Methoden zur Selbst Integration von Megamolecular Biopolymere auf der Trocknungsluft-LC-Schnittstelle

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, den Einfluss der flüssigkristallinen oder Luft-LC-Grenzfläche der trocknenden Luft auf die Orientierung von megamolekularen Biopolymeren wie Polysacchariden, Mikrotubuli und DNA als sichtbares dynamisches Verhalten im Millimeterbereich zu bewerten. Diese Botschaft kann dazu beitragen, Schlüsselfragen in den Bereichen der dispersiven Struktur zu beantworten, wie z. B. die Selbstorganisation von Biopolymeren in einer austrocknenden Umgebung, in der lebende Organismen vor etwa 500 Millionen Jahren auf den Boden gekrochen sind. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass während des Trocknungsprozesses Seitenansichten der Probe aufgenommen werden können, ohne auf der horizontalen Ebene zu trocknen.

Um diesen Vorgang zu beginnen, fügen Sie 0,5 Gramm Sacran auf 100 Milliliter Wasser hinzu. Decken Sie den Behälter mit Frischhaltefolie ab und rühren Sie die Lösung mehr als 12 Stunden lang bei ca. 80 Grad Celsius um. Nachdem Sie die Sacran- und Xanthamgummilösungen abkühlen gelassen haben, zentrifugieren Sie die Sacranlösung, um Verunreinigungen zu entfernen.

Bereiten Sie nun eine Tubulinlösung mit 0,5 Gewichtsprozent in Britton-Robinson-Puffer auf Eis vor. Mischen Sie 50 Mikroliter der Tubulinlösung mit 5 Mikrolitern GpCpp. Dann inkubieren Sie die Lösung drei Stunden lang bei 37 Grad Celsius, um einen stabilen Mikrotubuli oder MT-Zellkern zu erhalten.

Mischen Sie anschließend 950 Mikroliter der Tubulinlösung und 50 Mikroliter der GpCpp-haltigen Tubulinlösung. Lassen Sie die Lösung dann einen Tag lang bei etwa 25 Grad Celsius ruhen, um eine stabile Lösung mit 0,5 Gewichtsprozent MT zu erhalten. Bereiten Sie als Nächstes eine DNA-Lösung mit 0,5 Gewichtsprozent und eine Tris-EDTA-Pufferlösung vor.

Halten Sie die Biopolymer-Probenlösungen mit 0,5 Gewichtsprozent für das Trocknungsexperiment bei 25 Grad Celsius. Schneiden Sie eine Silikonplatte in eine geeignete Form mit einer Dicke von 1 Millimeter. Montieren Sie eine einseitige offene Zelle, die aus dem Silizium-Abstandshalter und zwei nicht modifizierten Glasobjektträgern besteht.

Befestigen Sie beide Seiten der Zelle mit Doppelklammern, um ein Auslaufen der Probenlösungen zu verhindern. Geben Sie mit einer Pipettenspitze von einem Millimeter Porengröße langsam 100 bis 300 Mikroliter jeder 0,5 Gewichtsprozent Biopolymerlösung bei etwa 25 Grad Celsius in jede Zelle. Entfernen Sie Luftblasen mit einer Spritzennadel aus der Zelle.

Legen Sie die Zellen anschließend für 18 Stunden bei 60 Grad Celsius unter Atmosphärendruck in einen Ofen mit Umluft, um sie zu verdampfen. Eine Betriebsrichtung ist der der Schwerkraft entgegengesetzt. Diese Platzierung wird auch auf das Monitoring für die letztgenannten Überprüfungen angewendet.

Verwenden Sie eine 100-Watt-Halogenlampe mit einer flachen Lichtquelle über einen großen Bereich, um direktes sichtbares Licht zu erzeugen. Stellen Sie die Polarisatoren mit den Halterungen auf 45 Grad und 135 Grad ein. Fixieren Sie die Positionen der Lichtquelle, der Polarisatoren, des Probentisches und der Kamera mit einer optischen Schiene und einem Stab.

Platzieren Sie den Probentisch zwischen den beiden Polarisatoren. Platzieren Sie dann die Kamera etwa 20 Zentimeter vom Probentisch entfernt, um die Fokussierung zu ermöglichen. Platzieren Sie die Biopolymerproben zu den im Textprotokoll angegebenen Zeiten zwischen den Polarisatoren auf dem Tisch parallel zur XZ-Ebene und decken Sie das Gerät mit einem schwarzen Vorhang ab.

Fotografieren Sie schließlich die Proben durch linear gekreuzte Polarisatoren mit einer digitalen Spiegelreflexkamera mit einem Standard-Zoomobjektiv. Die Selbstintegration von Mikrodomäne zu Makrodomäne auf einer trocknenden Luft-LC-Grenzfläche wurde untersucht. Vor dem Trocknen wurden helle Bereiche mit durchgelassenem Licht im gestreuten Zustand beobachtet.

Nach dem Trocknen wurde der Bereich unter der Luft-LC-Grenzfläche und der Sakranlösung hoch und die Intensität der Xanthinlösung nahm mit kleinen Makrodomänen ab. Die raumzeitliche Analyse zeigte, dass die Spitzenintensität um die Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche und die Dicke zunahmen, was darauf hindeutet, dass sich die Mikrodomänen von der Luft-LC-Grenzfläche aus zu orientieren beginnen und zu einer milliskaligen Domäne parallel zur Grenzfläche heranwachsen. Polarisationsmikroskopische Aufnahmen der Sakran-Fluidphase zeigten einen blauen Bereich, was bedeutet, dass sich eine einzelne Makrodomäne bildete.

Die flüssige Phase des Xanthangummis zeigte blaue, gelbe und rosa Regionen, was bedeutet, dass sich die mehreren Makrodomänen mit beliebigen Orientierungen bildeten. Vor dem Trocknen zeigten die Sacran- und MT-Lösungen ähnliche LC-Zustände mit verstreuten Domänen. Während der Trocknung durchlief die MT-Lösung eine Selbstintegration und die verstreuten Domänen wurden in eine einzige Makrodomäne integriert.

Die DNA-Lösung zeigte keine spezifische Orientierung in der flüssigen Phase. Die Sakran-Trocknungsaufzeichnung wies eine signifikante Doppelbrechung auf und für die MT-Trocknungsaufzeichnung wurden wellenförmige Bündel beobachtet. Die DNA-Trocknungsaufzeichnung zeigte kornförmige Makrodomänen in beliebige Richtungen.

Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik Forschern auf dem Gebiet der Biomedizintechnik mit Hilfe von Biopolymeren den Weg, eine Visualisierung der Luftströmungsdynamik sowohl bei den Trocknungs- als auch bei den Benetzungsprozessen in geometrischen Ansätzen zu erforschen.