Name: הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן Walled יחיד (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-01-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 28 s
Description: למדו הנדסת ננו-חיישנים פלואורסצנטיים בתחום האינפרה-אדום הקרוב באמצעות פולימרים ביו-מימטיים ו-SWNTs. שיטה זו מאפשרת גילוי דופמין ברקמות חיות ודימות מולקולרי עמוק.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי פרס הקריירה של קרן בורוז וולקאם בממשק המדעי (CASI), מענק של קרן סימונס ומענק חוקר צעיר של הקרן לחקר המוח וההתנהגות.

<ol><li>Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G., Avouris, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDresselhaus%2C+MS+%22Carbon+Nanotubes%22">Carbon Nanotubes</a>. 80, Springer. Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg. (2001).</li>
<li>O'Connell, M. J., Bachilo, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Band+gap+fluorescence+from+individual+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Band gap fluorescence from individual single-walled carbon nanotubes.</a> Science. 297 (5581), 593-596 (2002).</li>
<li>Wang, F., Dukovic, G., Brus, L. E., Heinz, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Optical+Resonances+in+Carbon+Nanotubes+Arise+from+Excitons%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">The Optical Resonances in Carbon Nanotubes Arise from Excitons.</a> Science. 308 (5723), (2005).</li>
<li>Heller, D. A., Baik, S., Eurell, T. E., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Walled+Carbon+Nanotube+Spectroscopy+in+Live+Cells%3A+Towards+Long-Term+Labels+and+Optical+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mat%22%5BJournal%5D)">Single-Walled Carbon Nanotube Spectroscopy in Live Cells: Towards Long-Term Labels and Optical Sensors.</a> Adv Mat. 17 (23), 2793-2799 (2005).</li>
<li>Boghossian, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near-Infrared+Fluorescent+Sensors+based+on+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+for+Life+Sciences+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Sus+Chem%22%5BJournal%5D)">Near-Infrared Fluorescent Sensors based on Single-Walled Carbon Nanotubes for Life Sciences Applications.</a> Chem Sus Chem. 4 (7), 848-863 (2011).</li>
<li>Kruss, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotubes+as+optical+biomedical+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Drug+Del+Rev%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotubes as optical biomedical sensors.</a> Adv Drug Del Rev. 65 (15), 1933-1950 (2013).</li>
<li>Girifalco, L. A., Hodak, M., Lee, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotubes%2C+buckyballs%2C+ropes%2C+and+a+universal+graphitic+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+B%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotubes, buckyballs, ropes, and a universal graphitic potential.</a> Phys Rev B. 62 (19), 13104-13110 (2000).</li>
<li>Baughman, R. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+nanotubes--the+route+toward+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Carbon nanotubes--the route toward applications.</a> Science. 297 (5582), 787-792 (2002).</li>
<li>Zheng, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DNA-assisted+dispersion+and+separation+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes.</a> Nature Materials. 2 (5), 338-342 (2003).</li>
<li>Banerjee, S., Hemraj-Benny, T., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Covalent+Surface+Chemistry+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mat%22%5BJournal%5D)">Covalent Surface Chemistry of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Adv Mat. 17 (1), 17-29 (2005).</li>
<li>Moore, V. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Individually+Suspended+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Various+Surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Individually Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes in Various Surfactants.</a> Nano Letters. 3 (10), 1379-1382 (2003).</li>
<li>Tu, X., Zheng, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+DNA-based+approach+to+the+carbon+nanotube+sorting+problem%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Research%22%5BJournal%5D)">A DNA-based approach to the carbon nanotube sorting problem.</a> Nano Research. 1 (3), 185-194 (2008).</li>
<li>Mangalum, A., Rahman, M., Norton, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Site-Specific+Immobilization+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+onto+Single+and+One-Dimensional+DNA+Origami%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Site-Specific Immobilization of Single-Walled Carbon Nanotubes onto Single and One-Dimensional DNA Origami.</a> J Am Chem Soc. 135 (7), 2451-2454 (2013).</li>
<li>Monopoli, M. P., Åberg, C., Salvati, A., Dawson, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomolecular+coronas+provide+the+biological+identity+of+nanosized+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nano%22%5BJournal%5D)">Biomolecular coronas provide the biological identity of nanosized materials.</a> Nature Nano. 7 (12), 779-786 (2012).</li>
<li>Jeng, E. S., Moll, A. E., Roy, A. C., Gastala, J. B., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+DNA+Hybridization+Using+the+Near-Infrared+Band-Gap+Fluorescence+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Detection of DNA Hybridization Using the Near-Infrared Band-Gap Fluorescence of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Nano Letters. 6 (3), 371-375 (2006).</li>
<li>Yang, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+Nanotube-Quenched+Fluorescent+Oligonucleotides%3A+Probes+that+Fluoresce+upon+Hybridization%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Carbon Nanotube-Quenched Fluorescent Oligonucleotides: Probes that Fluoresce upon Hybridization.</a> J Am Chem Soc. 130 (26), 8351-8358 (2008).</li>
<li>Yum, K., Ahn, J., McNicholas, T., Barone, P., Mu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boronic+acid+library+for+selective%2C+reversible+near-infrared+fluorescence+quenching+of+surfactant+suspended+single-walled+carbon+nanotubes+in+response+to+glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Acs+Nano%22%5BJournal%5D)">Boronic acid library for selective, reversible near-infrared fluorescence quenching of surfactant suspended single-walled carbon nanotubes in response to glucose.</a> Acs Nano. 6 (1), 819-830 (2011).</li>
<li>Kim, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Luciferase%2FSingle-Walled+Carbon+Nanotube+Conjugate+for+Near-Infrared+Fluorescent+Detection+of+Cellular+ATP%5BTitle%5D)+AND+%22Ange+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">A Luciferase/Single-Walled Carbon Nanotube Conjugate for Near-Infrared Fluorescent Detection of Cellular ATP.</a> Ange Chem Int Ed. 49 (8), 1456-1459 (2010).</li>
<li>Jin, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+single-molecule+H2O2+signalling+from+epidermal+growth+factor+receptor+using+fluorescent+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nano%22%5BJournal%5D)">Detection of single-molecule H2O2 signalling from epidermal growth factor receptor using fluorescent single-walled carbon nanotubes.</a> Nat Nano. 5 (4), 302-309 (2010).</li>
<li>Kim, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+rational+design+of+nitric+oxide+selectivity+in+single-walled+carbon+nanotube+near-infrared+fluorescence+sensors+for+biological+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Chem%22%5BJournal%5D)">The rational design of nitric oxide selectivity in single-walled carbon nanotube near-infrared fluorescence sensors for biological detection.</a> Nat Chem. 1 (6), 473-481 (2009).</li>
<li>Giraldo, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plant+nanobionics+approach+to+augment+photosynthesis+and+biochemical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Mat%22%5BJournal%5D)">Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing.</a> Nat Mat. 13 (4), 400-408 (2014).</li>
<li>Samanta, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conjugated+Polymer-Assisted+Dispersion+of+Single-Wall+Carbon+Nanotubes%3A+The+Power+of+Polymer+Wrapping%5BTitle%5D)+AND+%22Acc+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Conjugated Polymer-Assisted Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes: The Power of Polymer Wrapping.</a> Acc Chem Res. 47 (8), 2446-2456 (2014).</li>
<li>Zou, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dispersion+of+Pristine+Carbon+Nanotubes+Using+Conjugated+Block+Copolymers%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mat%22%5BJournal%5D)">Dispersion of Pristine Carbon Nanotubes Using Conjugated Block Copolymers.</a> Adv Mat. 20 (11), 2055-2060 (2008).</li>
<li>Zheng, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure-Based+Carbon+Nanotube+Sorting+by+Sequence-Dependent+DNA+Assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Structure-Based Carbon Nanotube Sorting by Sequence-Dependent DNA Assembly.</a> Science. 302 (5650), (2003).</li>
<li>Strano, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+Nature+of+the+DNA-Assisted+Separation+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+Using+Fluorescence+and+Raman+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Understanding the Nature of the DNA-Assisted Separation of Single-Walled Carbon Nanotubes Using Fluorescence and Raman Spectroscopy.</a> Nano Lett. 4 (4), 543-550 (2004).</li>
<li>Bisker, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein-targeted+corona+phase+molecular+recognition%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Comm%22%5BJournal%5D)">Protein-targeted corona phase molecular recognition.</a> Nat Comm. 7, 10241(2016).</li>
<li>Nelson, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+Immobilized+Protein+A+Binding+to+Immunoglobulin+G+on+Nanosensor+Array+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Molecular+recognition+using+corona+phase+complexes+made+of+synthetic+polymers+adsorbed+on+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+nanotechnol%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Neurotransmitter+detection+using+corona+phase+molecular+recognition+on+fluorescent+single-walled+carbon+nanotube+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">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. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chirality+dependent+corona+phase+molecular+recognition+of+DNA-wrapped+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon%22%5BJournal%5D)">Chirality dependent corona phase molecular recognition of DNA-wrapped carbon nanotubes.</a> Carbon. 97, 147-153 (2016).</li>
<li>Giraldo, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Ratiometric+Sensor+Using+Single+Chirality+Near-Infrared+Fluorescent+Carbon+Nanotubes%3A+Application+to+In+Vivo+Monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Current+Progress+on+the+Chemical+Modification+of+Carbon+Nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Rev%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Purified+and+Oxidized+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+as+Robust+Near-IR+Fluorescent+Probes+for+Molecular+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+C%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Stepwise+quenching+of+exciton+fluorescence+in+carbon+nanotubes+by+single-molecule+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Stepwise quenching of exciton fluorescence in carbon nanotubes by single-molecule reactions.</a> Science. 316 (5830), 1465-1468 (2007).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

SWNTs מושעים בקלות בתמיסה מימית באמצעות sonication ישירה עם SDS או ssDNA, כפי שצוין על ידי גידול צפיפות אופטית שמספקת פיזור colloidal של היברידית SWNT-פולימר שהתקבל. SDS ו ssDNA מפזר ו solubilizes צרורות של SWNTs ידי adsorbing על גבי משטח SWNT באמצעות אינטראקציות הידרופוביות או pi-pi. בנוסף, פולימרים אחרים, כגון DNA גנומי, פולימרים amphiphilic, מצומדות פולימרים וליפידים, ניתן adsorbed על פני השטח של SWNTs ידי דיאליזה דגימות מושעה באמצעות SC או SDS. פולימרים הידרופיליות, כגון PEG, ...

צינורות פחמן חד-דופנות (SWNTs) הם אטומיים שכבות דקיקות של אטומי פחמן התגלגל לתוך גליל מוארך ודק כי תערוכת מאפיינים אלקטרוניים ייחודיים אופטיים. 1 נכסים כאלה כוללים-פער להקה בהפקת אדום קרובה (ניר) פליטת קרינה באמצעות רקומבינציה אקסיטון כי הוא רגיש מאוד לסביבה המקומית שלה. פליטת הניר של SWNTs נופלת בתוך חלון האינפרה האדום הקרוב שבו העומק החדיר אור הוא מקסימלית עבור רקמה ביולוגית. 2,3 בנוסף, SWNTs להפגין כמה תכונות ייחודיות בניגוד טיפוסיים fluorophores אורגני: התערוכה SWNT משמרת סטוקס גדול, לא photobleach, ואינם למצמץ. 4 לאחרונה, ניצול המאפיינים הללו הוביל לפיתוח של מגוון של חיישני מולקולאריות חדשים עם יישומים לביולוגיה. 5,6 שלא עברו שינוי, לעומת זאת, SWNTs אינם מסיסים במים, וקבלת השעיות של SWNTs הפרט יכול להיות אתגר. 7,8 Bundling וצבירה של SWNTs בתמיסה יכולים לערפל קרינת להקת הפער שלהם, 2 טיווחו אותם מתאימים ליישומי חישה. פיזור צינוריות פחמן בודדים בתמיסה מימית דורש שינוי פני השטח שלהם כדי למנוע צבירת הידרופוביות מונחה. 9 בעוד שינוי קוולנטי יכול לדקלם SWNTs מסיס במים, 10 וכן להקנות כימית מחייב ספציפית, אתרי פגם בסריג SWNT להפחית או לשכך פליטת הקרינה שלהם. במקום זאת, functionalization SWNT ניתן להשיג באמצעות פעילי שטח, שומנים, פולימרים וחומרים DNA 9,11 - 13 כי לספוג אל פני השטח ננו-צינורית דרך אינטראקציות לערום הידרופובי pi-pi. סביבת הכימי וכתוצאה מכך שמסביב SWNTs משטח פונקציונלי המכונית שלב עטרתה. הפרעות לשלב קורונה יכולה להיות השפעה גדולה על אקסיטונים נסיעה על פני השטח ננו-צינורות, גרימת מודולציות כדי SWNT פלואורידescence פליטה. זוהי מערכת יחסים רגישות זו בין שלב קורונה קרינת SWNT כי ניתן לנצל כדי לפתח חיישנים מולקולריים חדשים על ידי שילוב שיטות מחייבות ספציפיות על שטח פנים הגדול של SWNT. הפרעות לשלב קורונה SWNT על מחייב אנליטי יכול להוביל לשינויים בסביבה דיאלקטרי המקומי, לחייב העברה, או להציג פגמים נקודתיים, כל מה שיכול לווסת את פליטת הקרינה של SWNTs לשמש מנגנון התמרה האות. גישת 14 זה משמשת בפיתוח חיישני ניאון רומן לצורך זיהוי של מעמדות שונות רבות של מולקולות DNA כולל, 15,16 גלוקוז 17 ומולקולות קטנות כגון ATP, 18 מיני חמצן תגובתי 19 ותחמוצת חנקן. עם זאת 20,21, הגישות אלה מוגבלים כי הם מסתמכים על קיומו של אפנות מחייבות ידועים אנליטי היעד. לאחרונה, אפליקציית כללית יותרמקק לעיצוב חיישנים פלורסנט פותח באמצעות SWNTs פונקציונליות שאינם קוולנטית עם heteropolymers amphiphilic, פוספוליפידים, וחומצות polynucleic. מולקולות אלה לספוג על משטחי ננו-צינורות פחמן לייצר השעיות מאוד יציבות של SWNTs פרט 22 - 25 עם שלבי קורונה ייחודיים שיכול לאגד חלבונים במיוחד 26,27 או מולקולות קטנות כולל הנוירוטרנסמיטר דופאמין. 28 - 30 הנדסה בשלב קורונה לפזר SWNTs ו analytes היעד להיקשר באופן ספציפי נקראת הכרה מולקולרית שלב קורונה כמו (CoPhMoRe). 28 גדליו הקטנים, הרעילות נמוכה, יציבות גבוהה קרינת ניר unbleaching של חיישני CoPhMoRe SWNT להפוך אותם למועמדים מצוינים עבור חישת in vivo עבור מדידות זמן נפתר מורחבות. העבודה 6 אחרונה הראתה בקשותיהם ברקמות צמח עבור זיהוי אופטי של מיני חנקן וחמצן תגובתי. 31יישום מרגש במיוחד עבור חיישני CoPhMoRe SWNT הוא הפוטנציאל לגילוי ללא מדבקה של נוירוטרנסמיטורים כמו דופאמין in vivo, שבו טכניקות אחרות, כגון חישה אלקטרוכימי או אימונוהיסטוכימיה, סובלות ממחסור של רזולוציה מרחבית, רזולוציה טמפורלית, וספציפי. תכנון גילוי חיישני CoPhMoRe SWNT עד כה מרוסן על ידי גיוון הגודל והכימי של הספרייה, פיזור הגבלת הסבירות למציאת חיישן עבור מטרה מסוימת. נכון להיום, חוקר רק שרט את פני השטח של מצומדות זמינה, שיתוף בלוק, ביולוגית ופולימרי biomimetic שיכול לשמש תפקודי dispersants הפעיל עבור חיישני SWNT. כאן, אנו מציגים שיטות שונות עבור שני לפיזור SWNTs ואפיון הקרינה שלהם לסינון תפוקה גבוהה לניתוח חיישן SWNT יחיד. באופן ספציפי, אנו מתארים את הליך SWNTs ציפוי עם oligom חומצה polynucleicERS באמצעות sonication ישיר וכן כיצד functionalize SWNT עם פולימרים amphiphilic באמצעות חילופי פעילי שטח על ידי דיאליזה. אנו משתמשים (GT) 15 -DNA ופוליאתילן גליקול פונקציונליות עם isothiocyanate rhodamine (RITC-PEG-RITC) כדוגמאות. אנו מדגימים את השימוש (GT) 15 -DNA SWNTs כחיישן CoPhMoRe לצורך זיהוי של דופמין. לבסוף, אנו המתאר נהלים לביצוע מדידות חיישן מולקולה בודדת, אשר ניתן להשתמש בהם לאפיון או חישה מולקולה בודדת.

<table><tbody><tr><td>נתרן כלורי</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>S271-1</td><td></td></tr><tr><td>נתרן דודציל סולפט</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>L6026</td><td></td></tr><tr><td>נתרן כולאט הידרט</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>C6445</td><td></td></tr><tr><td>טריס בסיס (בסיס טריזמה)</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>93362</td><td></td></tr><tr><td>חומצה הידרוכלורית</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>A144-212</td><td></td></tr><tr><td>אמין-PEG-אמין,NH<תת>2-PEG-NH2</td><td>Nanocs Inc</td><td>PG2-AM-5k</td><td></td></tr><tr><td>רודמין B איזותיוציאנט</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>283924</td><td></td></tr><tr><td>פלואורסצאין איזותיוציאנט</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>F7250</td><td></td></tr><tr><td>דיכלורומתאן</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>676853</td><td></td></tr><tr><td>דימתילפורממיד</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>D4551</td><td></td></tr><tr><td>N,N-diisopropylethylamine</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D125806</td><td></td></tr><tr><td>אתר דיאתיל</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>673811</td><td></td></tr><tr><td>Tris(2-carboxyethyl)פוספין הידרוכלוריד</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C4706&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>DNA שעבר שינוי 5'-תיול&nbsp;</td><td>טכנולוגיות DNA</td><td></td><td></td>משולבות</tr><tr><td>מתוקסיפוליאתילן גליקול מלימיד</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>63187</td><td></td></tr><tr><td>מסנני ספין 100 kDa</td><td>Millipore</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HiPCO ננו-צינורות פחמן חד דופן מטוהרים</td> במיוחד <td>אינטגריס</td><td>HiPco SuperPurified</td><td></td></tr><tr><td>פוספט חוצץ</td><td>מלח סיגמא אולדריץ'</td><td>P5493</td><td></td></tr><tr><td>אקדח אנטי סטטי</td><td>Milty</td><td>Milty Zerostat 3</td><td></td></tr><tr><td>צנטריפוגה</td><td>Eppendorf</td><td>5415 D</td><td></td></tr><tr><td>אולטרה סוניקטור</td><td>קול פארמר</td><td>CV18</td><td></td></tr><tr><td>קלטות דיאליזה</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>חלבון Neutravidin</td><td>Thermo scientific</td><td>31000</td><td></td></tr><tr><td>(3-אמינופרופיל)טריאתוקסילאן (APTES)</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>440140</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ הפוך</td><td>Zeiss</td><td>Axio Observer.Z1</td><td></td></tr><tr><td>מראות קינמטיות</td><td>פריסקופ ThorLabs</td><td>KM200-E03</td><td></td></tr><tr><td></td><td>ThorLabs</td><td>RS99</td><td></td></tr><tr><td>שמן טבילה</td><td>Zeiss</td><td>Immersol 518f</td><td></td></tr><tr><td>100X אובייקטיבי</td><td>Zeiss</td><td>Plan-apochromat 100X שמן, 1.4NA, PH3, 420791-9911-000</td><td></td></tr><tr><td>20X אובייקטיבי</td><td>Zeiss</td><td>N-Achroplan 0.45 NA, 420953-9901-000&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>כיסוי זכוכית</td><td>Healthrow Scientific</td><td>HS159879H</td><td></td></tr><tr><td>דופמין הידרוכלוריד</td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>H8502&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>מצלמת מערך אינפרא אדום דו-ממדית</td><td>פרינסטון אינסטרומנטס</td><td>NIRvana</td><td></td></tr><tr><td>מערך חיישני אינפרא אדום 1D</td><td>פרינסטון אינסטרומנטס</td><td>PyLoN IR</td><td></td></tr><tr><td>ספקטרוגרף nIR</td><td>פרינסטון אינסטרומנטס</td><td>SCT-320</td><td></td></tr><tr><td>עדשת פלנו-קמורה</td><td>ThorLabs</td><td>LA1384</td><td></td></tr><tr><td>לוחות באר (תחתית זכוכית)</td> <td>קורנינג</td><td>4580</td><td></td></tr></tbody></table>

הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן walled יחיד

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

ננו-צינורות פחמן חד-דופן מוליכים למחצה (SWNTs) הם סוג של ננו-חומר פעיל אופטית שזוהר באינפרא אדום הקרוב, במקביל לחלון האופטי שבו הדגימות הביולוגיות שקופות ביותר. כאן, אנו מתארים טכניקות לספיגת פולימרים אמפיפיליים וחומצות פולינוקליות על פני השטח של SWNTs כדי להנדס את שלבי העטרה שלהם וליצור חיישנים מולקולריים חדשים עבור מולקולות וחלבונים קטנים. חיישני SWNT פונקציונליים אלה הם גם תואמים ביולוגית וגם יציבים. פולימרים נספגים על פני הננו-צינוריות על ידי סוניקציה ישירה של SWNTs ופולימר או על ידי השעיית SWNTs באמצעות חומר פעילי שטח ואחריו דיאליזה עם פולימר. פליטת הקרינה, היציבות והתגובה של חיישנים אלה לאנליטים ממוקדים מאושרים באמצעות ספיגה וספקטרוסקופיה פלואורסצנטית קרובה לאינפרא אדום. יתר על כן, אנו מדגימים קיבוע פני השטח של החיישנים על גבי שקופיות זכוכית כדי לאפשר מיקרוסקופיה פלואורסצנטית של מולקולה אחת לאפיין ספיחת פולימרים וקינטיקה של קשירת אנליטים.

SWNTs הושעו בתמיסה מימית באמצעות שני פעילי שטח ופולימרים amphiphilic ידי sonication ישיר על ידי חילופי דיאליזה. איור 1 מציג SWNTs, גדל בשיטת זירזה קרבוניל ברזל (HiPco), מושעה באמצעות SC, RITC-PEF20-RITC, ו (GT) 15 -DNA. צפיפות אופטית של SWNTs עם SDS (או פולימר) מגדיל באופן דרמטי לאחר sonication וירידות עם הסרת אגרגטים מזהמים באמצעות טיהור על ידי צנטריפוגה (איור 1). מדידות של ספיגה ב 632 ננומטר לכמת את הר...

אנו מציגים פרוטוקול להנדסת שלב העטרה של ננו-צינורות פחמן פלואורסצנטיים קרובים לאינפרא אדום (SWNTs) באמצעות פולימרים אמפיפיליים ו-DNA לפיתוח חיישנים למטרות מולקולריות ללא אלמנטים ידועים לזיהוי.

הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן Walled יחיד

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא להכין ננו-צינורות פחמן פלואורסצנטיים קרובים לאינפרא אדום עבור חישה מולקולרית שעברו פונקציונליזציה באמצעות פולימרים ביומימטיים. ננו-חיישנים אלה יכולים לאפשר הדמיה שנפתרה בזמן ברקמה חיה. לדוגמה, הם יכולים לשמש לאיתור דופמין במוח.היתרון העיקרי של חיישנים אלה הוא הקרינה האינפרא אדום הטבועה בהם, המאפשרת הדמיה עמוקה יותר לתוך הרקמה. חיישנים סינתטיים מאפשרים זיהוי של מולקולות ללא רכיבי זיהוי מולקולרי טבעיים, מה שהופך את השיטה הגנרית הזו לפיתוח חיישנים לשימושית במיוחד לזיהוי מולקולות קטנות. להכנת תרחיף חומצות גרעין של SWNTs, יש להמיס תחילה חומצות גרעין בנתרן כלורי מולרי של 0.1 לריכוז של 100 מיליגרם למיליליטר.במכסה אדים, הסר חשמל סטטי מהמרית החד פעמית, צינורות המיקרו-צנטריפוגה ומלאי ה-SWMT, באמצעות אקדח אנטי סטטי. לאחר מכן, הוסף 20 מיקרוליטר מתמיסת חומצת הגרעין ל -980 מיקרוליטר של 0.1 נתרן כלורי מולרי. לאחר מכן הוסף 1 מיליגרם של SWNTs שטופים לתמיסת חומצת הגרעין המתקבלת לפני סוניקציה של התערובת.מיקום קצה הבדיקה במהלך סוניקציה הוא קריטי. אם מתרחש קצף, מקם מחדש את קצה הבדיקה ונסה להוריד את המשרעת. לחלופין, אתה יכול לנסות פולסים של סוניקציה או סוניקציה באמבטיה אם ההשעיה נשארת גרועה.בעזרת אולטרסאונד עם קצה בקוטר 3 מילימטר, סוניקטור את התמיסה למשך 10 דקות במשרעת של 40% באמבט קרח. צנטריפוגה את תמיסת ה-DNA SWNT פעמיים למשך 90 דקות ב-16, 100 xg. אסוף ושמור את הסופרנטנט, היזהר לא להפריע לגלולה המכילה צרורות ננו-צינורות פחמן ואגרגטים.השלך את הגלולה בהתאם לנהלי פסולת מסוכנת מוסדית המתאימים לננו-חומרים. מדוד את ספיגת התמיסה ב-632 ננומטר באמצעות ספקטרופוטומטר UV-vis כדי לקבוע את הריכוז המשוער של SWNTs מרחפים, בהתאם לחוק למברט-ביר, ואת מקדם הדילול המתאים. עבור מתלי פולימר אמפיפיליים, הסר תחילה את החשמל הסטטי מהמרית החד פעמית, צינורות המיקרו-צנטריפוגה ומלאי SWNT.במכסה אדים, הוסף חמישה מיליגרם של SWNTs לחמישה מיליליטר של תמיסת נתרן כולאט 2%. בעזרת אולטרסאונד עם קצה בקוטר שישה מילימטרים, סוניקטור את התמיסה למשך שעה במשרעת של 40% באמבט קרח. צנטריפוגה את הדגימה ב-150,000 xg למשך ארבע שעות באמצעות אולטרה-צנטריפוגה, לפני איסוף זהיר של הסופרנטנט.לאחר מכן, ממיסים 1% משקל של פולימר אמפיפילי בתמיסת scSWNT. לאחר מכן, דיאליזה של תמיסת הפולימר scSWNT באמצעות קרום דיאליזה של 3.5 קילודלטון כנגד ליטר אחד של מים נטולי יונים או חיץ למשך חמישה ימים. החלף את המים או את המאגר בשעה השנייה ובשעה הרביעית.מדוד את ספיגת התמיסה ב-632 ננומטר באמצעות ספקטרופוטומטר UV-Vis כדי לקבוע את הריכוז המשוער של SWNTs מרחפים. להכנת השקופיות המצופות BSA-ביוטין, נקו שקופית מיקרוסקופ וזכוכית כיסוי של 0.17 מילימטר במים נטולי יונים, ולאחר מכן מתנול, אצטון ושטיפה אחרונה של מים נטולי יונים. צור ערוצים על ידי הנחת מספר חתיכות של סרט דו צדדי במרחק של כחמישה מילימטרים זה מזה על שקופית המיקרוסקופ הנקייה.אטום את התעלות על ידי לקיחת החלקה ארוכה של כיסוי זכוכית ולחיצה על החלק העליון של הסרט הדו-צדדי. הקפד למרכז אותו על שקופית המיקרוסקופ כך ששולי ההחלקה וההחלקה של הכיסוי לא יהיו סמוכים. לאחר מכן, הוסף 100 מיקרוליטר של תמיסת מלאי BSA-ביוטין ל-900 מיקרוליטר של מאגר טריס 1x לריכוז סופי של מיליגרם אחד למיליליטר.הזרימו 50 מיקרוליטר של תמיסת BSA-ביוטין לתוך התעלה על ידי פיפטינג התמיסה לקצה אחד ונידוף התמיסה בקצה השני באמצעות רקמה. לאחר דגירה של התמיסה במשך חמש דקות, בצע שלוש עד חמש שטיפות עם 50 מיקרוליטר של 0.1 נתרן כלורי מולארי. לאחר מכן, יש לדלל 40 מיקרוליטר של חמישה מיליגרם למיליליטר תמיסת מלאי NAV ל-960 מיקרוליטר של 1x Tris buffer, לריכוז סופי של 0.2 מיליגרם למיליליטר.הזרימו 50 מיקרוליטר של תמיסת ה-NAV לתעלה על ידי פיפטינג של התמיסה לקצה אחד ונידוף התמיסה בקצה השני באמצעות רקמה. לאחר דגירה של המגלשה במשך שתיים עד חמש דקות, בצע שלוש עד חמש שטיפות עם 50 מיקרוליטר של 0.1 נתרן כלורי מולרי. לאחר מכן, יש לדלל את תמיסות המלאי של SWNTs מרחפים ומאגר הדמיה לריכוז של 1 עד 10 מיליגרם לליטר.הזרימו 50 מיקרוליטר מתמיסה זו לתעלה ודגרו למשך חמש דקות. שטוף בעדינות את ה-SWNTs העודפים באמצעות 50 מיקרוליטר של מאגר הדמיה. כדי למדוד את התגובה ההפיכה של GT15 DNA-SWNTs לדופמין, הרכיב תחילה את התעלות המצופות חיישן על שלב המיקרוסקופ הקרינה.הבא את הערוצים למיקוד באמצעות 100X Oil Objective ומצלמת אינדיום גליום ארסניד. לאחר מכן, הוסף 50 מיקרוליטר של תמיסת דופמין מיקרו-מולרית בתמיסת מלח חוצצת פוספט לתעלת הזרימה, ורשום את השינוי בעוצמת הקרינה. שטפו את תמיסת הדופמין באמצעות מי מלח חוצצים פוספט, והתבוננו בשינוי הקרינה של חיישני ה-SWNT הבודדים.כדי לבצע את סינון צלחת הבאר לתגובה אנליטית של SWNTs פולימרים ביומימטיים, פיפטה נפחים שווים של חיישן SWNT התלוי לכל באר. השתמש בנפח מספיק כדי לכסות את קרקעית הבאר באופן אחיד. לאחר מכן, אנליטים של פיפטה מספריית ההקרנה לתוך לוחות הבאר.הכן כל אנליט בשלוש פעמים כדי לקחת בחשבון את השונות הפוטנציאלית של באר לבאר ותנודות של עוצמת העירור, או הטמפרטורה. העלה את המטרה תוך ניטור ספקטרום הפליטות באמצעות הספקטרומטר ומערך אינדיום גליום ארסניד. מיקום אופטימלי של המטרה יציב את מישור המוקד בערך באמצע נפח הדגימה בבאר, מה שאמור להתאים למקסימום בעוצמה הנמדדת.עבור כל באר דגימה, רשום חשיפה של 1 עד 10 שניות כדי לאסוף ספקטרום. השווה את ספקטרום הפליטות עבור כל באר לבקרה המכילה רק SWNTs ללא אנליט נוסף, כדי לכמת את תגובת הקרינה. ספקטרום הספיגה של חיישני ננו-צינורות DNA GT15 מראה שיאים מרובים המתאימים לננו-צינורות פחמן מפוזרים היטב בעלי כיראליות שונה.הקרינה הקרובה לאינפרא אדום של חיישני ננו-צינורות DNA GT15 מוצגת. מעניין שעוצמת הקרינה מוכפלת בערך בתגובה לדופמין. באיור זה, מיקרוסקופ פלואורסצנטי קרוב לאינפרא אדום חושף חיישני ננו-צינורות DNA בודדים GT15 המשותקים על פני כיסוי זכוכית.בהמשך חשוב לבדוק את החיישן לשימוש in vivo, למשל הרחבת ספריית האנליטים כך שתכלול מתחרים מולקולריים, בדיקת ליניאריות של תגובה במשטר הריכוז הרלוונטי מבחינה ביולוגית, וגם בדיקת הפיכות. לאחר השליטה, ניתן להשתמש בגישה זו כדי ליצור ספרייה של חיישנים סינתטיים שונים ממולקולות ללא רכיבי זיהוי מולקולאריים ידועים.

engineering-molecular-recognition-with-bio-mimetic-polymers-on-single

Research

JoVE Journal

Bioengineering

הנדסה ביולוגית

תיאור של ההיווצרות של הפולימר microarray באמצעות טכניקת photopolymerization על שבב. אפיון משטח התפוקה הגבוהה באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, מדידות זווית מגע מים, ספקטרוסקופיה Photoelectron רנטגן ושעה של ספקטרומטריית טיסה משנית יון המוני וassay מצורף תא גם תאר.

Microarrays פולימר לגילוי תפוקה גבוהה של Biomaterials

אנו מתארים את ייצור מכשיר מדידה ולפרוטוקול biosensors בתדר גבוה המבוסס על צינורות פחמן. טכניקת חישת התדירות הגבוהה מפחית את הסיכון (דביי) השפעת ההקרנה יונית הבסיסית ומאפשרת Nanotube biosensor להיות מופעל בפתרונות כוח יוניים גבוהים שבי biosensors אלקטרוני קונבנציונלי נכשלים. הטכנולוגיה שלנו מספקת פלטפורמה ייחודית לbiosensors אלקטרוני הפועלים בתנאים פיסיולוגיים רלוונטיים נקודה של הטיפול (POC).

המצאה של Biosensor Nanotube פחמן בתדירות גבוהה Nanoelectronic לחישה בפתרוני כוח יוניים גבוהים

אנו מתארים את הייצור והאפיון של מערכות ננו-ביולוגיות המממשקות מצעים ננו-מובנים עם חלבונים ואפטמרים משותקים. מדווחים על השלבים הניסויים הרלוונטיים הכוללים ייצור ליטוגרפי של מצעים ננו-מבניים, ביו-פונקציונליזציה ואפיון ספקטרוסקופיה רמאן משופרת פני השטח (SERS). זיהוי SERS של חלבונים משותקים על פני השטח, ובדיקה של קשירת חלבון-ליגנד ואפטאמר-ליגנד מודגמת.

משטח משופר ראמאן ספקטרוסקופיה איתור של מולקולות ביולוגיות באמצעות EBL מצעי Nanostructured המפוברק

מוצגת שיטה לפונקציונליזציה של ננו-צינורות פחמן עם שכבות אנקפסולציה פולימריות הניתנות לכוונון מבנה ואפיון מבני באמצעות פיזור נויטרונים בזווית קטנה.

Functionalization של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות עם קופולימרים לחסום Thermo-הפיך אפיון על ידי פיזור קטן זווית ניוטרון

חומצות גרעין הן אנליטים נפוצים להערכת מערכות ביולוגיות; עם זאת, הטיה ממניפולציה אנזימטית עלולה לגרום לדאגה. כאן מתוארת שיטה לזיהוי ללא תווית של חומצות גרעין באמצעות פוליאנילין. טכנולוגיית חיישנים רגישה וחסכונית זו יכולה להבחין בהבדלים בין נוקלאוטידים בודדים בין מולקולות.

חיישן מבוסס-Polyaniline של חומצות גרעין

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להכין ולדמיין מבנים משניים (כגון סיבים, ארכיטקטורות טבעתיות, ו-תחומי ננו) נגזרים polycarbodiimides סליל. מורפולוגיה מאופיין הן במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) הוצגה תלוי המבנה המולקולרי, ריכוז, ואת ממס של בחירה.

מורפולוגיה הרכבה עצמיות המתקבלות סליל Polycarbodiimide קופולימרים ונגזר triazole שלהם

פולימרים semiflexible להציג תכונות מכניות ייחודי המוחלות בהרחבה על ידי מערכות החיים. עם זאת, מחקרים שיטתיים על biopolymers מוגבלות מאז מאפיינים כגון הפולימר קשיחות אינם נגישים. כתב יד זה מתאר איך מגבלה זו הוא מצויין לתכנות צינוריות דנ א, הפעלת ניסיוני מחקרים על ההשפעה של פילמנט קשיחות.

ה-DNA צינוריות כמו כלי רב-תכליתי ללמוד פולימרים Semiflexible

הליך עבור הסינתזה של multiwalled הושתל פוליסטירן פחמן באמצעות שינוי כימי רצופים שלבים באופן סלקטיבי להציג רשתות פולימריות בקירות הצדדיים שלהם הרכבה עצמית באמצעות patchiness אנאיזוטרופי הוא הציג.

הרכבה Multiwalled פחמן עם פוליסטירן כדי לאפשר הרכבה עצמית, Patchiness אנאיזוטרופי

כאן, אנו מציגים פרוטוקול זיהוי, כימות של מולקולות בשפע נמוך פתרונות מורכבים באמצעות מולקולרית החתמה בשילוב ביוסנסור קיבול.

זיהוי העדינה של סמנים ביולוגיים באמצעות הטבעה מולקולרית מבוסס ביוסנסור קיבולי

בעבודה זו, אנו מספקים פרוטוקול לתפקוד ביולוגי של ננו-חומרים מגנטיים עם נוגדנים עבור מיקוד תאים ספציפיים. כדוגמאות, אנו משתמשים בננו-חוטי ברזל כדי לתקוף תאים סרטניים.

ביו-פונקציונליזציה של ננו-חומרים מגנטיים

ננו-מכונות מבוססות DNAzyme יכולות לשמש לזיהוי סלקטיבי ורגיש ביותר של חומצות גרעין. מאמר זה מתאר פרוטוקול מפורט לתכנון ננו-מכונות מבוססות DNAzyme עם ליבה של 10-23 המשתמשות בתוכנה חופשית ויישומן בזיהוי מקטע וירוס אפשטיין-בר כדוגמה.

DNAzyme 10-23 - ננו-מכונות מבוססות לזיהוי חומצות גרעין

למדו הנדסת ננו-חיישנים פלואורסצנטיים בתחום האינפרה-אדום הקרוב באמצעות פולימרים ביו-מימטיים ו-SWNTs. שיטה זו מאפשרת גילוי דופמין ברקמות חיות ודימות מולקולרי עמוק.

הכרה מולקולרית הנדסה עם פולימרים ביו-מימטיים על פחמן Walled יחיד

גלה סרטונים נוספים