2018년 4월 24일
이 프로토콜은 자세하게에서 조작 상 온에서 x 선 회절 데이터 컬렉션에 대 한 미세 장치를 작동 하는 방법을 설명 합니다. 또한, 그것은 동적 산란에 의해 단백질 결정 화를 모니터링 하는 방법 설명 하 고 처리 하 고 분석 하는 방법을 얻은 회절 데이터.
이 절차의 전반적인 목표는 실온에서 단백질 결정화 X선 회절 데이터 수집을 위한 미세유체 장치를 제작하고 운영하는 것입니다. 이 기술의 주요 장점은 칩 내부의 결정화가 단백질 결정의 기계적 장애를 최소화한다는 것입니다. 이 X선 투명 칩은 생산이 용이하고 대부분의 싱크로트론 빔라인의 측각계에 직접 장착할 수 있으며 X선 회절 데이터를 수집할 때 사용 가능한 결정을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
먼저 X선 칩 설계의 마스터 몰드를 알루미늄 호일로 라이닝된 10cm 페트리 접시에 놓습니다. 총 약 30g의 PDMS 염기와 경화제를 10:1 비율로 혼합하고 PDMS를 마스터에 4mm 높이로 붓습니다. 진공 데시케이터에서 PDMS의 가스를 5분 동안 제거하고 공기를 불어넣어 PDMS 표면에 남아 있는 기포를 제거합니다.
PDMS를 섭씨 70도의 오븐에서 1시간 동안 경화시킵니다. 그런 다음 마스터에서 경화된 PDMS 금형을 부드럽게 벗겨냅니다. 메스를 사용하여 과도한 PDMS를 잘라냅니다.
X선 칩을 제조하기 전에 에폭시 주형 주조 중에 필요한 모든 장비 및 구성 요소에 쉽게 접근할 수 있도록 작업 공간이 배치되어 있는지 확인하십시오. 칩 제조를 시작하려면 2액형 에폭시 수지의 전구체를 에탄올로 희석하여 최종 에탄올 질량 농도가 40중량%가 되도록 합니다. 와류 믹서를 사용하여 에폭시 수지와 에탄올을 함께 혼합합니다.
진공 데시케이터에서 PDMS 금형의 가스를 30분 동안 제거하여 PDMS가 나중에 에폭시 수지에서 작은 기포를 흡수할 수 있도록 합니다. 70mm x 70mm 두께의 7.5미크론 폴리이미드 호일 조각을 자르고 75mm x 50mm 유리 슬라이드에 호일을 감쌉니다. 호일의 가장자리를 슬라이드 뒤쪽에 테이프로 붙여서 평평하고 단단한 폴리이미드 표면을 형성합니다.
슬라이드 뒷면의 폴리이미드 호일을 산소 플라즈마로 20초 동안 처리합니다. 그런 다음 APTS 또는 GPTS의 1% 부피 수용액에 호일을 섭씨 20도에서 5분 동안 배양합니다. 실란화하는 동안 에폭시 수지 전구체 용액을 작은 주걱으로 완전히 혼합합니다.
탈기된 PDMS 금형을 진공 데시케이터에서 평평한 표면으로 옮깁니다. 실란화 폴리이미드 호일을 가압 공기 또는 질소 가스로 건조시킵니다. 수지 혼합물의 한 방울을 금형의 각 미세 구조에 빠르게 적용합니다.
슬라이드로 뒷면을 덮은 폴리이미드 호일을 에폭시 수지 위에 뒤집어 놓고 슬라이드를 단단히 누릅니다. 어셈블리를 플라스틱 호일과 금속판으로 덮습니다. 금속판에 추를 놓아 어셈블리에 제곱센티미터당 최대 1.4뉴턴의 압력을 가합니다.
15분 후 에폭시 패턴의 폴리이미드 호일에서 유리 슬라이드를 부드럽게 분리하고 건조될 때까지 폴리이미드 호일을 닦습니다. 플라스틱 호일, 금속판 및 추를 다시 위에 놓습니다. 에폭시를 실온에서 1시간 동안 경화시킵니다.
그런 다음 추, 금속판 및 플라스틱 호일을 제거합니다. PDMS 금형에서 패턴이 있는 폴리이미드 호일을 부드럽게 벗겨냅니다. 플라즈마는 패턴화된 호일을 20초 동안 처리하고, 앞서 설명한 대로 패턴화된 호일을 APTS 또는 GPTS로 실란화합니다.
동일한 조건에서 깨끗한 폴리이미드 호일을 다른 실란 용액으로 실란화합니다. 두 포일을 압축 공기로 건조시킵니다. 그런 다음 깨끗하고 건조하며 평평한 표면에 탈이온수 한 방울을 바릅니다.
폴리이미드 호일의 개별 칩 구조를 절단하고 패턴이 있는 폴리이미드 호일 에폭시 면이 위로 향하게 하여 물방울 위에 놓고 완전히 평평해질 때까지 호일을 조심스럽게 매끄럽게 만듭니다. 실란화된 면이 아래로 향하게 하여 패턴이 있는 호일 위에 두 번째 폴리이미드 호일을 놓습니다. 두 번째 호일을 모서리에서 반대쪽 모서리로 부드럽게 손으로 매끄럽게 하여 기포를 배출하고 폴리이미드 시트를 함께 접착합니다.
액세스 포트 제작을 시작하려면 경화된 4mm PDMS 슬래브에서 결정화 구획을 덮지 않고 폴리이미드 X선 칩의 모든 포트를 덮을 수 있는 충분한 크기의 블록을 절단합니다. 플라즈마는 폴리이미드 칩과 PDMS 블록을 처리, 실란화 및 건조합니다. 처리된 블록을 포트 위의 칩에 밀어 넣습니다.
칩을 플라스틱 호일, 깨끗한 유리 슬라이드 및 금속판으로 덮습니다. 1시간 동안 평방 센티미터당 1.4뉴턴의 압력을 가합니다. 그런 다음 0.75mm 생검 펀치를 사용하여 칩 설계에 표시된 입구 및 출구 구멍을 펀칭합니다.
폴리이미드 필름 전기 절연 테이프로 칩 뒷면을 밀봉합니다. 그런 다음, 투명 불소 중합체 코팅 재료의 9 중량 % 원액을 불소 용매로 0.45 중량 %로 희석한다. 27게이지, 5/8인치 바늘을 주사기에 연결합니다.
바늘 끝에 폴리테트라플루오로에틸렌 튜브를 끼웁니다. 불소 중합체 용액을 1ml Luer Lock 주사기에 넣습니다. 튜브의 다른 쪽 끝을 X선 칩 배출구에 연결합니다.
모든 채널이 채워질 때까지 불소 중합체 용액을 칩에 주입하고 공기로 채워진 주사기를 사용하여 과도한 불소 중합체 용액을 제거합니다. 채워진 칩을 평평한 면이 아래로 향하게 하여 섭씨 190도의 핫플레이트에 놓습니다. 칩을 5분 동안 가열하여 용매를 증발시켜 채널을 불소 중합체로 코팅합니다.
결정화 절차를 진행하기 전에 선택한 단백질 용액을 0.2미크론 필터로 여과합니다. 용액을 16, 100배 g 및 섭씨 20도에서 15분 동안 원심분리하고 결정화 실험을 위해 상등액을 회수합니다. 결정화 절차를 시작하려면 동일한 부피의 단백질 용액과 그 침전제를 결합하십시오.
이 혼합물을 약 20마이크로리터를 주사기에 넣습니다. 27게이지, 5/8인치 바늘 및 PTFE 튜브를 사용하여 주사기를 X선 칩의 입구에 연결합니다. 같은 방법으로 불소화유 주사기를 배출구에 연결합니다.
현미경으로 칩을 모니터링하는 동안 주입구를 통해 결정화 용액을 병렬 레이아웃으로 칩에 채웁니다. 칩의 결정화 구획을 분리하기 위해 충분한 불소화 오일을 주입합니다. 그런 다음 입구와 출구 포트를 클립이나 다른 좁은 플러그로 막습니다.
칩을 적절한 결정화 조건에서 보관하십시오. 결정 형성은 이제 현미경 또는 동적 광 산란 측정으로 관찰할 수 있습니다. 데이터를 수집할 준비가 되면 양면 테이프를 사용하여 X선 칩을 플레이트 고니오미터용 3D 프린팅 어댑터에 고정합니다.
싱크로트론 빔라인의 플레이트 고니오미터에 칩 어댑터를 장착합니다. 회절 데이터를 수집하고 분석합니다. 명시야 현미경은 폴리이미드 호일 칩의 결정화 챔버에서 물의 증발 속도를 정량화하는 데 사용되었습니다.
동적 광 산란은 동일한 기하학적 구조를 가진 유리 슬라이드의 PDMS 칩에서 thaumatin 결정의 초기 핵 형성을 감지할 수 있어 결정화 조건을 최적화할 수 있습니다.각 프레임 동안 1도 회전으로 폴리이미드 칩에서 성장한 83개의 thaumatin 결정 각각에서 10개의 회절 패턴을 수집했습니다. 데이터 세트는 프레임별로 5개의 하위 데이터 세트로 분할되었으며 시간 경과에 따른 정규화된 회절 전력의 강도 감소를 평가했습니다.
네 번째 데이터 세트에서는 회절 전력이 50% 미만으로 감소했습니다.하위 데이터 세트의 측정 R 계수 값은 시간이 지남에 따라 증가했으며, 이는 데이터 수집 중에 결정이 방사선 손상을 입었음을 나타냅니다. 이것은 X-선 노출 중에 생성된 자유 라디칼이 동일한 구획에 있는 이웃 결정을 분해하기 때문이었습니다. bipyramidal thaumatin 결정은 X 선 칩에서 방향의 넓은 분포를 가졌습니다.
사방정계 포도당 이소머라제 결정은 마찬가지로 폴리이미드 칩에서 성장할 때 배향의 광범위한 분포를 보여주었습니다. 그러나 티오레독신 결정은 주로 xy, xz 및 yz 평면에서 방향을 가졌으며 잠재적으로 길쭉한 모양 때문일 수 있습니다. 일반적으로 이러한 칩은 매우 견고하고 X선 배경이 낮습니다.
따라서 이 제조 방법은 소각 X선 산란과 같은 다른 X선 이미징 기술에 적합합니다. 이 절차는 실험 요구 사항에 맞게 쉽게 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 칩 설계는 개별 구획의 치수 또는 칩당 총 구획 수를 조정하여 수정할 수 있습니다.
우리가 특히 중점을 두었던 것은 특수 도구나 미세유체 펌프와 같은 비용 집약적인 장비가 필요하지 않은 워크플로를 엔지니어링하는 것이었습니다. 이 비디오를 시청하고 원고를 읽은 후에는 칩에서 결정화하는 방법, 결정화 과정을 모니터링하는 방법, 칩 접근 방식을 사용하여 회절 데이터를 기록 및 분석하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 일단 마스터되면 이 기술을 사용하면 전용 클린룸 없이 약 3시간 내에 PDMS 마스터에서 미세유체 칩을 일괄 제작할 수 있습니다.
이 프로토콜은 실온에서 X-선 회절 데이터 수집을 위한 미세유체 장치의 제작 및 작동을 설명합니다. 또한 동적 광산란을 사용한 단백질 결정화 모니터링 및 후속 회절 데이터의 처리 및 분석을 자세히 설명합니다.
This microfluidic approach enables room-temperature serial crystallography with minimal mechanical disturbance to fragile protein crystals, supporting early-stage target validation by preserving native conformational states. By integrating in situ dynamic light scattering for nucleation monitoring and goniometer-based fixed-target data collection, the method improves predictive confidence in structural assays and reduces attrition due to crystal damage. The low-X-ray-background design and compatibility with standard synchrotron beamlines enhance throughput and reproducibility in fragment screening and lead optimization campaigns.
The method integrates into the discovery workflow from hit confirmation through lead identification, where structural data from room-temperature crystallography informs SAR and binding mode analysis.