この作品は、費補助金教育省、文化、スポーツ、日本の科学技術、京都Technoscienceセンター、研究開発のための三谷財団からの若手研究（16K17956）用によってサポートされていました。

1.楽器<ol><li> 偏光素子 <ol><li>偏光素子を構成するために、（偏光については、図1Cおよび物質一覧を参照して、ハロゲンランプ、ライトガイド、偏光子、試料ステージ、光学レール、ロッドスタンド、およびデジタル一眼レフカメラで光源を提供デバイスパーツ）。 </li></ol></li></ol>バイオポリマーソリューションの調製<ol><li> 多糖類ソリューション <ol><li>以上12時間〜80℃で攪拌することにより純水（100 mL）中のsacran 7（0.5 g）を溶解します。解散時には、蒸発を防ぐためにラップでコンテナをカバーしています。同様にキサンタンガムの水溶液を調製します。 </li><li> 0.5重量％の水溶液を得るため〜25℃で溶液を冷却します。 </li><li>不純物（48400×gで、4℃、1時間、3ティムを除去するsacran溶液を遠心分離ES）。 </li></ol></li><li> MTソリューション <ol><li>ブリトン-ロビンソン緩衝液中0.5重量％のチューブリン溶液（1 ml）を調製し（80mMのは、N、N &#39; -ビス（2-エタンスルホン酸）（PIPES）をピペラジン; 1mMのエチレングリコール-ビス（βアミノエチルエーテル） - N、N、N &#39;N&#39; -四酢酸（EGTA）、氷8上及び5mMのMgCl 2、pHは6.8）。 </li><li> 0.5重量％のチューブリン溶液（50μL）とを使用グアノシン5&#39; - [（α、β）-methyleno]三リン酸（GpCpp）（5μL）をGpCpp含有チューブリン溶液（50μL）を調製しました。安定したMTの核を得るために3時間37℃でインキュベートします。 注：GpCppの役割はMTの形成を支援するために、完全にチューブリンにMTの解重合を抑制することです。 </li><li>安定した0.5重量％のMTの溶液を得るために1日〜25℃で0.5重量％のチューブリン溶液（950μL）とGpCpp含有チューブリン溶液（50μL）を混合します。 </li></ol></li><li> DNA溶液<ol><li> Tris-EDTA緩衝液（1mMのEDTAを含む10 mMトリス、pHが8.0）に0.5重量％のDNA溶液（1 ml）を調製します。 </li></ol></li><li>乾燥実験のために25℃で0.5重量％のバイオポリマーサンプル溶液を保ちます。 </li></ol>クロス偏光下で3乾燥実験と観察<ol><li> 片側開放セル中の溶液（図1A） <ol><li>シリコンシートを切断し、厚さ1mmの適切な形状に（材料リストを参照）（5〜15ミリメートル、1mmの内径、及び〜20ミリメートル; 図1A）。 <ol><li> 5〜15ミリメートル、1ミリメートル、および〜20ミリメートルと二つの非修飾ガラススライド（26ミリメートル×76ミリメートル×1ミリメートル）の内径を有するシリコンスペーサからなる片側開放セルを組み立てます。漏出から試料溶液を保持するために、事前に二重クリップ付きセルの両側を固定します。 </li></ol></li><li>ゆっくり〜1mmの細孔サイズのピペットを使用して、0.5重量％のバイオポリマー溶液（100〜300μL）のそれぞれを追加〜25°Cでの各セルに先端のテ。注射針を用いて細胞から気泡を除去。 </li><li>蒸発のために、大気圧下、60℃で空気循環オーブンでの細胞を置きます。蒸発方向が重力と反対です。 </li></ol></li><li> 交差偏光下での観察（図1B-1C） <ol><li>広域（80ミリメートル×80 mm）の上に平坦面光源100 Wハロゲンランプを介して直線可視光を提供します。ホルダ（ 図1C）を用いて45°および135°の偏光子を調整します。 </li><li>光学レールやロッドスタンド（ 図1C）を用いた光源、偏光子、試料ステージ、カメラの位置を固定します。二つの偏光子（偏光子との間の距離は約5 cmであるべきである）との間に試料ステージを配置します。集中できるように、試料ステージから〜20センチメートルカメラを置きます。 </li><li>与えられた時間では、ポーラの間にステップ3.1.3からサンプルを置きますrizers XZ平面にステージと平行に及び黒色のカーテンでデバイスを覆います。実際の装置は、 図1Cに示されています。 </li><li>標準ズームレンズをデジタル一眼レフカメラを使用して、線形直交偏光子を介してサンプルを撮影（材料リストを参照）。コンピュータソフトウェア（物質一覧を参照）を使用して、例えば、焦点距離などのカメラの設定を制御します。 </li></ol></li><li> 透過光強度の時空間分析（図1C） <ol><li>乾燥工程における配向秩序度の変化を評価するために、24時間毎時写真を集めます。 </li><li> （ 例えば、ImageJの）画像処理プログラムを用いて、グレー値としてZ方向の中心線に沿って透過光強度を測定します。 </li><li>上部開放側からの距離の関数としてグレー値のグラフをプロットします。 </li></ol></li><li> 交差偏ガーゼの下で顕微鏡観察T（図1D） <ol><li>方法を確認するために、CCDカメラ9を備えた偏光顕微鏡による顕微鏡観察を行います。光路に一次位相差板を保ちます。 PCソフトウェアを使用して写真のための条件を制御します。 </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Flemming, H. -. C., Wingender, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biofilm+matrix.">The biofilm matrix.</a> Nat. Rev. Microbiology. 8 (9), 623-633 (2010).</li><li>Osada, Y., Kawamura, R., Sano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Hydrogels of cytoskeletal proteins. , (2016).</li><li>Rothemund, P. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns.">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, 297-302 (2006).</li><li>Okeyoshi, K., Okajima, M. K., Kaneko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Milliscale+self-integration+of+megamolecule+biopolymers+on+a+drying+gas-aqueous+liquid+crystalline+interface.">Milliscale self-integration of megamolecule biopolymers on a drying gas-aqueous liquid crystalline interface.</a> Biomacromolecules. 17 (6), 2096-2103 (2016).</li><li>De Gennes, P. G., Prost, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The physics of liquid crystals. , (1993).</li><li>De Gennes, P. G., Brochard-Wyart, F., Quere, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Capillarity and wetting phenomena: drops, bubbles, pearls, waves. , (2003).</li><li>Okajima, M. K., Kaneko, D., Mitsumata, T., Kaneko, T., Watanabe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyanobacteria+that+produce+megamolecules+with+efficient+self-orientations.">Cyanobacteria that produce megamolecules with efficient self-orientations.</a> Macromolecules. 42 (8), 3058-3062 (2009).</li><li>Okeyoshi, K., Kawamura, R., Yoshida, R., Osada, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-+and+photo-enhanced+microtubule+formation+from+Ru(bpy)32+-conjugated+tubulin.">Thermo- and photo-enhanced microtubule formation from Ru(bpy)32+-conjugated tubulin.</a> J. Mater. Chem. B. 2, 41-45 (2014).</li><li>Matsuo, E. S., Tanaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+discontinuous+volume-phase+transition+of+gels.">Kinetics of discontinuous volume-phase transition of gels.</a> J. Chem. Phys. 89, 1695-1703 (1988).</li><li>Okajima, K., Mishima, R., Amornwachirabodee, K., Mitsumata, T., Okeyoshi, K., Kaneko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+swelling+in+hydrogels+formed+by+cooperatively+aligned+megamolecules.">Anisotropic swelling in hydrogels formed by cooperatively aligned megamolecules.</a> RSC Adv. 5, 86723-86729 (2015).</li><li>Joshi, G., Okeyoshi, K., Okajima, M. K., Kaneko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+control+of+diffusion+and+swelling+in+megamolecular+polysaccharide+hydrogels.">Directional control of diffusion and swelling in megamolecular polysaccharide hydrogels.</a> Soft Matter. 12, 5515-5518 (2016).</li></ol>

著者は、開示することは何もありません。

カメラは透過光強度が低すぎることに起因する試料に焦点を合わせることが困難な場合がありました。このような場合には、ステージ上の拡張透明プラスチックフィルムを配置するフォーカスを配置するのに役立ちました。観察可能な解像度の限界は、この場合〜10μmのカメラレンズに依存していました。サンプルの厚さの観察制限、ΔYは、この場合〜10ミリメートルランプの最大光強度に依存していました。 図1Bに示された装置の利点は、試料の側面図の写真は、乾燥プロセス中に取り込まれることを可能にすることです。観察は、一般的な顕微鏡で使用される水平面に依存することなく行うことができます。乾燥実験中片側開放セルを放置し、蒸発方向が調節され、重力の反対方向です。側面図を監視することも、乾燥ラットの計算を可能にしますE 4。 将来的には、装置の試料ステージに温度と湿度レギュレータを配置することにより、自動的に配向秩序度の時間的変化を監視することが可能となります。さらに、重量変化を監視するために、セットアップのバランスが濃度の推定に役立つだろう。この方法はまた、多糖類ヒドロゲル11,12の異方性膨潤プロセスを明確にするために使用することができます。したがって、ソフトアクチュエータの構造変化を監視することが可能であろう。

生体高分子の剛直棒状構造に着目して、ダイナミックソフト材料は多糖バイオフィルムマトリックス1、細胞骨格タンパク質2からなる「活性ゲル」、および所望の形状3の「DNA折り紙」など、様々な用途に使用されてきました。構造特性を明確にするために、多くの戦略は、透過型電子顕微鏡、走査電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、共焦点蛍光顕微鏡として、検討されてきました。これらの方法は主に乾燥または静止状態で行われるため、実際の生体系で見られるようにしかし、巨視的スケールにおける動的挙動を説明することは困難です。最近、我々は正常偏光4を介して水性空気-LCインタフェース上の生体高分子の動的挙動を観察しました。配向構造の可視化の間、バイオポリマーを乾燥させながら溶液、経時変化が不安定エア-LCインタフェース上の生体高分子の自己集積化を示しました。 ここでは、偏光機器を用いて空気-LC界面におけるLC生体高分子溶液の乾燥のためのプロトコルを記載します。 5乾燥考慮していないLC相、6の他の分析とは対照的に、乾燥工程中LCダイナミクスは片側開放セルにおける流体相の側面図で配向秩序度を評価することによってここに検討しました。セル蒸発及び制御蒸着方向と巨視的な監視のために許可される偏器具の使用の組み合わせ。また、それは方法の有効性を実証するために、分子量、濃度、 等の影響を受けた吸着ミクロドメインの結晶構造に着目し、乾燥レコードを検証することが可能であった、乾燥プロこのような多糖類、微小管（MTS）、およびDNAなどの剛性ロッド形状の基本的な生体高分子のcessesは、調査しました。彼らはmegamolecular重みを持つ階層的な高分子の代表的な例であり、その分子間相互作用がLC状態を形成することを可能にするので、私たちは、これらの生体高分子を選びました。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="617">
	<tbody>
		<tr height="69">
			<td height="69" style="height:69px;width:172px;">sacran</td>
			<td style="width:151px;">Green Science Materials Inc., Japan</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:163px;">From Aphanothece sacrum. 
			Mw = 1.9 &#215; 107 g mol-1</td>
		</tr>
		<tr height="69">
			<td height="69" style="height:69px;width:172px;">xanthan gum</td>
			<td style="width:151px;">Taiyo Kagaku Co., Japan</td>
			<td style="width:131px;">Neosoft XC</td>
			<td style="width:163px;">From Xanthomonas campestris. 
			Mw = 4.7 &#215; 106 g mol-1</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">tubulin</td>
			<td style="width:151px;">Cytoskeleton, Inc., USA</td>
			<td style="width:131px;">T240</td>
			<td style="width:163px;">From porcine brain.</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">GpCpp</td>
			<td style="width:151px;">Jena Bioscience, Germany</td>
			<td style="width:131px;">NU405L</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">piperazine-N,N&#8242;-bis(2-ethanesulfonic acid)</td>
			<td style="width:151px;">Sigma-Aldrichi, Co. LLC.</td>
			<td style="width:131px;">P6757-500G</td>
			<td style="width:163px;">PIPES</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:172px;">ethylene glycol-bis(&#946;-aminoethyl ether)-N,N,N&#39;,N&#39;-tetraacetic acid</td>
			<td style="width:151px;">Dojindo Molecular Technologies, Inc.</td>
			<td style="width:131px;">342-01314</td>
			<td style="width:163px;">EGTA</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">MgCl2-6H2O</td>
			<td style="width:151px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">135-15055</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">KOH</td>
			<td style="width:151px;">Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">162-21813</td>
			<td style="width:163px;">pellet</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="58" style="height:58px;width:172px;">DNA</td>
			<td rowspan="2" style="width:151px;">Sigma-Aldrich, Co. LLC.</td>
			<td rowspan="2" style="width:131px;">D1626</td>
			<td rowspan="2" style="width:163px;">From salmon testes. 
			Mw = 1.3 &#215; 106 Da (~2000 bp)</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">Tris-EDTA buffer solution</td>
			<td style="width:151px;">Sigma-Aldrich, Co. LLC.</td>
			<td style="width:131px;">T9285-100ML</td>
			<td style="width:163px;">10 mM Tris, pH 8.0, with 1 mM EDTA</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">slide glass</td>
			<td style="width:151px;">Matsunami Glass Ind., Ltd., Japan</td>
			<td style="width:131px;">S1111</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">silicon rubber sheet</td>
			<td style="width:151px;">Asone Co.</td>
			<td style="width:131px;">6-611-32</td>
			<td style="width:163px;">Thickness: 1 mm</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">centrifuge</td>
			<td style="width:151px;">Beckman-Coulter, Inc., USA</td>
			<td style="width:131px;">Avanti J-25</td>
			<td style="width:163px;">equipped with a JA-20 rotor</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">light source</td>
			<td style="width:151px;">Sumita Optical Glass, Inc., Japan</td>
			<td style="width:131px;">LS-LHA</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">light guide</td>
			<td style="width:151px;">Sumita Optical Glass, Inc., Japan</td>
			<td style="width:131px;">GF7.2-1-L1500R-M80 (AAAR-015M)</td>
			<td style="width:163px;">80 mm &#215; 80 mm</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">halogen lamp</td>
			<td style="width:151px;">Ushio Inc., Japan</td>
			<td style="width:131px;">JCR 15V150WBN</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">polarizer</td>
			<td style="width:151px;">Luceo, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">POLAX-42S</td>
			<td style="width:163px;">40 x 80 x 2t (45&#730;)</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">KMH-80</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">sample stage</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">TARW-25503L</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">sample holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">SHA-25RO</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">rod</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">ROU-12-40</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">posts holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">RS-6-40</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">posts holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">RS-12-60</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">posts holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">RS-12-80</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">posts holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">RS-12-130</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">carrier</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">CAA-25LS</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">camera holder</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">CMH-2</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">medium optical rail</td>
			<td style="width:151px;">Sigmakoki, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">OBA-500SH</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">lenstube</td>
			<td style="width:151px;">Tomytech, BORG</td>
			<td style="width:131px;">lenstube BK</td>
			<td style="width:163px;">80&#966;, L25 mm&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">lenstube</td>
			<td style="width:151px;">Tomytech, BORG</td>
			<td style="width:131px;">lenstube BK</td>
			<td style="width:163px;">80&#966;, L50 mm&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">multiband</td>
			<td style="width:151px;">Tomytech, BORG</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:163px;">80&#966;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">V plate</td>
			<td style="width:151px;">Tomytech, BORG</td>
			<td style="width:131px;">V plate 60S</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">plate holder</td>
			<td style="width:151px;">Viexen, Co.,Ltd.</td>
			<td style="width:131px;">plate holder SX</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">EOS Kiss X7i&#160;</td>
			<td style="width:151px;">Canon Inc., Japan</td>
			<td style="width:131px;">8594B001</td>
			<td style="width:163px;">with a standard zoom lens,&#160; EFP 18-55 mm</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">photographic software</td>
			<td style="width:151px;">Canon Inc., Japan</td>
			<td style="width:131px;">EOS Utility</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">PC</td>
			<td style="width:151px;">Microsoft</td>
			<td style="width:131px;">Surface</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">polarization microscope</td>
			<td style="width:151px;">Olympus</td>
			<td style="width:131px;">BX51</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">first order retardation plate</td>
			<td style="width:151px;">Olympus</td>
			<td style="width:131px;">U-TP530</td>
			<td style="width:163px;">&#955; = 530 nm</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">CCD camera</td>
			<td style="width:151px;">Olympus</td>
			<td style="width:131px;">DP80</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:172px;">photographic software</td>
			<td style="width:151px;">Olympus</td>
			<td style="width:131px;">cellSens Standard</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:172px;">Java-based image processing program</td>
			<td style="width:151px;">the National Institutes of Health</td>
			<td style="width:131px;">ImageJ</td>
			<td style="width:163px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

methods for the self-integration of megamolecular biopolymers on the drying air-lc interface

水を使用する生物は常に環境に乾燥する傾向があります。皮膚層における維管束と保湿水で水を動かすの例に見られるように、彼らの活動は、生体高分子ベースのマイクロおよびマクロ構造によって駆動されます。本研究では、乾燥にバイオポリマーからなる水性の液晶（LC）溶液の効果を評価するための方法を開発しました。 LCの生体高分子がmegamolecular重みを持っているように、我々は多糖類、細胞骨格タンパク質、およびDNAを研究することにしました。偏光下で乾燥中に生体高分子溶液の観察は、不安定な空気-LCインターフェースから出発milliscale自己集積化を明らかにする。水性LCバイオポリマー溶液のダイナミクスは、片側開放セルから水を蒸発させることによってモニターすることができます。交差偏光を用いて撮影した画像を解析することにより、 配向秩序度における時空間変化を認識することができます。このこの方法は、様々な分野でなく、自然の生きた組織における人工材料ではないだけの特徴付けのために役立つことができます。私たちは、それが生物医学や環境分野での柔らかい素材のための評価方法を提供することを考えています。

<html> 図1に示すように、乾燥空気-LCインターフェース上macrodomainするために、ミクロドメインからの自己統合のデバイスを使用すること（ 図2A）を評価しました。乾燥実験の最初の実証、megamolecular多糖類、sacran（M W = 1.9×10 7グラムモル-1）およびキサンタンガム（4.7×10 6グラムモル-1）の二種類として、比較しました。 図2Bは、交差偏光下での細胞中の溶液の写真を示します。乾燥前に、両方の溶液に散乱状態で透過光を有するいくつかの明るい領域を観察することが可能でした。 6時間60℃で乾燥した後、sacran溶液中の空気-LC界面の下の領域が大幅に高くなりました。これは、ドメインがゲル収縮プロセスにスキン層形成と同様のインタフェースで巨視的に配向構造を形成することを意味します&quot;外部参照&quot;&gt; 10。温度がちょうど60°Cまで25°Cから増加し、そしていくつかの小さなmacrodomainsインターフェイス下に観察したところ一方、キサンタン溶液の強度が急激に低下しました。キサンタンガムミクロドメインの移動度がはるかに敏感sacranミクロドメインのそれよりも温度になるためです。インターフェイス上の配向の重要な相違点は、このように、偏光装置を用いて検出しました。 図2C及び映画S1は sacran溶液中の乾燥工程のための時空間分析の結果を示します。透過光強度は、マイクロドメインの配向秩序度を示しています。気液界面付近のピーク強度が大幅に増加し、厚さが約2 mmまで成長しました。これらの結果は、ミクロドメインが空気-LCインターフェイスANからオリエントに開始することを示しますインターフェイスにmilliscaleドメイン平行に成長dは。偏光の下で、この観察から、乾燥工程において、流体の動きを可視化することが可能です。 macrodomainサイズおよび配向方向の面でsacranとキサンタンガムとの間の差は、第1次位相差板（ 図2D）での偏光顕微鏡により確認しました。 sacran流体相は、単一macrodomainが界面に形成されることを意味し、一つの青色領域を示しました。対照的に、キサンタンガム流体相は、複数macrodomainsは任意の向きで形成されたことを意味し、青、黄、ピンクの領域を示しました。 この方法はまた、megamolecular重みと基本的な硬質生体高分子の三種類を比較するために調査した-多糖類（sacran：W M = 1.9×10 7グラムモル-1、ミクロドメイン&gt;20μmの長さ）のMT（M W = 10 9 -10 10グラムモル-1、&gt;10μmのミクロドメインの長さ）、及びDNA（= 1.3×10 6グラムのモル-1、マイクロドメインの長さ&lt;1μM）W M - 37℃の生理的な環境インチ図3Bに示すように乾燥する前に、sacran溶液及びMT溶液を全域に散在ドメインと、同様のLC状態を示しました。乾燥工程中に、MT溶液中のドメインは、空気-LCインターフェースから自己の統合を受け、散乱ドメインは単一macrodomainに統合しました。一方、DNA溶液を液相には、特定の配向性を示しませんでした。 MT溶液および緩衝液を用いて調製したDNA溶液の場合には、積分が乾燥中の塩濃度、pH、およびイオン強度の変化によって影響されることに留意することが重要です。 図3C）を用いて偏光顕微鏡で観察し、配向秩序度と吸着ポリマーフィルムの方向を明確にするため=「1」年齢&gt;。 sacran乾燥レコードがあるためmilliscale単一macrodomain形成の重要な複屈折強度を示しました。 MT乾燥記録のために、私たちは、長軸がX軸に平行した波状の束を観察しました。対照的に、DNA溶液の乾燥レコードは、粒子状のmacrodomains &lt;5μmの直径と任意の方向で示されました。これらの観察から、macrodomainサイズは棒状ミクロドメインの長さに影響されることは明らかです。偏光顕微鏡を用いて乾燥レコードを観察することによってバイオポリマーミクロドメインの指向方向を評価することが可能でした。 結論として、偏光を用いた方法を使用しました乾燥空気-LCインタフェース上megamolecularバイオポリマーの自己統合のため。水性LC溶液のダイナミクスは片側開放セルから水を蒸発させることによってモニターしました。交差偏光を用いて撮影した画像を解析することにより、時空間変化および配向秩序度を認識することが可能でした。実証乾燥工程は、自然のプロセスと類似していることを考慮すると、この方法は、様々な分野ではなく、天然の生体組織の人工材料のみならずの特徴付けのために有用であろう。これは、生物医学や環境分野での柔らかい素材のための評価方法を提供できると信じています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig1.jpg" /> 図1：実験を乾燥させます。 （A）片側開放セル中の溶液の略図。 （B）交差偏光下で観察するために用いた実験装置の概略図。偏光子は、通常、45°と135°に調整しました。 （C） 実際のデバイス。この図は、参照6から変更されています。著作権：アメリカ化学会、2016年には<a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55274/55274fig1large.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/55274/55274fig2.jpg" /> 図2：多糖類sacranとキサンタンガムの水溶液の乾燥工程。 （A） 乾燥空気-LCインタフェース上に自己集積化の概略図。 （B） 初期状態で以降の多糖ソリューションの2種類のサイドビュー交差偏光下で60℃で乾燥の6時間。初期ポリマー濃度は0.5重量％でした。 （C） 所与の時点で撮影した各画像のためのZ方向のライン上のクロスニコルを通る光の強度を伝達。 （D） 60℃での乾燥の6時間後の細胞中のポリマー溶液の偏光顕微鏡像。赤矢印：インターフェイス上macrodomains。この図は、参照6から変更されています。著作権：アメリカ化学会、2016年には<a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55274/55274fig2large.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/55274/55274fig3.jpg" /> 図3：バイオポリマーの水溶液と乾燥レコードの乾燥工程。 （A）ポリゴンのソースのaccharides（シアノバクテリア）、のMT（ブタの脳）、およびDNA（サーモン精巣）。 （B） 交差偏光下で37℃にて乾燥中sacran、MT、及びDNA溶液の側面図。初期ポリマー濃度は0.5重量％でした。 （C） クロスニコルの所定の方向を介してガラス基板上に乾燥したポリマーフィルムの顕微鏡画像。すべてのスケールバーは50μmです。この図は、参照6から変更されています。著作権：アメリカ化学会、2016年には<a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55274/55274fig3large.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="映画S1" src="/files/ftp_upload/55274/55274vid1.jpg" /> 映画S1：60℃で の 乾燥中sacran溶液のプロセスを乾燥 、使用して観察クロスニコル。 <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/55274/Movie_S1-3fps.avi" target="_blank">この映画をダウンロードするにはこちらをクリックしてください。</a>

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Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

空気 - 液体結晶界面にmegamolecular生体高分子の乾燥誘導性の自己集積化するための方法がここに提供されます。この方法は、生体高分子の巨視的ポテンシャルを理解するために、だけでなく、生物医学や環境分野でのソフト材料の評価方法としてだけでなく、有用であろう。

乾燥風-LCインターフェイス上Megamolecular生体高分子の自己統合するための方法

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.0K ビュー.  Japan Advanced Institute of Science and Technology. 空気 - 液体結晶界面にmegamolecular生体高分子の乾燥誘導性の自己集積化するための方法がここに提供されます。この方法は、生体高分子の巨視的ポテンシャルを理解するために、だけでなく、生物医学や環境分野でのソフト材料の評価方法としてだけでなく、有用であろう。 

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Bridging the Bio-Electronic Interface with Biofabrication

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and higher throughput. The incorporation of biological components onto biological microelectromechanical systems (bioMEMS) has shown great potential for achieving these goals. Microfabricated electronic chips allow for micrometer-scale features as well as an electrical connection for sensing and actuation. Functional biological components give the system the capacity for specific detection of analytes, enzymatic functions, and whole-cell capabilities. Standard microfabrication processes and bio-analytical techniques have been successfully utilized for decades in the computer and biological industries, respectively. Their combination and interfacing in a lab-on-a-chip environment, however, brings forth new challenges. There is a call for techniques that can build an interface between the electrode and biological component that is mild and is easy to fabricate and pattern.
Biofabrication, described here, is one such approach that has shown great promise for its easy-to-assemble incorporation of biological components with versatility in the on-chip functions that are enabled. Biofabrication uses biological materials and biological mechanisms (self-assembly, enzymatic assembly) for bottom-up hierarchical assembly. While our labs have demonstrated these concepts in many formats 1,2,3, here we demonstrate the assembly process based on electrodeposition followed by multiple applications of signal-based interactions. The assembly process consists of the electrodeposition of biocompatible stimuli-responsive polymer films on electrodes and their subsequent functionalization with biological components such as DNA, enzymes, or live cells 4,5. Electrodeposition takes advantage of the pH gradient created at the surface of a biased electrode from the electrolysis of water 6,7,. Chitosan and alginate are stimuli-responsive biological polymers that can be triggered to self-assemble into hydrogel films in response to imposed electrical signals 8. The thickness of these hydrogels is determined by the extent to which the pH gradient extends from the electrode. This can be modified using varying current densities and deposition times 6,7. This protocol will describe how chitosan films are deposited and functionalized by covalently attaching biological components to the abundant primary amine groups present on the film through either enzymatic or electrochemical methods 9,10. Alginate films and their entrapment of live cells will also be addressed 11. Finally, the utility of biofabrication is demonstrated through examples of signal-based interaction, including chemical-to-electrical, cell-to-cell, and also enzyme-to-cell signal transmission. 
Both the electrodeposition and functionalization can be performed under near-physiological conditions without the need for reagents and thus spare labile biological components from harsh conditions. Additionally, both chitosan and alginate have long been used for biologically-relevant purposes 12,13. Overall, biofabrication, a rapid technique that can be simply performed on a benchtop, can be used for creating micron scale patterns of functional biological components on electrodes and can be used for a variety of lab-on-a-chip applications.

This article describes a biofabrication approach: deposition of stimuli-responsive polysaccharides in the presence of biased electrodes to create biocompatible films which can be functionalized with cells or proteins. We demonstrate a bench-top strategy for the generation of the films as well as their basic uses for creating interactive biofunctionalized surfaces for lab-on-a-chip applications.

Biofabricationとバイオエレクトロニック·インタフェースをブリッジする

Advancements in lab-on-a-chip technology promise to revolutionize both research and medicine through lower costs, better sensitivity, portability, and ...

生物工学

Flexural Rigidity Measurements of Biopolymers Using Gliding Assays

Microtubules are cytoskeletal polymers which play a role in cell division, cell mechanics, and intracellular transport. Each of these functions requires microtubules that are stiff and straight enough to span a significant fraction of the cell diameter. As a result, the microtubule persistence length, a measure of stiffness, has been actively studied for the past two decades1. Nonetheless, open questions remain: short microtubules are 10-50 times less stiff than long microtubules2-4, and even long microtubules have measured persistence lengths which vary by an order of magnitude5-9.
	Here, we present a method to measure microtubule persistence length. The method is based on a kinesin-driven microtubule gliding assay10. By combining sparse fluorescent labeling of individual microtubules with single particle tracking of individual fluorophores attached to the microtubule, the gliding trajectories of single microtubules are tracked with nanometer-level precision. The persistence length of the trajectories is the same as the persistence length of the microtubule under the conditions used11. An automated tracking routine is used to create microtubule trajectories from fluorophores attached to individual microtubules, and the persistence length of this trajectory is calculated using routines written in IDL.
	This technique is rapidly implementable, and capable of measuring the persistence length of 100 microtubules in one day of experimentation. The method can be extended to measure persistence length under a variety of conditions, including persistence length as a function of length along microtubules. Moreover, the analysis routines used can be extended to myosin-based acting gliding assays, to measure the persistence length of actin filaments as well.

A method to measure the persistence length or flexural rigidity of biopolymers is described. The method uses a kinesin-driven microtubule gliding assay to experimentally determine the persistence length of individual microtubules and is adaptable to actin-based gliding assays.

グライディングアッセイを用いて生体高分子の曲げ剛性の測定

Microtubules are cytoskeletal polymers which  play a role in cell division, cell mechanics, and intracellular transport. Each of these functions requires ...

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain central aspects of cellular physiology. To easily combine cell patterning with Multi-Electrode Arrays (MEAs) and silicon-based &#8216;lab on a chip&#8217; technologies, a microfabrication-compatible protocol is required. We describe a method that utilizes deposition of the polymer parylene-C on SiO2&#160;wafers. Photolithography enables accurate and reliable patterning of parylene-C at micron-level resolution. Subsequent activation by immersion in fetal bovine serum (or another specific activation solution) results in a substrate in which cultured cells adhere to, or are repulsed by, parylene or SiO2 regions respectively. This technique has allowed patterning of a broad range of cell types (including primary murine hippocampal cells, HEK 293 cell line, human neuron-like teratocarcinoma cell line, primary murine cerebellar granule cells, and primary human glioma-derived stem-like cells). Interestingly, however, the platform is not universal; reflecting the importance of cell-specific adhesion molecules. This cell patterning process is cost effective, reliable, and importantly can be incorporated into standard microfabrication (chip manufacturing) protocols, paving the way for integration of microelectronic technology.

Cell Patterning on Photolithographically Defined 
Parylene-C: SiO2 Substrates

This protocol describes a microfabrication-compatible method for cell patterning on SiO2. A predefined parylene-C design is photolithographically printed on SiO2 wafers. Following incubation with serum (or other activation solution) cells adhere specifically to (and grow according to the conformity of) underlying parylene-C, whilst being repulsed by SiO2 regions.

はSiO：フォトリソグラフィによって画定されたパリレン-C上の細胞のパターニング<sub&gt; 2</sub&gt;基板

Cell patterning platforms support broad research goals, such as construction of predefined in vitro neuronal networks and the exploration of certain ...

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular entanglement of the constituent polymers in the spinning dope was found to be an essential prerequisite for successful electrospinning. Rheology is a powerful tool to probe the molecular conformation and interaction of biopolymers. In this report, we demonstrate the protocol for utilizing rheology to evaluate the electrospinnability of two biopolymers, starch and pullulan, from their dimethyl sulfoxide (DMSO)/water dispersions. Well-formed starch and pullulan fibers with average diameters in the submicron to micron range were obtained. Electrospinnability was evaluated by visual and microscopic observation of the fibers formed. By correlating the rheological properties of the dispersions to their electrospinnability, we demonstrate that molecular conformation, molecular entanglement, and shear viscosity all affect electrospinning. Rheology is not only useful in solvent system selection and process optimization, but also in understanding the mechanism of fiber formation on a molecular level.

Electrospinning is a fascinating technique used to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. Molecular entanglement of the constituent polymers in the spinning dope is essential for successful electrospinning. We present a protocol for utilizing rheology to evaluate the electrospinnability of two biopolymers, starch and pullulan.

生体高分子の分子エンタングルメントとElectrospinnability

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

Gene Transfection toward Spheroid Cells on Micropatterned Culture Plates for Genetically-modified Cell Transplantation

To improve the therapeutic effectiveness of cell transplantation, a transplantation system of genetically modified, injectable spheroids was developed. The cell spheroids are prepared in a culture system on micropatterned plates coated with a thermosensitive polymer. A number of spheroids are formed on the plates, corresponding to the cell adhesion areas of 100 &#181;m diameter that are regularly arrayed in a two-dimensional manner, surrounded by non-adhesive areas that are coated by a polyethylene glycol (PEG) matrix. The spheroids can be easily recovered as a liquid suspension by lowering the temperature of the plates, and their structure is well maintained by passing them through injection needles with a sufficiently large caliber (over 27 G). Genetic modification is achieved by gene transfection using the original non-viral gene carrier, polyplex nanomicelle, which is capable of introducing genes into cells without disrupting the spheroid structure. For primary hepatocyte spheroids transfected with a luciferase-expressing gene, the luciferase is sustainably obtained in transplanted animals, along with preserved hepatocyte function, as indicated by albumin expression. This system can be applied to a variety of cell types including mesenchymal stem cells.

This protocol describes a cell transplantation system using genetically modified, injectable spheroids. Cell spheroids are cultured on micropatterned culture plates and recovered after gene introduction using polyplex nanomicelles. This system facilitates prolonged transgene expression from the transplanted cells in host animals while maintaining the innate function of the cells.

遺伝的に改変された細胞移植のためのマイクロパターン培養プレート上スフェロイド細胞に対する遺伝子導入

To improve the therapeutic effectiveness of cell transplantation, a transplantation system of genetically modified, injectable spheroids was developed. ...

Methods for Characterizing the Co-development of Biofilm and Habitat Heterogeneity

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is strongly regulated by the surrounding flow and nutritional environment. Biofilm growth also increases the heterogeneity of the local microenvironment by generating complex flow fields and solute transport patterns. To investigate the development of heterogeneity in biofilms and interactions between biofilms and their local micro-habitat, we grew mono-species biofilms of Pseudomonas aeruginosa and dual-species biofilms of P. aeruginosa and Escherichia coli under nutritional gradients in a microfluidic flow cell. We provide detailed protocols for creating nutrient gradients within the flow cell and for growing and visualizing biofilm development under these conditions. We also present protocols for a series of optical methods to quantify spatial patterns in biofilm structure, flow distributions over biofilms, and mass transport around and within biofilm colonies. These methods support comprehensive investigations of the co-development of biofilm and habitat heterogeneity.

Biofilms have complex interactions with their surrounding environment. To comprehensively investigate biofilm-environment interactions, we present here a series of methods to create heterogeneous chemical environment for biofilm development, to quantify local flow velocity, and to analyze mass transport in and around biofilm colonies.

バイオフィルムと生息地異質の共同開発を特徴付けるための方法

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is ...

PIP-on-a-chip: A Label-free Study of Protein-phosphoinositide Interactions

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific lipid component within a membrane, as in the case of phosphoinositides (PIPs), to ensure specific subcellular localization and/or activation. PIPs and cellular PIP-binding domains have been studied extensively to better understand their role in cellular physiology. We applied a pH modulation assay on supported lipid bilayers (SLBs) as a tool to study protein-PIP interactions. In these studies, pH sensitive ortho-Sulforhodamine B conjugated phosphatidylethanolamine is used to detect protein-PIP interactions. Upon binding of a protein to a PIP-containing membrane surface, the interfacial potential is modulated (i.e. change in local pH), shifting the protonation state of the probe. A case study of the successful usage of the pH modulation assay is presented by using phospholipase C delta1 Pleckstrin Homology (PLC-&#948;1 PH) domain and phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PI(4,5)P2) interaction as an example. The apparent dissociation constant (Kd,app) for this interaction was 0.39 &#177; 0.05 &#181;M, similar to Kd,app values obtained by others. As previously observed, the PLC-&#948;1 PH domain is PI(4,5)P2 specific, shows weaker binding towards phosphatidylinositol 4-phosphate, and no binding to pure phosphatidylcholine SLBs. The PIP-on-a-chip assay is advantageous over traditional PIP-binding assays, including but not limited to low sample volume and no ligand/receptor labeling requirements, the ability to test high- and low-affinity membrane interactions with both small and large molecules, and improved signal to noise ratio. Accordingly, the usage of the PIP-on-a-chip approach will facilitate the elucidation of mechanisms of a wide range of membrane interactions. Furthermore, this method could potentially be used in identifying therapeutics that modulate protein&#39;s capacity to interact with membranes.

Here we present a supported lipid bilayer in the context of a microfluidic platform to study protein-phosphoinositide interactions using a label-free method based on pH modulation.

PIP-on-a-chip：タンパク質 - ホスホイノシチド相互作用のラベルフリー研究

Numerous cellular proteins interact with membrane surfaces to affect essential cellular processes. These interactions can be directed towards a specific ...

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb monoliths (MHMs) with micrometer-scale channels are expected as efficient platforms for reactions and separations because of their large surface areas. Up to now, MHMs have been prepared by a unidirectional freeze-drying (UDF) method only from very limited precursors. Herein, we report a protocol from which a series of MHMs consisting of different components can be obtained. Recently, we found that cellulose nanofibers function as a distinct structure-directing agent towards the formation of MHMs through the UDF process. By mixing the cellulose nanofibers with water soluble substances which do not yield MHMs, a variety of composite MHMs can be prepared. This significantly enriches the chemical constitution of MHMs towards versatile applications.

Here, we present a general protocol to prepare a variety of microhoneycomb monoliths (MHMs) in which fluid can pass through with an extremely low pressure drop. MHMs obtained are expected to be used as filters, catalyst supports, flow-type electrodes, sensors and scaffolds for biomaterials.

セルロースナノファイバーの一方向凍結乾燥法により作製した Microhoneycomb モノリス基づくゾル: メソッドと拡張機能

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface (C-RPNI) in the Adult Rat

Recent advances in neuroprosthetics have enabled those living with extremity loss to reproduce many functions native to the absent extremity, and this is often accomplished through integration with the peripheral nervous system. Unfortunately, methods currently employed are often associated with significant tissue damage which prevents prolonged use. Additionally, these devices often lack any meaningful degree of sensory feedback as their complex construction dampens any vibrations or other sensations a user may have previously depended on when using more simple prosthetics. The composite regenerative peripheral nerve interface (C-RPNI) was developed as a stable, biologic construct with the ability to amplify efferent motor nerve signals while providing simultaneous afferent sensory feedback. The C-RPNI consists of a segment of free dermal and muscle graft secured around a target mixed sensorimotor nerve, with preferential motor nerve reinnervation of the muscle graft and sensory nerve reinnervation of the dermal graft. In rats, this construct has demonstrated the generation of compound muscle action potentials (CMAPs), amplifying the target nerve&#39;s signal from the micro- to milli-volt level, with signal to noise ratios averaging approximately 30-50. Stimulation of the dermal component of the construct generates compound sensory nerve action potentials (CSNAPs) at the proximal nerve. As such, this construct has promising future utility towards the realization of the ideal, intuitive prosthetic.

Fabrication of the Composite Regenerative Peripheral Nerve Interface C-RPNI in the Adult Rat

The following manuscript describes a novel method for developing a biologic, closed loop neural feedback system termed the composite regenerative peripheral nerve interface (C-RPNI). This construct has the ability to integrate with peripheral nerves to amplify efferent motor signals while simultaneously providing afferent sensory feedback.

成体ラットにおける複合再生性末梢神経インタフェース(C-RPNI)の作製

Recent advances in neuroprosthetics have enabled those living with extremity loss to reproduce many functions native to the absent extremity, and this is ...

Silicon Nanowires and Optical Stimulation for Investigations of Intra- and Intercellular Electrical Coupling

Myofibroblasts can spontaneously internalize silicon nanowires (SiNWs), making them an attractive target for bioelectronic applications. These cell-silicon hybrids offer leadless optical modulation capabilities with minimal perturbation to normal cell behavior. The optical capabilities are obtained by the photothermal and photoelectric properties of SiNWs. These hybrids can be harvested using standard tissue culture techniques and then applied to different biological scenarios. We demonstrate here how these hybrids can be used to study the electrical coupling of cardiac cells and compare how myofibroblasts couple to one another or to cardiomyocytes. This process can be accomplished without special equipment beyond a fluorescent microscope with coupled laser line. Also shown is the use of a custom-built MATLAB routine that allows the quantification of calcium propagation within and between the different cells in the culture. Myofibroblasts are shown to have a slower electrical response than that of cardiomyocytes. Moreover, the myofibroblast intercellular propagation shows slightly slower, though comparable velocities to their intracellular velocities, suggesting passive propagation through gap junctions or nanotubes. This technique is highly adaptable and can be easily applied to other cellular arenas, for in vitro as well as in vivo or ex vivo investigations.

This protocol describes the use of silicon nanowires for intracellular optical bio-modulation of cell in a simple and easy to perform method. The technique is highly adaptable to diverse cell types and can be used for in vitro as well as in vivo applications.