This work was supported by the Marie Curie International Reintegration Grant (EP7). P. D. acknowledges the support of the Israel Council for Higher Education.

1. 팁 수정 <ol><li> 구매 질화 규소 (Si3N4), 실리콘 팁 AFM 캔틸레버 (~ 2 nm 인 캔틸레버 공칭 반경). </li><li> 20 분 동안 무수 에탄올에 침지하여 각 AFM 캔틸레버를 청소합니다. 실온에서 건조. 그런 다음 5 분 동안 O 2 플라즈마에 노출시킴으로써, 캔틸레버를 처리한다. </li><li> (15)의 비율 (3cm) 용액을 함유하는 메틸 트리에 톡시 실란 및 3- (아미노 프로필) 트리에 톡시 실란을 상기 클린 팁 일시 : 1 (V / V)를 불활성 분위기 (질소 또는 아르곤 중)하에 데시 케이 터에서하고 데시 케이 터에 연결 진공 펌프. 2 시간 동안 진공 혼합 실란 화합물의 두 종류의 단층을 형성한다. </li><li> 핫 플레이트에 팁을 배치 (이 과정에 대한 제작) 금속 팁 홀더를 사용합니다. 이어서 대기압 조건에서 70 ° C에서 10 분 동안 팁을 건조. 사용하기 전에 에탄올을 사용하여 핫 플레이트, 금속 홀더와 핀셋을 청소합니다. </li><li> 객실 t의 팁 쿨럼 온하고 1 시간 동안 0.5 % (v / v)의 트라이 에틸 아민을 함유하는 클로로포름 5mm의 농도 플루 오레-PEG-N 히드 록시 숙신이 미드의 용액 (FMOC-PEG-NHS, MW 5,000 다)시에 끝 몰입 실온. </li><li> 5 분 동안 클로로포름의 팁을 찍어 후 추가로 5 분 디메틸 포름 아미드 (DMF)에 찍어. 부착 된 PEG 분자의 FMOC기를 탈 보호하기 위해 30 분 동안 DMF 중의 20 % 피 페리 딘 (V / V)의 팁을 담근다. 4 분 후, 추가로 4 분 동안 N- 메틸 -2- 피 롤리 돈 (NMP)에 DMF에 팁을 찍어. 세 번 찍기 순차를 반복합니다. </li><li> 아미노산의 커플 링, 보호 N 말단 아미노산 (AA) / 디 이소 프로필 에틸 아민 (DIPEA) / 2- (1H- 벤조 트리아 졸 -1- 일) -1,1,3,3- 테트라 메틸 hexafluophosphate을 함유하는 용액으로 끝 몰입 1.5 시간 동안 5 ㎖ NMP 30 mm의 총 농도에서 1 : 1 : 1의 몰비 (HBTU). </li><li> 펩티드 결합의 경우, 5 ㎖의 용액으로 계속 팁을 찍어보호 된 펩타이드의 40 mg의 aining (N 단자와 사이드 체인, 예를 FMOC-Gln의 (트리트) -Pro-의 Ala-빼앗아 (tBu 중에서) -Ser (tBu 중에서) -Arg에 대한 (PBF) -Tyr (tBu 중에서) -COOH.) 15 mg의 2- (1H- 벤조 트리아 졸 -1- 일) -1,1,3,3- 테트라 메틸 우로 늄 헥사 플루오로 포스페이트 (HBTU), 및 2 시간 동안 NMP에 DIPEA 5 ㎖. </li><li> 4 분 동안 NMP의 팁을 찍어. 이어서, 아세틸기로 리밍 무료 / 미 NH 2 보호 몰비 4에 무수 아세트산 / DIPEA의 혼합물을 30 분 동안 팁을 찍어 : 1 NMP에서 0.65 M의 합계 농도. </li><li> 펩타이드 결합의 경우, 두 개의 추가 단계를 수행합니다. <ol><li> 펩티드의 측쇄 탈 보호 1 시간 동안 95 % TFA, 2.5 % 트라이 아이소 프로필 실란 및 2.5 %의 물을 함유하는 용액으로 끝 몰입하고 클로로포름, DMF로 세척하기 위해. </li><li> 30 분 동안 DMF 중의 20 % 피 페리 딘 (V / V)로 팁을 펩티드의 FMOC기를 제거 몰입하기 위해. </li></ol></li><li> 순차적으로 펩타이드 / 아미노산 기능화를 찍어클로로포름, 50 % 에탄올 및 물 (아미노산) (펩티드) DMF 또는 NMP에서 네 분마다 D 팁. 마지막으로 공기의 팁을 건조. </li></ol> 2. 표면 준비 <ol><li> 운모를 준비합니다. 스카치 테이프를 이용하여 각각의 사용 전에 기판 (9.9 mm 직경)을 절단. 그런 다음, 트리플 증류수 (TDW)로 표면을 세척한다. </li><li> 산화 티타늄이 코팅 된 실리콘을 준비합니다. <ol><li> 다이아몬드 펜을 사용 2cm 사각형으로 실리콘 웨이퍼 (100)를 잘라. </li><li> 아세톤으로 채워 15 ㎖의 시험관에 상기 기판을 위치시키고 초음파 조에서 5 분 동안 초음파 처리하여. 이어서, 이소프로판올로 채워진 15ml의 시험관이 배치면을 5 분 동안 초음파 처리하여. 질소를 이용하여 기판을 건조. </li><li> 5 % (중량 / 부피) 용액을 제조하기 위해 에탄올에 계면 활성제 (예하여, Byk-348)를 녹인다. 그 후, 2 ㎖의 30 %의 이산화 티탄 분산액에 계면 활성제 용액 0.02 mL를 첨가. </li><li> 생성 된 용액에서 0 캐스트 놓습니다.깨끗한 Si 기판에 2 mL를. </li><li> 공기에서 2 시간 동안 250 ° C에서 이러한 드롭 주조 표면을 어닐링. (41) </li></ol></li></ol> 3. 단일 분자 힘 분광학 측정 <ol><li> 시중에서 판매하는 두 구성 요소 접착제와 AFM의 금속 홀더에 원하는 표면을 연결합니다. 작은 페트리 접시 모양 된 AFM의 유리 홀더 금속 홀더를 배치합니다. 트리스 완충액 (50 mM의 pH는 7.4) 또는 원하는 매체와이 홀더를 입력합니다. 그런 다음, 팁 홀더 아래 AFM 무대에 홀더를 배치합니다. </li><li> 약 10 %의 절대 불확실성과 함께합니다 (AFM 소프트웨어에 포함 된) 열 변동 방법 (26)를 사용하여 10 ~ 30 PN / 나노 미터에 이르는 스프링 상수와 AFM의 캔틸레버를 보정합니다. </li><li> 이 압축에 의해 기판과 접촉 할 때까지 기판에 아미노산 또는 펩티드 - 작용 팁에 근접하여 상호 작용하는 힘을 측정~ 200 PN의 힘과 즉시 ~ 200 nm의 거리를 0.1 ~ 0.8 μm의 / s의에서, 다양한 속도로 끝을 철회. </li></ol> 4. 데이터 분석 <ol><li> 포토 다이오드 감도 (V / m)을 승산하고, 실험적으로 결정된 스프링 정수를 사용하여 (V)을 강제로 변위 값을 변환한다. (42)이 AFM 소프트웨어에 의해 자동으로 수행된다. <ol><li> 곡선의 단일 분자 이벤트, 기록 수백 (800-1,500)와 FD 곡선을 구하십시오. 단일 분자 곡선의 두 피크를 얻었다 : 첫 번째 피크는 팁과 표면과 표면 분자의 특이 적 상호 작용에 대한 두 번째 피크 사이의 대응 비특이적 상호 작용을 나타낸다. 상기 FD 곡선이 두 피크 이상을 함유하는 경우, 가장 가능한 힘의 계산에서 그들을 버린다. 참고 : 하나의 접착 이벤트가 (10에서 곡선의 30 %)을 고려됩니다. (43) </li></ol></li><l난&gt; 다음의 히스토그램의 제조에 사용되는 부하율의 세트를 획득하기 직전 파열 겉보기 충전율 웜 형상 쇄 (WLC) 모델 (44)과의 거리 커브 대 맞는 적어도 50 힘을 계산하는데 명백한 로딩 속도. 기판으로부터 캔틸레버를 분리 한 후에 시행 점프의 펩타이드 / 아미노산과 표면 사이의 결합 해제 력을 유도. </li></ol>

저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없음을 선언합니다.

프로토콜에서 1.3, 1.4 및 1.7의 광범위한 치료에 매우 부드러운 방식으로 수행되어야 단계. 단계 130에서, 팁 실란 혼합물 실란 화 과정이 불활성 대기 (수분이 없음)에서 수행되어야 접촉이어야한다. (45) 이것은 적층 형성을 방지하기 위하여 실란 분자가 쉽게 수분의 존재하에 가수 분해를 받아야하기 때문에 수행된다. (45) 단계 140에서, 온도 및 시간을 적절하게 유지되어야한다. 단계 1.5을 시작하기 전에, 팁은 실온으로 냉각한다; 그렇지 않으면이 손상됩니다. 결합 단계 (170)에서, HBTU 및 검사 아미노산 또는 펩티드 완전히 혼합물에 용해한다. 결합 후, 다른 용매와 팁을 세척하는 팁에 대한 손상을 방지하기 위해 매우 부드러운 방식으로 수행해야합니다. 보고 된 기술은 APPL 될 수 있습니다어떤 펩타이드 나 아미노산에 IED. 실리콘 팁을 수정하려면, 우리는 실란을 사용합니다. 이 변경 될 수 있습니다 일반적인 화학이다. 예를 들어, 하나의 팁을 수정하는 PEG 화 실란 중 두 가지 유형을 사용할 수있다. 팁은 금으로 제조되는 경우 23, 25, 26 후 티올 기의 선단부의 변형에 사용될 수있다. 대체 프로토콜 니트릴 로트리 아세테이트 (NTA)이 함께 재조합 히스티딘 표지 된 단백질, 히스티딘 타겟팅 할 링커를로 끝나는 이용한다. 최근 Lyubchenko 등. 합성을 설명하고 신규 중합체 링커 검사 SMFS 여러 실험에서의 응용을 나타내었다. 링커의 합성이 잘 발달 포스 (PA) 화학을 기반으로합니다. 이 화학 물질은 소정의 길이와 PA 조성 링커의 일상 합성을 할 수 있습니다. 이러한 링커는 길이가 균일하고 다양한 작용기로 종결 될 수있다.또한, 생체 분자는 황원자 골드 폼 공유 결합 네이티브 또는 설계 티올기를 통해 금 기재 또는 팁에 고정 될 수있다. 이 방법은 대량의 단일 분자 레벨에서의 표면으로부터 분자를 바인딩 해제되지하는데 필요한 힘의 양적 상세한 측정을 허용한다. 이 기술의 미래의 애플리케이션은 팁 부착 단백질의 새로운 복합 재료의 설계를 포함한다. 새로운 복합 재료 및 기능면의 설계 및 개발은 무기 물질과 단백질 또는 펩티드 사이의 상호 작용의 기본적인 이해를 얻는 이점 것이다. AFM과 SMFS 여기에서 제공하는 프로토콜은 단백질, 펩타이드 및 다른 표면과 아미노산 사이의 상호 작용을 연구하기위한 강력한 도구 역할을 할 수 있습니다.

단백질과 무기 미네랄 간의 상호 작용은 특유의 특성을 가진 복합 재료의 구성을 이끈다. 이것은 높은 기계적 강도 또는 고유 광학 특성을 갖는 물질을 포함한다. 예를 들어 1, 2, 미네랄 하이드 록시 아파타이트와 단백질 콜라겐의 조합은 서로 다른 기능을위한 연질 또는 경질의 뼈를 생성한다. 3 짧은 펩티드는 높은 특이성과 무기 물질을 바인딩 할 수 있습니다. 도 4를 참조하면, 이러한 펩티드 5, 6 특이성이 결정 9는 나노 물질의 제조, 8, 7, 새로운 자기 및 전자 재료를 설계 성장에 사용 된 (10)와 합성 나노 입자. 11 그러므로 우리가 개선 된 흡착 특성을 가진 새로운 복합 재료를 설계 할 수 펩타이드 또는 단백질과 무기 물질 사이의 상호 작용을 기본 메커니즘을 이해. 면역 반응과 임플란트의 계면이 단백질에 의해 매개되기 때문에 또한, 더 나은 무기 물질과 단백질의 상호 작용을 이해하는 것이 임플란트를 설계 할 수있는 능력이 향상됩니다. 무기 표면과 상호 작용하는 단백질을 포함하는 또 다른 중요한 영역 방오 재료의 제조이다. 12, 13, 14, 15은 생 오손 생물이 표면에 부착 한 바람직하지 않은 방법이다. 그것은 우리의 삶에 많은 부정적인 의미를 가지고있다. 예를 들어, 의료 기기에 대한 세균의 생물 연료는 병원 획득 감염으로 이어집니다. 보트와 대형 선박에 해양 생물의 생 오손은 증가<html> 연료의 소비. 12, 16, 17, 18 단일 분자 힘 분광법 (SMFS)는 원자 현미경을 사용하여, 직접, 아미노산 또는 펩티드와 기판 사이의 상호 작용을 측정 할 수있다. 이러한 파아지 디스플레이, 27 (28) 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 다른 방법 석영 크리스탈 마이크로 저울 (QCM) (29) 표면 플라스 몬 공명 (SPR) 29, 30, 31, 32,심판 &quot;&gt; (33) 측정 대량의 무기 표면에 펩타이드와 단백질의 상호 작용. 34, 35, 36 그러면 이러한 방법에 의해 얻어진 결과는 분자 또는 응집체의 앙상블에 관한 것을 의미한다. SMFS에서 하나 또는 소수의 분자는 AFM 팁에 고정되고, 원하는 기판과의 상호 작용을 측정한다. 이 방법은 표면으로부터 단백질을 당겨 단백질 접힘 학습하도록 확장 될 수있다. 또한, 세포와 단백질과 그 리간드에 대한 항체의 결합 상호 작용을 측정하는데 사용될 수있다. 37, 38, 39, 40이 논문은 실라 화학 제를 사용하여 AFM 팁에 펩티드 또는 아미노산 중 하나를 부착하는 방법을 상세히 설명한다. 또한, 종이는 힘의 측정을 수행하는 방법 및 분석 방법을 설명결과.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="638">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="173">
			<td height="173" style="height:173px;width:164px;">Silicon nitride (Si3N4) AFM cantilevers with silicon tips</td>
			<td style="width:147px;">Bruker (Camarilo, CA, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">MSNL10, nominal cantilevers radius ~2 nm&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Methyltriethoxysilane&#160;</td>
			<td style="width:147px;">Acros Organics (New Jersey, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">For Silaylation of the AFM tip&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">3-(Aminopropyl) triethoxysilane</td>
			<td style="width:147px;">Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Triisopropylsilane</td>
			<td style="width:147px;">Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:164px;">N-Ethyldiisopropylamine</td>
			<td style="width:147px;">Alfa-Aesar (Lancashire, UK)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:164px;">Triethylamine</td>
			<td style="width:147px;">Alfa-Aesar (Lancashire, UK)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:164px;">Piperidine</td>
			<td style="width:147px;">Alfa-Aesar (Lancashire, UK)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used for tip modification</td>
		</tr>
		<tr height="232">
			<td height="232" style="height:232px;width:164px;">Fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide&#160; (Fmoc-PEG-NHS)</td>
			<td style="width:147px;">Iris Biotech GmbH (Deutschland, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as the covalent flexible linker&#160; (MW = 5000 Da)</td>
		</tr>
		<tr height="253">
			<td height="253" style="height:253px;width:164px;">2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3,-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU)</td>
			<td style="width:147px;">Alfa Aser (Heysham, England)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as a coupling reagent.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:164px;">N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)</td>
			<td style="width:147px;">Acros Organics (New Jersey, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as Solvent in Tip modification procedure</td>
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:164px;">DMF (dimethylformamide)</td>
			<td style="width:147px;">Merck (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">Used as Solvent in Tip modification procedure</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Trifluoro acetic acid (TFA)</td>
			<td style="width:147px;">Merck (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Acetic anhydride</td>
			<td style="width:147px;">Merck (Darmstadt, Germany)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Peptides</td>
			<td style="width:147px;">GL Biochem (Shanghai, China).</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:164px;">Phenylalanine and Tyrosine&#160;</td>
			<td style="width:147px;">Biochem (Darmstadt, Germany)&#160;</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;"></td>
		</tr>
		<tr height="240">
			<td height="361" rowspan="7" style="height:361px;width:164px;">30% TiO2 dispersion in the mixture of solvent 2-(2-Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP)</td>
			<td rowspan="7" style="width:147px;">Applied Vision Laboratories (Jerusalem, Israel)</td>
			<td rowspan="7" style="width:64px;"></td>
			<td rowspan="7" style="width:264px;">(30%) in the mixture of solvent 2-(2 Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP)</td>
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="20">
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:164px;">Mica substrates</td>
			<td style="width:147px;">TED PELLA, INC. (Redding, California, USA)</td>
			<td style="width:64px;"></td>
			<td style="width:264px;">9.9 mm diameter</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single-molecule force spectroscopy

단백질이나 펩티드 및 무기 물질 사이의 상호 작용은 몇 가지 흥미로운 프로세스로 이어집니다. 예를 들어, 미네랄 단백질을 결합하는 독특한 성질을 갖는 복합 재료의 형성을 이끈다. 또한,의 생물 연료의 바람직하지 못한 프로세스는 표면에 생체 분자를 주로 단백질의 흡착에 의해 개시된다. 유기층은 박테리아 접착층이고 이들 표면과 상호 작용할 수있다. 유기 - 무기 계면에서의 상호 작용을 지배하는 근본적인 힘을 이해하는 것은 연구의 많은 지역을위한 것이 중요하고, 광학 기계 및 생명 의학 애플리케이션을위한 새로운 재료의 설계가 발생할 수 있습니다. 이 논문은 펩타이드 또는 아미노산 및 잘 정의 된 무기 표면 중 하나 사이의 접착력을 측정하기 위해 AFM을 이용하는 단일 분자 힘 분광 기법을 보여준다. 이 기술은 AFM에 생체 분자를 부착하기위한 프로토콜을 포함원자력 현미경에 의해 공유가요 성 링커 및 단일 분자 힘 스펙트럼 측정을 통한 팁. 또한, 이러한 측정 분석이 포함된다.

도 1은 선단부 수정 방법을 나타낸다. 첫 번째 단계에서, 플라즈마 처리는, 질화 실리콘 팁의 표면을 변화시킨다. 끝은 OH 그룹을 제공합니다. 이러한 그룹은 실란과 반응한다. 이 단계의 마지막에, 팁의 표면 자유 -NH 2 그룹에 포함된다. 이러한 유리 아민은 FMOC -PEG-NHS, 공유 링커와 반응 할 것이다. 페그 링커 FMOC 그룹 pipyridine, 탈 보호 시약을 제거한다. 마지막으로, 검토 된 아미노산 또는 펩티드 분자는 결합 시약 HBTU를 사용하여 PEG의 유리 아민 그룹을 통해 결합된다. 수정 된 AFM 팁과 표면 (도 2)와 아미노산 또는 펩티드의 상호 작용을 조사 할 수있다. 페그 분자는 끝에서 펩타이드 나 아미노산을 분리하고 자유롭게 동양에 있습니다. 전형적인 힘 measu포스 - 거리 곡선에서 별 개로 결과 (그림 3). 이 곡선은 표면으로부터 팁 단일 분자 접착 이벤트 분리 특징점을 갖는다. 첫 번째 피크가 특정 부착 이벤트 지칭 팁과 표면과 상기 제 2 피크 사이의 비특이적 인 상호 작용을 나타낸다. 수백 FD 곡선으로부터 그 힘에 비해 접착 이벤트의 수를 플롯하여 히스토그램을 구축하는 것이 가능하다. 이 히스토그램에 가우스 착용감을 적용하면 가장 가능성 힘 (MPF)를 결정합니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/54975/54975fig1.jpg" /> 그림 1 : 팁 수정 절차. AFM 팁의 화학적 변형의 도식 표현. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54975/54975fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 그림 2 : 실험 장치를 SMF에. 아미노산 또는 펩티드 및 원하는 표면 사이의 상호 작용을 측정하기위한 단일 분자 힘 분광법 설정의 개략도. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54975/54975fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/54975/54975fig3.jpg" /> 그림 3 : 힘 - 거리 곡선. 이산화 티탄 표면으로부터 운모 표면, 및 (B) 아미노산 페닐알라닌에서 (A) 펩티드 Gln의 프로 - 알라 글리신 -Ser-빼앗아, 인수-티르 파열 전형적인 단일 분자 FD 곡선. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54975/54975fig3large.jpg" target="_blank">cli를하시기 바랍니다</a>이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 (CK). <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/54975/54975fig4.jpg" /> 그림 4 : 히스토그램은 가장 가능성 포스 (MPF)를 플롯과 그래프는 힘 대 음모 로딩 속도. 운모의 (B (3.1 ± 0.6 윈 / s (N = 7 8)의 로딩 속도) (A) 펩티드 Gln의 프로 - 알라 글리신 -Ser-빼앗아, 인수-티르의 파열 력 값의 전형적인 히스토그램 ) 이산화 티탄의 아미노산 페닐알라닌 (4.2 ± 0.7 윈 / s (로딩 속도에서 N = 79)). 가장 가능성 포스 (MPF) 값은 가우시안 피트 (검은 선)에 근거하여 계산 하였다. (C) 상기 펩티드 Gln의 프로 - 알라 글리신 -Ser-빼앗아, 인수-티르 및 (D) 아미노산 페닐알라닌 파단 부대 로딩 속도 의존성. 운동 파라미터는 겉보기로드 (R)의 대수 대 힘의 선형 플롯으로부터 외삽먹었다. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54975/54975fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

여기서 우리는 원 자간 력 현미경 (AFM)을 사용하여 단일 분자 힘 분광법 측정에 의해 잘 정의 된 무기 표면 중 펩티드 또는 아미노산의 상호 작용의 힘을 측정하기위한 프로토콜을 제시한다. 측정으로부터 얻어진 정보는 더 펩타이드 무기물 계면을 이해하는 것이 중요하다.

단일 분자 힘 분광학을 사용하여 무기 재료와 아미노산 및 펩타이드의 상호 작용에 대한 통찰력

The interactions between proteins or peptides and inorganic materials lead to several interesting processes. For example, combining proteins with minerals ...

insights-into-interactions-amino-acids-peptides-with-inorganic

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.0K 조회수.  The Hebrew University of Jerusalem.  여기서 우리는 원 자간 력 현미경 (AFM)을 사용하여 단일 분자 힘 분광법 측정에 의해 잘 정의 된 무기 표면 중 펩티드 또는 아미노산의 상호 작용의 힘을 측정하기위한 프로토콜을 제시한다. 측정으로부터 얻어진 정보는 더 펩타이드 무기물 계면을 이해하는 것이 중요하다. 

비디오: Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control self-assembly and mimicking this process in vitro will bring about major advances in the areas of materials science and nanotechnology. Among the available biological building blocks, peptides have several advantages as they present substantial diversity, their synthesis in large scale is straightforward, and they can easily be modified with biological and chemical entities1,2. Several classes of designed peptides such as cyclic peptides, amphiphile peptides and peptide-conjugates self-assemble into ordered structures in solution. Homoaromatic dipeptides, are a class of short self-assembled peptides that contain all the molecular information needed to form ordered structures such as nanotubes, spheres and fibrils3-8. A large variety of these peptides is commercially available.
This paper presents a procedure that leads to the formation of ordered structures by the self-assembly of homoaromatic peptides. The protocol requires only commercial reagents and basic laboratory equipment. In addition, the paper describes some of the methods available for the characterization of peptide-based assemblies. These methods include electron and atomic force microscopy and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Moreover, the manuscript demonstrates the blending of peptides (coassembly) and the formation of a &#34;beads on a string&#34;-like structure by this process.9 The protocols presented here can be adapted to other classes of peptides or biological building blocks and can potentially lead to the discovery of new peptide-based structures and to better control of their assembly.

This paper describes the formation of highly ordered peptide-based structures by the spontaneous process of self-assembly. The method utilizes commercially available peptides and common lab equipment. This technique can be applied to a large variety of peptides and may lead to the discovery of new peptide-based assemblies.

짧은 펩타이드의 자기 조립에 의해 주문 생체 고분자 구조의 형성

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

연구

화학

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

전자 레인지를 이용한 산 - 촉매 반응을 통해 실리카 나노 입자의 제조

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

The Synthesis of [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- Using a Metastable Sn(I) Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a sterically demanding ligand, has increased in recent years. The metastable Sn(I) halide is synthesized at&#160;&#34;outer space conditions&#34; via the preparative co-condensation technique. Thereby, the subhalide is synthesized in an oven at high temperatures, around 1,300 &#176;C, and at reduced pressure by the reaction of elemental tin with hydrogen halide gas (e.g., HCl). The subhalide (e.g., SnCl) is trapped within a matrix of an inert solvent, like toluene at -196 &#176;C. Heating the solid matrix to -78 &#176;C gives a metastable solution of the subhalide. The metastable subhalide solution is highly reactive but can be stored at -78 &#176;C for several weeks. On heating the solution to room temperature, a disproportionation reaction occurs, leading to elemental tin and the corresponding dihalide. By applying bulky ligands like Si(SiMe3)3, the intermediate metalloid cluster compounds can be trapped before complete disproportionation to elemental tin. Hence, the reaction of a metastable Sn(I)Cl solution with Li-Si(SiMe3)3 gives [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- 1 as black crystals in high yield. 1 is formed via a complex reaction sequence including salt metathesis, disproportionation, and degradation of larger clusters. Further, 1 can be analyzed by various methods like NMR or single crystal X-ray structure analysis.

The Synthesis of [Sn10SiSiMe334]2- Using a Metastable SnI Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The disproportionation reaction of a metastable Sn(I) chloride solution, obtained via the preparative co-condensation technique, is used for the synthesis of a metalloid tin cluster compound.

합성 [주석<sub&gt; (10)</sub&gt; (시 (SIME<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; 준 안정 주석 (I)을 공 축합 기법을 통해 할라이드의 합성 용액을 사용하여

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single molecule level. An electrostatic self-assembly and covalent fixation (ESA-CF) process is used for the synthesis of the cyclic poly(tetrahydrofuran) (poly(THF)). The diffusive motion of individual cyclic polymer chains in a melt state is visualized using single molecule fluorescence imaging by incorporating a fluorophore unit in the cyclic chains. The diffusive motion of the chains is quantitatively characterized by means of a combination of mean-squared displacement (MSD) analysis and a cumulative distribution function (CDF) analysis. The cyclic polymer exhibits multiple-mode diffusion which is distinct from its linear counterpart. The results demonstrate that the diffusional heterogeneity of polymers that is often hidden behind ensemble averaging can be revealed by the efficient synthesis of the cyclic polymers using the ESA-CF process and the quantitative analysis of the diffusive motion at the single molecule level using the MSD and CDF analyses.

A protocol for the synthesis and characterization of diffusive motion of cyclic polymers at the single molecule level is presented.

단일 분자 수준에서 순환 고분자의 합성 및 용융 상태에서 그들의 확산 운동의 특성

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

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

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

전기 화학 임피던스 분 광 전기 화학 속도 상수 추정을 위한 도구로

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline earth-liquid metal alloys as functions of both composition and temperature in order to acquire thermodynamic data. The cell consists of a chemically stable solid-state CaF2-AF2 electrolyte (where A is the alkaline-earth element such as Ca, Sr, or Ba), with binary A-B alloy (where B is the liquid metal such as Bi or Sb) working electrodes, and a pure A metal reference electrode. Emf data are collected over a temperature range of 723 K to 1,123 K in 25 K increments for multiple alloy compositions per experiment and the results are analyzed to yield activity values, phase transition temperatures, and partial molar entropies/enthalpies for each composition.

This protocol describes the measurement of the electromotive force of alkaline-earth elements in liquid metal alloys at high temperatures (723-1,123 K) to determine their thermodynamic properties, including activity, partial molar entropy, partial molar enthalpy, and phase transition temperatures, over a wide composition range.

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

Probing the Structure and Dynamics of Interfacial Water with Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal structure and probing the hydrogen-bond (H-bond) dynamics of the water molecules adsorbed on solid surfaces are fundamental issues of water science, which remains a great challenge owing to the light mass and small size of hydrogen. Scanning tunneling microscopy (STM) is a promising tool for attacking these problems, thanks to its capabilities of sub-&#197;ngstr&#246;m spatial resolution, single-bond vibrational sensitivity, and atomic/molecular manipulation. The designed experimental system consists of a Cl-terminated tip and a sample fabricated by dosing water molecules in situ onto the Au(111)-supported NaCl(001) surfaces. The insulating NaCl films electronically decouple the water from the metal substrates, so the intrinsic frontier orbitals of water molecules are preserved. The Cl-tip facilitates the manipulation of the single water molecules, as well as gating the orbitals of water to the proximity of Fermi level (EF) via tip-water coupling. This paper outlines the detailed methods of submolecular resolution imaging, molecular/atomic manipulation, and single-bond vibrational spectroscopy of interfacial water. These studies open up a new route for investigating the H-bonded systems at the atomic scale.

Here, we present a protocol to investigate the structure and dynamics of interfacial water at the atomic scale, in terms of submolecular resolution imaging, molecular manipulation, and single-bond vibrational spectroscopy.

구조와 계면 물 검색과 터널링 현미경 분광학의 역학 조사

Water/solid interfaces are ubiquitous and play a key role in many environmental, biophysical, and technological processes. Resolving the internal ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid based on volatile solar and wind sources. The pressing demand of developing high-performance electrochemical energy storage solutions, i.e., batteries, relies on both fundamental understanding and practical developments from both the academy and industry. The formidable challenge of developing successful battery technology stems from the different requirements for different energy-storage applications. Energy density, power, stability, safety, and cost parameters all have to be balanced in batteries to meet the requirements of different applications. Therefore, multiple battery technologies based on different materials and mechanisms need to be developed and optimized. Incisive tools that could directly probe the chemical reactions in various battery materials are becoming critical to advance the field beyond its conventional trial-and-error approach. Here, we present detailed protocols for soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS), soft X-ray emission spectroscopy (sXES), and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) experiments, which are inherently elemental-sensitive probes of the transition-metal 3d and anion 2p states in battery compounds. We provide the details on the experimental techniques and demonstrations revealing the key chemical states in battery materials through these soft X-ray spectroscopy techniques.

Here, we present a protocol for typical experiments of soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS) and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) with applications in battery material studies.

소프트 x 선 흡수 분광학 및 공명 탄력 x 선 산란을 통해 배터리에 화학의 원소 구분 검색

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...

DNA Origami-Mediated Substrate Nanopatterning of Inorganic Structures for Sensing Applications

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA nanofabrication technique is called DNA origami, and it allows high-throughput synthesis of accurate and highly versatile structures with nanometer-level precision. Here, it is shown how the spatial information of DNA origami can be transferred to metallic nanostructures by combining the bottom-up DNA origami with the conventionally used top-down lithography approaches. This allows fabrication of billions of tiny nanostructures in one step onto selected substrates. The method is demonstrated using bowtie DNA origami to create metallic bowtie-shaped antenna structures on silicon nitride or sapphire substrates. The method relies on the selective growth of a silicon oxide layer on top of the origami deposition substrate, thus resulting in a patterning mask for following lithographic steps. These nanostructure-equipped surfaces can be further used as molecular sensors (e.g., surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS)) and in various other optical applications at the visible wavelength range owing to the small feature sizes (sub-10 nm). The technique can be extended to other materials through methodological modifications; therefore, the resulting optically active surfaces may find use in development of metamaterials and metasurfaces.

Here, we describe a protocol to create discrete and accurate inorganic nanostructures on substrates using DNA origami shapes as guiding templates. The method is demonstrated by creating plasmonic gold bowtie-shaped antennas on a transparent substrate (sapphire).

감지 응용 을 위한 무기 구조물의 DNA 종이접기 중재기 나노patterning

Structural DNA nanotechnology provides a viable route for building from the bottom-up using DNA as construction material. The most common DNA ...

Covalent Attachment of Single Molecules for AFM-based Force Spectroscopy

Atomic force microscopy (AFM)-based single molecule force spectroscopy is an ideal tool for investigating the interactions between a single polymer and surfaces. For a true single molecule experiment, covalent attachment of the probe molecule is essential because only then can hundreds of force-extension traces with one and the same single molecule be obtained. Many traces are in turn necessary to prove that a single molecule alone is probed. Additionally, passivation is crucial for preventing unwanted interactions between the single probe molecule and the AFM cantilever tip as well as between the AFM cantilever tip and the underlying surface. The functionalization protocol presented here is reliable and can easily be applied to a variety of polymers. Characteristic single molecule events (i.e., stretches and plateaus) are detected in the force-extension traces. From these events, physical parameters such as stretching force, desorption force and desorption length can be obtained. This is particularly important for the precise investigation of stimuli-responsive systems at the single molecule level. As exemplary systems poly(ethylene glycol) (PEG), poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAM) and polystyrene (PS) are stretched and desorbed from SiOx (for PEG and PNiPAM) and from hydrophobic self-assembled monolayer surfaces (for PS) in aqueous environment.

Covalent attachment of probe molecules to atomic force microscopy (AFM) cantilever tips is an essential technique for the investigation of their physical properties. This allows us to determine the stretching force, desorption force and length of polymers via AFM-based single molecule force spectroscopy with high reproducibility.

AFM 기반 힘 분광학을 위한 단일 분자의 공유 부착

Atomic force microscopy (AFM)-based single molecule force spectroscopy is an ideal tool for investigating the interactions between a single polymer and ...