個々の（GT）15 -DNAの官能化SWNTのオンセ測定は、その蛍光を示すことは連続レーザ照明下で、任意のかなりの光退色することなく、ドーパミンの存在下で、単一のSWNTセンサー用のオーバー3倍に増やすことができます。ドーパミンとSWNTセンサーとの間の相互作用は、緩衝液を用いて、マイクロ流体チャンバの外ドーパミンを洗浄した後、元の蛍光シグナルの回復によって明らかなように、可逆的です。さらに、単一分子の測定は、ポリマー吸着（ 図4）または結合事象の動態を定量化するための強力な特徴付け技術とすることができます。また、レシオメトリック感知は、化学的、ユニークな励起-発光ピークを持つ単一のSWNTのカイラリティを分離する（GT）15 -DNAでそれを官能、およびドーパミンに鈍感であることが第二のSWNTのカイラリティを単離することによって達成することができます。両方のSWNTのカイラリティを監視することMと比較することができる安定した制御蛍光チャネルを提供します<html> （GT）15 -DNA SWNTの蛍光をodulating。異なるポリマー（ 例えば、ポリエチレングリコール及び（GT）15 -DNA）は、このような修正拡散または細胞取り込み特性、in vivo実験で行う際に重要であるプロパティとして追加することができます追加機能を組み合わせます。 現在、開発をセンサーにCoPhMoReアプローチの限界は、ポリマーライブラリーの開発が含まれています。結合部分は、 事前に知られていないため、特定のターゲットのためのセンサを開発することは時間がかかることやスクリーニングのためのセンサーライブラリーを構築するための化学的に多様なポリマーを大量に必要とすることができます。さらに、in vivoでの環境では、センサの安定性と互換性は、センサからのセンサに変えることができます。候補センサが同定された後しかし、さらなる修飾戦略は、インビボ用途のために必要な特性を最適化するために使用することができます。 ve_content &quot;&gt;ここで、我々は、分散剤の広範囲に適用可能で水溶液中のSWNTを分散させるための方法を示している。このアプローチは、小分子および生物学的マーカーのための新規な新しいNIRセンサの発見のための分散SWNTのライブラリを作成するために使用することができ。特に興味深いのは、複雑な生物学的環境におけるこれらの分子の空間的に正確な検出、リアルタイムを有効にする可能性があり、神経伝達物質を検出するためのセンサです。

単層カーボンナノチューブ（SWNT）は、アトミックの炭素原子の薄い層は、固有の電子的及び光学的特性を示す細長い円筒に巻かれています。 1このような特性は、その地域の環境に非常に敏感である励起子再結合を介して、近赤外（NIR）蛍光発光を生成するバンドギャップが含まれます。 SWNTのNIR放射は、光の侵入深さは、生物学的組織のために最大である近赤外窓内に入ります。 2,3また、SWNTは、有機蛍光色素分子とは対照的に、非定型のいくつかのユニークな特徴を示す：SWNTの展示大きなストークスシフト、退色しない、と点滅しません。 4最近、これらの特性を活用することは生物学への応用を有する新規分子センサーの品揃えの発展につながっています。 5,6未修飾は、しかしながら、SWNTは、水に不溶性であり、そして個々のSWNTの懸濁液を得ることが課題であることができます。 7,8 BundliNGの溶液中の単層カーボンナノチューブの集合体は、感知用途には適さない、それらをレンダリングそれらのバンドギャップ蛍光、2を難読化することができます。 水溶液中での個々のカーボンナノチューブを分散させて疎水性主導凝集を防止するために、それらの表面を修飾する必要があります。共有結合修飾は、単層カーボンナノチューブを、水溶性、10レンダリングならびに特定の結合化学を付与することができるが9、SWNT格子の欠陥サイトが減少またはそれらの蛍光発光を和らげます。疎水性およびπ-πスタッキング相互作用を介してナノチューブ表面に吸着13 -代わりに、SWNTの官能化は、界面活性剤、脂質、ポリマー及びDNA 9,11を使用することによって達成することができます。表面官能性SWNTの周囲の結果として生じる化学的環境は、そのコロナ相と呼ばれます。コロナ相の摂動はSWNTフッ素に変調を引き起こし、ナノチューブ表面上を移動する励起子に大きな影響を持つことができescence排出。これは、SWNTの大きな表面積に特異的な結合様式を組み込むことにより、新たな分子センサーの開発に利用することができるコロナ相とSWNTの蛍光との間のこの敏感な関係です。検体を結合するとSWNTコロナ相の摂動は、局所誘電環境の変化につながる電荷移動、またはシグナル伝達機構として機能するSWNTの蛍光放出を調節することができるすべてが格子欠陥を導入することができます。 14このアプローチは、DNA、15,16グルコース17ならびにATP、18の反応性酸素種19および窒素酸化物などの小分子を含む分子の多くの異なるクラスの検出のための新規蛍光センサーの開発に使用されます。 20,21しかし、これらのアプローチは、それらが標的分析物のための既知の結合様式の存在に依存しているという点で制限されています。 最近では、より一般的なアプリ蛍光センサーを設計するゴキブリは非共有結合性の両親媒性ヘテロ、リン脂質、およびポリ核酸で官能単層カーボンナノチューブを使用して開発されました。具体的には、タンパク質26,27または神経伝達物質のドーパミンを含む小分子を結合することができるユニークなコロナ相25 -これらの分子は、個々の単層カーボンナノチューブ22の非常に安定な懸濁液を生成するために、カーボンナノチューブの表面に吸着します。 28から30エンジニアリングのSWNTと特異的に結合する標的分析物を分散させるコロナ相としてコロナ相分子認識（CoPhMoRe）と呼ばれます。 28小型、低毒性、高い安定性とCoPhMoRe SWNTセンサーのunbleaching NIR蛍光はそれらに延長時間分解測定のための生体内検知のための優秀な候補となっています。 6最近の研究は、反応性窒素および酸素種の光学的検出のための植物組織における自分のアプリケーションを示しています。 31CoPhMoRe SWNTセンサーにとって特に刺激的な用途は、電気化学センシングまたは免疫組織化学などの他の技術は、空間分解能、時間分解能、および特異性の欠如に苦しんでいるような、生体内でドーパミンなどの神経伝達物質のラベルフリーの検出、の可能性です。 設計とCoPhMoRe SWNTセンサーを発見は、これまで特定のターゲットのためのセンサを発見する可能性を制限し、分散剤ライブラリーのサイズおよび化学的多様性によって拘束されています。現在までに、研究者は、唯一のSWNTセンサーのためのような機能的に活性な分散剤を提供することができ利用できる共役、共同ブロック、生物学的および生体模倣ポリマーの表面に傷しています。ここでは、両方の単層カーボンナノチューブを分散させ、高スループットスクリーニングのための単一のSWNTセンサー分析のためのそれらの蛍光を特徴付けるための別の方法を提示します。具体的には、ポリ核酸oligomとコーティングのSWNTのための手順を概説します者透析により界面活性剤交換により両親媒性ポリマーとSWNTを官能する方法だけでなく、直接超音波処理を使用して。私たちは、例として、ローダミンイソチオシアネート（RITC-PEG-RITC）で官能（GT）15 -DNAおよびポリエチレングリコールを使用しています。私たちは、ドーパミンの検出のためのCoPhMoReセンサとして（GT）15 -DNA SWNTの使用を示します。最後に、我々は、特性評価または単一分子検出のために使用することができる単一分子センサーの測定を行うための手順の概要を説明します。

<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.

単層カーボンナノチューブは、直接超音波処理により透析交換により界面活性剤及び両親媒性ポリマーの両方を使用して水溶液中に懸濁させました。 図1は、SC、RITC-PEF20-RITCを使用して中断し、鉄カルボニル触媒による方法（HiPCO法）を用いて成長させ、かつ、単層カーボンナノチューブを示している（GT）15 -DNA。 SDS（またはポリマー）とSWNTの光学密度を超音波処理した後に劇的に増加させ、遠心分離による精製（ 図1）を介して凝集し、汚染物質の除去の際に減少します。中断SWNTの濃度を定量化nmの632での吸光度の測定。 28 SWNTの懸濁液の光物理的特性は、吸光度および蛍光分光法を用いて特徴付けられます。 図2（GT）15 -DNAとRITC-PEG20-RITCを使用して、中断したSWNTの吸光度および蛍光発光スペクトルを示します。目電子吸収スペクトルは、試料中のナノチューブに存在するそれぞれ異なるキラリティーのための個々の吸光度ピークの重ね合わせです。同様に、それぞれのキラリティーは、その固有の蛍光発光ピークを示します。相対発光ピーク強度の違いは、キラリティーの人口分布の違いならびに721 nmレーザーを用いて励起効率の違いの結果です。 （I 0は初期SWNTの蛍光強度であり、Iは、ドーパミンの添加後のSWNTの強度である）を用いて試料の蛍光をモニターすることによって測定されるドーパミンの異なる濃度の存在下での（GT）15 DNA-SWNTの蛍光応答分光光度計とInGaAsリニアアレイ（ 図3）。 （GT）15 -DNA-SWNTの総蛍光が増大するドーパミン濃度（ 図3a）と増加しました。蛍光rをesponse応答がキラリティー特異的であり得ることを示し、発光ピーク（ 図3b）の関数です。ドーパミン濃度が2μMに近づくにつれて、強度2倍の増加をピークnmの1044 nmおよび1078の蛍光。 図3Eは、ドーパミンの添加に応答して、PEG-（GT）15 DNA-SWNTの増加の全体発光スペクトルの強度を示します。 代替的なDNA配列を用いて被覆された個々のSWNTは、C 26 -DNA顕微鏡スライドの表面につながれ、（（GT）15に同じ方法を用いて調製）をのInGaAsカメラと100倍油浸対物レンズを用いてレーザ照射下で測定されている（ 図4）。表面に係留単一エミッタを監視する緩衝液を使用して、標的分子を洗い流すことにより、センサ応答の可逆性を検証するために使用することができます。全内部反射蛍光（TIRF）マイクロコピーはまた、光退色実験によって各チューブに取り付けられたDNA分子の数を定量化する単層カーボンナノチューブに吸着した画像色素結合DNAを使用することができます。 図4は、Cy3標識DNAの3つの異なる漂白イベントは、単一のエミッタの蛍光強度トレースの量子化ステップから推測示しています。これらの結果は、3つのDNA分子がSWNTに接続されていることを示しています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55030/55030fig1.jpg" /> 図1： ポリマーと界面活性剤は、単層カーボンナノチューブを中断。 （a）は RITC-PEG20-RITCのSWNTの写真は準備の様々な点で2％のSCを使用して停止しました。左：SWNTは、前の超音波処理にSC溶液に直接添加します。センター：遠心分離に続いて、90％の振幅で10分間プローブ先端の超音波処理に続いて、浴超音波処理の10分後。溶液の光学密度は、単層カーボンナノチューブのバンドルであるように増加します分散した（約100 mg / LのSWNT濃度）。右：RITC-PEG20-RITCポリマーと透析後、RITC-PEG-RITCは、単層カーボンナノチューブを一時停止の最終濃度は〜20 mg / Lです。 （b）は、SWNT懸濁液収率はSWNTを懸濁するために使用されるポリマーに応じて変えることができます。溶液の光学密度は、溶液相のSWNT濃度の良好な推定値を提供します。ピクチャーは、異なる濃度の（GT）15 -DNA懸濁管の異なる濃度です。左から右へ：100 mg / Lで、10 mg / Lで、1 mg / Lで、0 mg / Lで。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55030/55030fig2.jpg" /> 図2： 界面活性剤およびポリマーの吸収および蛍光発光スペクトルは、単層カーボンナノチューブを停止しました。 （a）は、代表的吸光度のsp（GT）15 -DNAによる直接超音波処理を使用して、中断したSWNTのectra。 SWNTの濃度は、10mg / Lです。挿入図：吸光度スペクトルのUV領域は260nmでの特徴的なDNAの吸光度ピークを示します。 （b）は RITC-PEG20-RITCの吸光スペクトルのSWNT透析によるSCの交換後。挿入図：RITC-PEG-RITCのSWNTの10倍希釈されたサンプルの吸光度は、ローダミンの特徴的吸光度を示します。 （c）は （GT）15 -DNA直接超音波処理することによって（785 nm励起）を使用して、中断したSWNTの代表的な近赤外発光スペクトル。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/55030/55030fig3.jpg" /> 図3：（GT）15 -DNA包まれたSWNTを 用いて、ドーパミンの蛍光検出 。 （A </<html> （GT）15 -DNAの強い&gt;）蛍光応答は、ドーパミンのほかに単層カーボンナノチューブを包みました。 5mg / Lの濃度でセンサーのサンプルは500ミリワット、721 nmのCWレーザーを用いて励起しました。 250μMに追加されたドーパミン濃度1μMで900-1,350 nmの増加からのセンサの発光の積分蛍光。 PEG-の（b）の蛍光発光スペクトル（GT）15 -DNAたSWNTの前およびドーパミンの添加後に包まれました。センサーの濃度は100μMの最終濃度まで添加したドーパミンを10mg / mLです。サンプルは、500ミリワット、721 nmのCWレーザーを用いて励起しました。 2つの最高強度は、ドーパミンの添加後の強度の約2倍のピーク。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <html> G &quot;/&gt; 図4：単一の表面固定化SWNTの蛍光イメージング。 （a）個体C 26 -DNA-SWNT（赤い矢印）の蛍光発光は、（APTESのシラン化手順を用いてシリカカバースリップ（＃1.5）上に固定化し、2DのInGaAsセンサアレイを用いて画像化、100X油浸対物レンズと顕微鏡を反転しますプランアポクロマート、1.4 NA）、および500mWの、721 nmのCWレーザ。 （b）の APTESを用いて表面につながC 26 -Cy3 DNA-SWNTの蛍光漂白実験を。 DNA鎖は、末端前にチューブ懸濁液にCy3で標識した3 &#39;です。個々のセンサの増分段階的な光退色（赤フィットトレース）を追跡することはSWNTの表面に吸着したDNA分子の数を決定するために使用されます。画像は、100×油浸対物レンズ（平面アポクロマート、1.4 NA）、および561 nmのレーザー励起とTIRFモードで倒立顕微鏡を用いて取得しました。スケールバー：10μmです。https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55030/55030fig4large.jpg &quot;ターゲット=&quot; _空白 &quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

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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.

単層カーボンナノチューブ上のバイオミメティックポリマーとエンジニアリング分子認識

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

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.1K ビュー.  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.

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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.

アクティブな細胞培養のための形状記憶ポリマー

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 ...

生物工学

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.

磁気強化アークプラズマにおける単層カーボンナノチューブとグラフェンの同時合成

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.

単一の合成Curliオペロンを作成して付着細菌を工学

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.

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.

アプリジア 単一ニューロンの電気生理学的・分子的解析のための神経節の準備

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.

脂質ナノチューブ上血液凝固第VIII因子の螺旋組織

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.

平面支持された二分子層​​上の単一分子蛍光顕微鏡

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.

セミフレキシブル高分子を研究する多目的ツールとして DNA ナノチューブ

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.

銀ナノ粒子とその抗菌活性と細胞毒性の評価変更多層カーボンナノ チューブの合成

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.

ヒト間葉系幹細胞によって Falcarindiol を含む新しい脂質被覆ナノ粒子の取り込み

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