다양한 단일 분자를 AFM 팁에 공유 결합하는 프로토콜이 제시됩니다. 고체 지지체 및 생체 계면에서 이러한 분자의 접착력과 자유 에너지를 결정하기 위한 절차와 예가 제공됩니다.
방법 논문
다양한 단일 분자를 AFM 팁에 공유 결합하는 프로토콜이 제시됩니다. 고체 지지체 및 생체 계면에서 이러한 분자의 접착력과 자유 에너지를 결정하기 위한 절차와 예가 제공됩니다.
원자 힘 분광법은 표면 및 계면의 분자를 연구하는 이상적인 도구입니다. 공유 AFM 팁 위에 몇 단일 분자의 큰 다양한 실험 프로토콜을 제시한다. 동시에 AFM 팁은 AFM 팁에 부착 된 단일 분자를 연구하기위한 필수 조건이다 팁과 기판 사이의 비특이적 인 상호 작용을 방지하기 위해 비활성화된다. 분석은 부착력, 접착 길이, 곧 발표되고 상기 판독을위한 외부 참조가 제공되는 고체 표면과 바이오 인터페이스에 대한 이들 분자의 자유 에너지를 결정한다. 예 분자는 폴리 (아미노산) polytyrosine이며, 그래프트 중합체 PI- g -PS 및 인지질 POPE (1- 팔미 토일 -2- oleoyl- SN -glycero -3- phosphoethanolamine). 이 분자는 CH 3 -SAMs 같은 다른 표면, 수소 종료 다이아몬드로부터 탈착 다양한 용매 조건에서 지질 이중층을 지원합니다. 마지막으로,힘 분광 단일 분자 실험의 장점은 진정한 단일 분자 실험에서 연구 된 경우 수단이 결정을 포함하여 논의된다.
지난 30 년간, 원자력 현미경 (AFM)은 그것이 모든 입체적 분자 공간 해상도를 제공하고, 다양한 용매에서 동작 할 수 있기 때문에 생체 1,2- 합성 3 재료 및 표면을 연구하는 귀중한 영상 법 것으로 밝혀졌다 환경. 또한, AFM-단일 분자 힘 분광법 (SMFS)이 정권을 μN하기 위해 PN에 이르기까지 힘을 측정 할 수있게하고 4,5 단백질 층으로 예를 들어 전례없는 통찰력, 고분자 물리학 6 주신 - 8 및 단일 분자 표면의 상호 작용 (9) - 단일 분자보다는 분자의 앙상블을 공부 뒤에 12 국지적 인의 이론적 근거는 종종 드문 사건이나 숨겨진 분자 상태를 마스크 효과를 평균 방지하는 것입니다. 또한, 등 윤곽 길이, 쿤 길이, 접착 자유 에너지, 분자 매개 변수의 다수가 될 수 있습니다를 얻을. 이것은 아래의 예에서 자세히 설명되어 있습니다. 전형적인 AFM-SMFS 실험에서, 프로브 분자는 링커 분자를 통해 매우 날카로운 팁에 연결된다. 팁 자체가 굴곡 외팔보의 단부에 위치한다. 팁이 표면에 접촉되는 경우, 프로브 분자가이 표면과 상호 작용한다. 표면으로부터 분자를 분리하기 위해, 팁, 힘, 따라서 자유 에너지의 후퇴시에 캔틸레버의 편향을 관찰함으로써 결정될 수있다. 의미있는 통계를 가져, 소위 힘 - 거리 곡선 다수 획득되어야한다. 또한, 프로브 분자가 AFM 팁에 공유 적으로 결합되어야한다 (즉, 하나의 전체 실험 기간에 걸쳐 동일한 프로브를 사용하는 분자) 진정한 단일 분자 실험을 갖도록. 여기서, 공유 결합을 통해 단일 분자로 기능화 캔틸레버 용 실험 프로토콜이 제시된다. 단일 분자가 하나 또는 아미노 티오 통해 연결될 수있다AFM 팁에 L 그룹. 접합 공정은 사용되는 중합체의 용 매화 특성에 대해 설명 할 (유기 및 수성) 용매의 광범위한 다양성으로 수행 될 수있다.
첫 번째 부분에서는 일반적인 프로토콜은 공유 설명 AFM 팁에 링커 분자를 통해 단일 분자 ( "프로브 분자")을 첨부합니다. 이를 위해, NHS- 유기 화학 또는 말레이 미드 13 사용된다. 세 개의 예시적인 분자 프로토콜과 함께, 데이터 수집 및 데이터 분석 프로세스를 설명하고 상기 판독 참조가 제공된다. 예 분자는 다음과 같습니다 (선형) 폴리머 티로신, 그라프 트 중합체 PI- g -PS 및 지질 교황. 예 공유 시스테인을 연결하는이 프로토콜의 약간의 변형을 포함한다. 또한, 섹션은 이러한 다이아몬드 표면, CH 3 - 자체 조립 단층 및 지질 이중층으로 다른 표면의 준비에 최선을 다하고 있습니다. 이러한 인터페이스는 잠을욕실은 좋은 참조 및 예제가 될 수 있습니다.
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참고 제제, 데이터 수집 및 데이터 분석 단계를 포함하는 공정 흐름의 개요에 대해도 2 참조.
1. 시약 설치
참고 : 모든 화학 물질 취급시주의해야하며, 따라서 실험실 코트, 장갑과 눈 보호가 사용되어야한다. 모든 작업은 실험실 후드에서 수행해야합니다. 특히, 특수 장갑 클로로포름 사용의 경우 착용해야합니다.
2. 장비 설치
주 : 가능한 교차 오염을 방지하기 위해, 각 단계에 대한 신선하고 깨끗한 혈관을 사용합니다.
3. 팁 기능화
참고 : 핀셋, 선박 등은 스테인레스 스틸, PTFE, 유리 또는 해당되는 경우 유기 용액에서 화학적으로 안정되어 다른 물질로했다. 달리 명시되지 않는 한, R의 모든 단계를 수행배양 용액의 양이 필요 T. 캔틸레버 칩의 수에 의존한다. 캔틸레버는 모든 시간에 각각의 솔루션에 몰입되어 있는지 확인합니다.
참고 : 유기 증기의 흡입을 피하기 위해 후드를 사용합니다.

도 1. (A) 회로도 NHS 화학의 예를 사용하여 팁 기능화 과정을 도시. 아미노기를 통해 팁 프로브 분자를 부착하기 위해 사용 (B) 화학 결합이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 표면 처리
5. 데이터 수집
주 : 실험을 위해, 액체에서 측정 할 수있는 기능을 제공 AFM을 사용한다. 데이터 수집 및 데이터 분석 절차에 관계없이 사용 AFM 모델을 적용 할 수있다. 또한, 일부 실험에서 그것을 그리고 온도를 제어 할 수있을 것이 유리하다액체 셀 내의 전자. 캔틸레버 휨은 레이저 빔 (19)에있어서의 편향을 통해 검출 하였다. 스프링 상수는 열잡음 방법 (20)로 측정 하였다.
6. 데이터 준비
참고 : 일반적으로 뉴턴과 나노 미터뿐만 아니라 데이터가 설명되어 있습니다 해결하기 위해 단위를 변환 실험의 특정 유형의 독립적 수행이 절 일반 데이터 준비 단계에서. 실험 특정 데이터 분석은 BR 있습니다iefly는 각각의 대표적인 예 절에서보다 상세히 설명했다.


샘플 준비, 데이터 수집 및 데이터 분석을 보여주는 그림 2. 공정 흐름도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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이하, 상술의 결과는, 예를 분자, 즉 중합체 폴리 (아미노산)을 설명 polytyrosine, 그래프트 중합체 PI- g -PS 및 인지질 POPE가 제시된다. 우선 각 실시 예에 대해, 제공되는 데이터 수집 및 데이터 준비에 대한 특정 세부 사항을 실험. 그런 다음, 이러한 분자가 다른 표면에서 탈착 된 실험 실시 결과 (CH 3 -SAMs, 수소 종료 다이아몬드 및 지질 이중층)가 표시됩니다. 접착력, 접착 길이 및 자유 에너지의 측정이 도입된다.
예 1 : 자기 조립 단분자막에서 polytyrosine의 탈착
에탄올의 함량이 변화하는 다른 솔루션 소수성 polytyrosine SAM에서의 탈착을 측정 하였다. 위에 적어도 300 구동력 D 바와 같이 각 용액 중의 캔틸레버 InvOLS 스프링 상수를 측정 하였다istance 흔적은 각 솔루션을 남겼습니다...
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지난 수십 년 동안, 단일 분자 실험은 분자 메커니즘에 새로운 통찰력을 제공하는 생명 과학 이후에 매우 중요한 접근 방법 드러났다. SMFS 실험 이상적으로 하나의 동일한 분자 실험의 전체 과정에 걸쳐 사용하고 의미에서 좋은 통계를 달성했다. 앙상블 분자의 실험과 대조적으로, 실험 SMFS 희귀 이벤트 및 숨겨진 분자 상태를 감지 할 수있다. 단일 분자 실험의 또 다른 장점은 분자 동력학 시뮬레이션 (24, 25)에 의해 모델링 될 수 있다는 것이다.
(28) - 상기 캔틸레버 작용 프로토콜은 이전에 발행 절차 26의 수정 된 버전이다. 활성화 및 실란 화 후에 AFM 캔틸레버는 폴리에틸렌 글리콜의 두 가지 유형 (PEG) 분자 (링커 분자)의 혼합물로 작용 화된다.
제 링커-PEG는 불활성 메틸기 ( "메틸 PEG") 및...
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저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
저자는 DFG(Hu 997/2-2)의 재정 지원에 감사를 표합니다. FS는 Hanns-Seidel-Stiftung(HSS)을 인정합니다. SKr은 Elitenetzwerk Bayern의 박사 과정 프로그램인 Material Science of Complex Interfaces의 프레임워크에서 지원을 받았습니다. SKi는 SFB 863의 재정 지원에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| Materials | |||
| Hellmanex III 알칼리 액체 농축액(세제 용액) | Hellma | ||
| RCA(초순수, 과산화수소(35%), 암모니아(32%); 5:1:1(v/v/v)) | Sigma | ||
| Vectabond 시약 / APTES(3-Aminopropyl)triethoxysilane | Vectorlabs | ||
| 건조 아세톤(< 50ppm H< sub>2O) | Sigma | ||
| 건조 클로로포름 (> 99.9%) | Sigma | ||
| Triethylamine | Sigma | ||
| 초순수 | Biochrom, 독일 | ||
| Di-sodium tetraborate (> 99.5%) | , Biochrom, 독일 | ||
| 붕산 | Biochrom, 독일 | ||
| Monofunctional α-methoxy-ω-NHS PEG, 5 kDa, " 메틸 -PEG-NHS" | Rapp, 독일 | ||
| Heterobifunctional α,ω-bis-NHS PEG, 6 kDa, " NHS-페그-NHS" | Rapp, 독일 | ||
| Heterobifunctional α-maleimidohexanoic- ω-NHS PEG, 5 kDa, " 말-페그-NHS" | Rapp, 독일 | ||
| 프로브 분자 (폴리머, 지질, etc.) | |||
| Equipment | |||
| 주둥이가 있는 충분한 양의 유리 결정화 접시 (10 ml), 유리 페트리 접시 (500 µ l) 및 유리 뚜껑 | VWR International GmbH, Germany | ||
| [header] | |||
| 실험실 오븐 모델 UF30 | Memmert, 독일 | ||
| 온도 제어 초음파 발생기 | VWR International GmbH, 독일 | ||
| 플라즈마 시스템 "Femto", 100 W | Diener, 독일 | ||
| 각 유기 용제당 별도의 유리 주사기 1개 | VWR International GmbH, 독일 | ||
| Vortex 믹서 | VWR International GmbH, 독일 | ||
| 마이크로 원심분리기 튜브 (0.5 ml 또는 1.5 ml) | Eppendorf | ||
| Pipettes: 10-100 µ l, 50-200 &마이크로; L 및 100-1,000 &마이크로; l | Eppendorf | ||
| AFM (예: BioHeater가 있는 MFP-3D) | Asylulm Research, Santa Barbara | ||
| Soft SiN 캔틸레버, 일반적으로 질화규소(SiN)로 만든 캔틸레버(스프링 상수는 100 pN/nm 미만, 예: MLCT) | Bruker AXS, Santa Barbara | ||
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