Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

التوليف ، والجمعية ، وتوصيف أحادي الطبقة المحمية الجسيمات النانوية الذهبية للأفلام كهربية البروتين أحادي الطبقة

Published: October 4, 2011 doi: 10.3791/3441
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 1
1Department of Chemistry, Gottwald Center for the Sciences, University of Richmond, 2Department of Biochemistry and Molecular Biology, Gottwald Center for the Sciences, University of Richmond

Summary

وقد تم تجميع الغرويات Alkanethiolate الذهب استقرت مجموعات أحادي الطبقة المعروفة باسم المحمية (البلدان المتوسطية الشريكة) ، وتتميز ، وتجميعها في الأغشية الرقيقة بمثابة واجهة لامتصاص البروتين أحادي الطبقة الكهربائية من البروتين الأكسدة بسيطة مثل

Abstract

الذهب النانوية الغروية المحمية مع يغاندس alkanethiolate دعت مجموعات أحادي الطبقة الذهب المحمية (البلدان المتوسطية الشريكة) تم تجميعها ودمجها لاحقا في فيلم الجمعيات التي تكون بمثابة منصات لامتصاص البروتين أحادي الطبقة الكهربائية (PME). كما يستخدم PME في النظام النموذجي لدراسة خصائص الكهروكيميائية من البروتينات الأكسدة التي حصرها لمنصة الامتزاز في القطب المعدل ، الذي يشغل أيضا منصب شريك لتفاعلات الأكسدة الإلكترون (ET) نقل. وقد أظهرت الدراسات أن الذهب الجمعيات جسيمات متناهية الصغر فيلم من هذا النوع توفر بيئة البروتين الامتزاز أكثر تجانسا وتعزيز ET دون الاعتماد على المسافة بالمقارنة مع الأنظمة التقليدية مع تعديل monolayers الذاتي تجميعها alkanethiol (SAM). 1-3 في هذه الورقة ، البلدان المتوسطية الشريكة functionalized مع يغاندس hexanethiolate تم تجميعها باستخدام تفاعل Brust تعديل (4) ويتميز التحليل الطيفي فوق البنفسجية المرئية (UV - VIS) ، ونقل الإلكترون المجهري (TEM) والبروتون (1 H) الرنين المغناطيسي النووي (NMR). ويتم تجميع الأفلام MPC على تعديل واجهات SAM القطب الذهب باستخدام "دورة الانخفاض" طريقة بالتناوب طبقات لجنة السياسة النقدية وربط جزيئات ثنائي الثيول. يتم تعقب النمو الفيلم في القطب الذهب electrochemically من خلال قياس التغييرات في طبقة مزدوجة الشحن الحالية للنظام. أفلام مشابهة تجميعها على الشرائح الزجاجية سيلاني تعديل يسمح للمراقبة البصرية للنمو السينما ومستعرضة تحليل تيم يوفر سماكة الفيلم المقدرة. خلال تجميع الفيلم ، والتلاعب في حماية يجند MPC فضلا عن الربط بين الجسيمات آلية تسمح للأفلام الشبكية ، التي هي قابلة للتكيف بسهولة ، إلى واجهة مع وجود بروتين الأكسدة المختلفة الامتزاز الآلية. على سبيل المثال ، يمكن كثف الزائفة الزنجارية azurin (AZ) hydrophobically لثنائي الثيول المرتبطة الأفلام من البلدان المتوسطية الشريكة وhexanethiolate السيتوكروم ج (cyt ج) يمكن أن يجمد كهربية في حمض الكربوكسيلية تعديل MPC طبقة بينية. في هذا التقرير ، ونحن نركز على بروتوكول فيلم للنظام من الالف الى الياء حصرا. يمكن أن التحقيقات التي تنطوي على امتصاص البروتينات على منصات تعديل MPC الاصطناعية زيادة فهم التفاعلات بين الجزيئات الحيوية ومواد من صنع الإنسان ، وبالتالي المساعدة على تطوير خطط جهاز الاستشعار البيولوجي ، ونظم النمذجة ET ، والمواد الاصطناعية حيويا. 5-8

Protocol

1. Hexanethiolate المونولاير المحمية تجميع الكتل الذهب

وقد تم تجميع Hexanethiolate functionalized مجموعات أحادي الطبقة الذهب المحمية (البلدان المتوسطية الشريكة) بعد hexanethiol - 1 2:01 (C6) إلى نسبة الخلد الذهب لإنتاج بنية الاتحاد الافريقي متوسط ​​225 (C6) 75. 4-9 تعديلات محددة للتفاعل Brust ، مثل اكتب يجند ، نسب محددة ثيول إلى الذهب ، ودرجة الحرارة ، والتفاعل معدل الولادة ، أو بعد تركيب المعالجات ، يمكن أن تسفر 9-11 مجموعة متنوعة من البلدان المتوسطية الشريكة مع أحجام متفاوتة الأساسية والجماعات الوظيفية واقية ، على التوالي. 4 التقريبية MPC ( ويمكن تحديد المتوسط) من التراكيب functionalized البلدان المتوسطية الشريكة مع مجموعات مختلفة من قبل alkanethiol بروتون (1 H) الرنين المغناطيسي النووي (NMR) تحليل عينات من اليود ، متحللة.

  1. حل 1.1 بروميد tetraoctylammonium ز (TOABr) في 30 مل من التولوين مع التهوية المناسبة غطاء الدخان.
  2. حل بوروهيدريد الصوديوم 0.38 غ (NABH 4) في 20 مليلتر من 18 ~ المياه ultrapurified MΩ (UP O 2 H) والسماح لأكثر من البرد الجليدي لا يقل عن 30 دقيقة.
  3. حل 0،31 ز tetrachloroaurate الهيدروجين (HAuCl 4) في 20 مليلتر من UP ~ O 2 H كميا ونقل الخليط الحل في حل TOABr - التولوين باستخدام إضافية ~ 5 مل من H 2 O UP من أجل التخلص من نقل الذهب مائي الحل في حل nonaqueous. تحريك بدقة في حين توج بخفة لمدة 30 دقيقة حتى احترق البرتقال مراحل nonaqueous مائية واضحة يتم الخلط جيدا.
  4. نقل كل من مائي واضحة وحرق المراحل nonaqueous البرتقالي لقمع separatory. تجاهل مائي (القاع) وطبقة من صب nonaqueous (أعلى) في طبقة قارورة نظيفة.
  5. إضافة C6 في نسبة 2:1 مع HAuCl 4 إلى حل nonaqueous. يحرك المزيج لمدة 30 دقيقة لتشكيل (I) الاتحاد الافريقي البوليمر ، والكشف على النحو الذي تغير اللون البرتقالي المحمر من التوصل إلى حل ، أصفر شاحب اللون تقريبا.
  6. نقل خليط التفاعل لحمام الثلج والبرد معزول إلى 0 درجة مئوية لمدة لا تقل عن 30 دقيقة مع التحريك.
  7. كميا وبسرعة إضافة المبردة 4 NABH حل لخليط التفاعل من أجل الحد من الاتحاد الافريقي (I) إلى الذهب المعدني في حضور thiols ، وتشكيل حلا آنيا سميكة سوداء من البلدان المتوسطية الشريكة على الإضافة. اثارة ردود الفعل بين عشية وضحاها في 0 درجة مئوية.
  8. نقل خليط التفاعل إلى قمع separatory ، تجاهل مائي (القاع) في دورق طبقة من النفايات ، والدوار وتتبخر nonaqueous (أعلى) طبقة التولوين إلى الجفاف التام قرب ترك الحمأة السوداء الثقيلة في القارورة.
  9. يعجل البلدان المتوسطية الشريكة من خلال إضافة أسيتونتريل والسماح للجلوس بين عشية وضحاها.
  10. جمع البلدان المتوسطية الشريكة عن طريق الترشيح فراغ باستخدام فريت الزجاج مسامية متوسطة مع المطاط والتجهيزات الجانبية المسلحة القارورة مع الشافطة وشطف مع كمية وفيرة من الأسيتونيتريل.
  11. السماح للبلدان المتوسطية الشريكة الهواء الجاف ، ويزن المنتج ، والتي تميز المجهر الإلكتروني انتقال (تيم) وتحليل الرنين المغناطيسي ، وتخزين توج لاستخدامها في المستقبل. الحصول على صور تيم قطرة الصب الذائبة في البلدان المتوسطية الشريكة على التولوين formvar / الكربون الفيلم على دعم الشبكة النحاسية (400 شبكة) وتعمل في الصك TEM 8-10 كيلو فولت. ويمكن تقدير حجم متوسط ​​الأساسية باستخدام برمجيات تحليل الصور مثل صورة J (مجاني).

2. الفيلم الجمعية العمومية : الجمعية ثنائي الثيول مرتبطة السينمائي لجنة السياسة النقدية كهربية البروتين أحادي الطبقة

الركيزة الأولى هي تنظيف الذهب وتعديل electrochemically مع SAM C6 قبل الغطس في بالتناوب الحلول للربط جزيئات ثنائي الثيول والبلدان المتوسطية الشريكة C6 تعديلها لتشكل "دورة تراجع" ، والتي تتكرر عدة مرات في نهاية المطاف إلى شكل فيلم MPC ثنائي الثيول مرتبطة التجمع . وقدمت كما هو موضح في دراسات سابقة (2) ، وقدم مشكورا على البلازميد الأصلي للبروتين الزائفة الزنجارية (AZ) azurin الدكتور كوري ويلسون من جامعة رايس ومن الالف الى الياء على شكل مسحوق مجفف بالتجميد وتنقيته من قبل أستاذ في جامعة ريتشموند ، والدكتور جوناثان Dattelbaum ، الذي كان في وقت لاحق مع ممهى 4.4 ملي العازلة فوسفات البوتاسيوم (KPB ، ودرجة الحموضة = 7.0 ، μ = 10 ملم) لايجاد حل 50-10 ميكرومتر والتحقق من الأشعة فوق البنفسجية التحليل المرئي (UV - VIS).

  1. تجميع الخلايا الكهروكيميائية شطيرة (أيكم) في الترتيب التالي من أسفل إلى أعلى : أولا صفيحة التجنيب وسيت ، الركيزة الذهب باعتباره القطب العمل ، اتصل النحاس القطب الكهربائي لعمل الذهب ، أولا المطاط حشية ، VITON س الدائري الذي يحدد منطقة القطب (0.32 سم 2) ، والزجاج خلايا الجسم ، والثانية طوقا المطاط ، والثانية لوحة التجنيب وسيت. يقام الخلية بأكملها معا قضبان مترابطة وتشديد المكسرات الجناح بعناية. تم تجهيز الخلية مع الإلكترود المرجعي الذي يضم شراؤها تجاريا للبرميل مع الزجاج بوكل M 1 المشبعة ، حج / AgCl سلك المرجعية ، وسلك كهربائي مساعد حزب العمال.
  2. ال Electrochemically نظيفةه الركيزة الذهب عن طريق أداء voltammetry دوري (CV) في النوافذ المحتملة 0،2-0،9 الخامس ، 0،2-1،2 الخامس ، و0،2-1،35 الخامس (مقابل حج / AgCl ، بوكل) في 100 فولت / ثانية في محلول 0.1 MH 2 SO 4 و 0.01 بوكل M.
  3. قياس الحالي فرض الركيزة الذهب العارية تنظيفها قبل تنفيذ السيرة الذاتية في "الشروط القياسية ،" بما في ذلك نافذة المحتملة 0،1-0،4 الخامس (مقابل حج / AgCl ، بوكل) وفحصها في 100 فولت / ثانية في KPB. KPB تجاهل (1) وشطف على التوالي مع ارتفاع O 2 H ، والإيثانول (EtOH) ، UP H 2 O ، وEtOH.
  4. فضح الركيزة لتنظيف الذهب ميكرولتر 300 ~ من 5 ملم في حل C6 EtOH والسماح للجلوس بين عشية وضحاها لتشكيل أمرت C6 SAM. تجاهل حل C6 من الخلية وشطف تباعا مع EtOH ، UP H 2 O ، EtOH ، وتصل H 2 O.
  5. قياس الحالية للشحن SAM في الظروف القياسية. تجاهل KPB وشطف على التوالي مع ارتفاع O 2 H ، EtOH ، UP H 2 O ، وEtOH. يجب أن يكون الشحن الحالية انخفضت بشكل ملحوظ عما كان عليه في قياس الذهب العارية (الخطوة 2.3). 1
  6. تعرض الذهب لتعديل SAM الركيزة ميكرولتر 300 ~ من 5 ملم 1،9 - nonanedithiol (NDT) حل في EtOH والسماح للجلوس لمدة 1 ساعة إلى NDT interdisperse ربط الجزيئات داخل SAM C6. تجاهل حل NDT وشطف تباعا وبصورة شاملة مع EtOH ، UP H 2 O ، EtOH ، UP H 2 O ، وكلوريد الميثيلين (CH 2 الكلورين 2).
  7. فضح الركيزة الذهب في التوصل إلى حل لجنة السياسة النقدية من الكلورين CH 2 2 (~ 1 ملغ / مل) مع الانفعالات التي ظهرت على السطح ببطء مع غاز 2 N : 1 ساعة. إذا لزم الأمر ، استبدل تبخرت MPC حل مع أكثر CH 2 2 الكلورين. هذه هي طبقة MPC رسو التجميع الفيلم. تجاهل MPC الحل وشطف مرة أخرى تباعا مع الكلورين 2 CH 2 ، UP H 2 O ، وKPB.
  8. قياس الحالي فرض طبقة MPC في الظروف القياسية. تجاهل KPB وشطف على التوالي مع ارتفاع O 2 H 2 الكلورين وCH 2.
  9. فضح الركيزة الذهب إلى 300 ~ ميكرولتر من 5 ملم حل NDT من الكلورين CH 2 2 مع الانفعالات التي ظهرت على السطح ببطء مع غاز 2 لمدة 20 دقيقة N.
  10. تجاهل NDT وشطف جيدا مع CH 2 2 الكلورين. كرر الخطوات من 2.7 و 2.8 لإيداع طبقة MPC الثانية للجمعية الفيلم.
  11. إيداع إضافية طبقات MPC ، خطوات 2.9 و 2.10 تتكرر. مع كل طبقة إضافية لجنة السياسة النقدية لوحظ زيادة في تيار الشحن.
  12. بعد الفيلم MPC بشبكة كاملة ، شطف الركيزة الفيلم مع تعديل KPB. وكثف من الالف الى الياء على البروتين تجميع الفيلم MPC عن طريق ضخ 150 ~ ~ ميكرولتر من 50-10 ميكرومتر من الالف الى الياء حل KPB في الخلية شطيرة أيكم والسماح للجلوس وتوج المبردة على الاقل 1 ساعة.
  13. إزالة الخلية أيكم من الثلاجة والسماح له بالعودة إلى درجة حرارة الغرفة القريب. شطف جيدا مع KPB ، الملء مع KPB أيكم الخلية ، وKPB فقاعة غاز 2 مع N لمدة 10 دقيقة.
  14. وتجرى دراسات البروتين أحادي الطبقة الكهروكيميائية والسيرة الذاتية في إطار المحتملة من الخامس الى 0.25 -0.25 الخامس (مقابل حج / AgCl ، بوكل) وفحصها في 100 فولت / ثانية في KPB.

3. الفيلم الجمعية العمومية : الجمعية ثنائي الثيول مرتبطة السينمائي لجنة السياسة النقدية تتبع بصري

قبل المتنامية لتقييم الأفلام MPC البصرية ، هي أقسام شريحة زجاجية قبل تنظيفها بمحلول البيرانا (02:01 CAUTION! تتركز H 2 SO 4 و H 2 O 2) وتعامل مع trimethoxysilane - (3 - mercaptopropyl) (3 - MPTMS ثم يتم تجميعها). 1-2 الأفلام MPC على هذه الشرائح الزجاجية تعديل باستخدام "تراجع دورة تقنية" كما سبق وصفها أعلاه.

  1. شطف لمدة 3 MPTMS شريحة زجاجية مع تعديل CH 2 2 الكلور ووضعه في حل MPC من الكلورين CH 2 2 (~ 1 ملغ / مل) لمدة 1 ساعة في حين يحرضون على شاكر على سرعة منخفضة. هذا يكمل طبقة MPC الأولى للجمعية الفيلم من البلدان المتوسطية الشريكة لترسيخ endgroups المركبتان من سيلاني. شطف الشريحة تماما مع الكلورين CH 2 2 ، والجافة مع غاز 2 N. أخذ الطيف للأشعة فوق البنفسجية فيس (400-1000 نانومتر) من الشريحة ، وشطف مرة أخرى مع CH 2 2 الكلورين.
  2. ضع الشريحة في حل NDT 5 ملم 2 CH 2 الكلورين لمدة 1 ساعة في حين يحرضون على شاكر على سرعة منخفضة. شطف الشريحة مع CH 2 2 الكلورين.
  3. ضع الشريحة في إيجاد حل لجنة السياسة النقدية 1 ساعة في حين يحرضون على شاكر على سرعة منخفضة. هذا يكمل طبقة MPC الثانية للجمعية الفيلم. شطف الشريحة تماما مع الكلورين CH 2 2 ، 2 الغاز الجاف مع N ، واتخاذ الطيف للأشعة فوق البنفسجية فيس (400-1000 نانومتر) من الشريحة. ينبغي أن الامتصاصية مختلف ألوان الطيف في تزايد حيث كثف طبقات إضافية لجنة السياسة النقدية للجمعية الفيلم.
  4. إيداع إضافية طبقات MPC ، شوتتكرر EPS 3،2-3،3.

4. توصيف أحادي الطبقة المحمية الذهب جمعيات الصليب السينمائي الكتلة المقطعية نقل المجهر الإلكتروني

وتعد تيم المقاطع العرضية من خلال إعادة غرس ان تواجه الأفلام المضمنة. 2 و 12 ويتم ذلك عن طريق ربط لأول مرة فيلم MPC تجميعها على شريحة زجاجية 3 MPTMS تعديل على المجهر ونظيفة القياسية الشرائح باستخدام رابط راتنجات الايبوكسي 812 للسماح لل تحسن التعامل أثناء إجراء أدناه. كن حذرا مع الحرارة كما هو مطبق ارتفاع درجات الحرارة سوف تتحلل البلدان المتوسطية الشريكة في الفيلم.

  1. تضمين مزيج 812 راتنجات الايبوكسي والسماح لرشاقته لا يقل عن 12 ساعة.
  2. شغل "00" كبسولة BEEM مع راتنجات الايبوكسي وعكس على رأس عينة فيلم MPC (أعد في القسم 3). مكان الضغط على الكبسولة بحيث فقاعة يرتفع إلى الجزء العلوي من الكبسولة ، وخلق ختم بين راتنجات الايبوكسي وMPC عينة الفيلم. السماح للتبلمر لا يقل عن 18 ساعة على 60 درجة مئوية وباردة ثم الشرائح المركبة لدرجة حرارة الغرفة.
  3. شنت الحرارة لمدة 20 ثانية الشرائح على صفيحة الألومنيوم الصب الساخن في 200 درجة مئوية من أجل تسهيل إزالة كتلة المرفقة مع الفيلم MPC وجه خاص.
  4. قطع العينة تحتوي على فيلم الخروج من الكبسولة كتلة BEEM باستخدام رأى الصائغ.
  5. إعادة تضمين جزء إزالة في قالب السيليكون مسطح مع الجانب الفيلم MPC حتى تواجه المناطق الداخلية من السيليكون أيضا. ملء جيدا مع السيليكون راتنجات الايبوكسي في درجة حرارة الغرفة والسماح للتبلمر لا يقل عن 18 ساعة عند 60 درجة مئوية. تبرد العينة إلى درجة حرارة الغرفة.
  6. الحصول على المقاطع عينة رقيقة من 60-80 نانومتر على مشراح مستدق UCT ايكا باستخدام سكين لقطع الماس المقاطع عمودي على حافة السكين.
  7. مكان شرائح الأقسام في formvar / الكربون الفيلم على دعم الشبكة النحاسية (400 شبكة) ، والتقاط صور لمقاطع عرضية تيم أعدت المجالس الفيلم MPC.

5. ممثل النتائج :

الشكل 1
الشكل 1 طبقة مزدوجة الشحن الرصد الحالي للنمو الفيلم MPC لما مجموعه 5 دورات غمس (بالتناوب التعرض لجنة السياسة النقدية والحلول NDT). زيادة الرسوم الحالية بشكل منتظم مع كل دورة غمس ، مضيفا "طبقات" لجنة السياسة النقدية للفيلم (الشكل 2). تم جمع voltammograms دوري باستخدام إطار المحتملة 0،1-0،4 الخامس (مقابل حج / AgCl ، بوكل) وتفحص عند 100 فولت / ثانية في 4.4 ملي فوسفات البوتاسيوم العازلة (درجة الحموضة = 7.0 ، μ = 10 ملم). طبع بإذن من فارجو ML ، Gulka القطري ، Gerig JK ، Manieri CM ، Dattelbaum دينار ، ماركس CB ، لورانس NT ، Trawick ML ، ليوبولد ومولودية ، انجميور 26 (1) ، 560-569. حقوق الطبع والنشر 2010 الجمعية الكيميائية الأمريكية.

الشكل 2
الشكل 2 (أ) التمثيل التخطيطي للبروتين كثف من الالف الى الياء لجمعية ثنائي الثيول مرتبطة الفيلم MPC. (ب) التي تم جمعها نموذجي لدوري voltammogram من الالف الى الياء كثف لجنة السياسة النقدية فيلم التجميع باستخدام إطار المحتملة من -0.25 إلى +0.25 V (مقابل حج / AgCl ، بوكل) وفحصها في 100 فولت / ثانية في 4.4 ملي فوسفات البوتاسيوم العازلة (درجة الحموضة = 7.0 ، μ = 10 ملم).

الشكل 3
الشكل 3 الممثل للأشعة فوق البنفسجية فيس الرصد الطيفي للنمو ثنائي الثيول مرتبطة MPC الفيلم على شريحة زجاجية 3 MPTMS تعديلها. وتراجع دورة يتكون من التعرض للشريحة زجاجية لNDT حل رابط يتبع التعرض إلى حل لجنة السياسة النقدية. كل النتائج اللاحقة في تراجع النمو في سماكة الفيلم ، وزيادة امتصاص المتزامنة. كما تراجع عدد من الزيادات دورات ، يتم تعريف تدريجيا الفرقة مأكل السطح في 520 نانومتر ~. طبع بإذن من فارجو ML ، Gulka القطري ، Gerig JK ، Manieri CM ، Dattelbaum دينار ، ماركس CB ، لورانس NT ، Trawick ML ، ليوبولد ومولودية ، انجميور 26 (1) ، 560-569. حقوق الطبع والنشر 2010 الجمعية الكيميائية الأمريكية.

الشكل 4
الرقم 4 نقل الإلكترون المجهري (TEM) مقطعية تحليل الصور تجمع ثنائي الثيول مرتبطة الفيلم MPC. أقحم : صورة نموذجية TEM من البلدان المتوسطية الشريكة functionalized hexanethiolate المستخدمة في تجميع الفيلم. تحديد TEM التحليل الأساسي الذهب متوسط ​​القطر من البلدان المتوسطية الشريكة أن تكون ~ 2 نانومتر باستخدام تحليل صورة ياء. طبع بإذن من فارجو ML ، Gulka القطري ، Gerig JK ، Manieri CM ، Dattelbaum دينار ، ماركس CB ، لورانس NT ، Trawick ML ، ليوبولد ومولودية ، انجميور 26 (1) ، 560-569. حقوق الطبع والنشر 2010 الجمعية الكيميائية الأمريكية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

البروتين أحادي الطبقة الكهربائية هي تقنية فعالة تستخدم لدراسة التفاعلات بين البروتينات ومنصات إمتزاز الأكسدة الاصطناعية. فعالية هذه الاستراتيجية ، ومع ذلك ، يعتمد على القدرة على الامتصاص واجهة مهندس على درجة عالية من السيطرة المستوى الجزيئي. المنصات القائمة على إنشاء لجنة السياسة النقدية هذا البروتوكول تمثل منصات هندستها خصيصا التي هي قادرة على توفير بيئة أكثر تجانسا الامتزاز البروتين (3) وتيسير ET على مسافة أكبر بالمقارنة مع 2 PME نظم التقليدية التي تستخدم صواريخ سام alkanethiolate. إحدى نقاط القوة للجمعية الفيلم MPC كواجهة الكهروكيميائية هي متعددة الاستعمالات والقدرة على التكيف مع البروتينات الأكسدة الأخرى من أحجام مختلفة والسطحية الكيمياء / وظيفة ، المواد النانوية مختلفة ومتنوعة ، وتكوينات القطب البديل كذلك. على سبيل المثال ، يتم تكييفها بسهولة لوصف الإجراء من الدراسات ET ج السيتوكروم (cyt ج) باستخدام بسيطة مكان لتبادل ردود الفعل على الطبقة الخارجية من البلدان المتوسطية الشريكة إدراجها في التجميع. cyt ج 11 كما هو الموجبة وقادرة على ربط ركائز كهربية ، يمكن الكربوكسيلية الحمضية إنهاء alkanethiols thiols يكون مكان ، في تبادل يغاندس المحيطية من البلدان المتوسطية الشريكة التي تضم واجهة تعديل كهربائي لتسهيل الشلل كهرباء مدفوعة من البروتين ، مع تحليل لاحقة يجري كهروكيميائية مماثلة لتلك الموصوفة هنا. 1 لضبط حجم البلدان المتوسطية الشريكة لاستيعاب أحجام مختلفة من البروتينات ، وتعديلات على التوليف Brust ، مثل تغيير ثيول إلى نسب الذهب ، رد فعل درجة الحرارة / سعر التسليم ، وتسفر عن مجموعة واسعة من أقطار MPC التي سوف تطابق قطرها التقريبي للبروتين المستهدف 9-10

وقد تم إجراء العامة ، والدورات المتكررة في المقام الأول من التعرض للجزيئات والجزيئات التي تربط (طبقة تلو طبقة) استخدمت بنجاح لإنشاء الأغشية الرقيقة دمج مجموعة متنوعة من المواد النانوية مختلفة. على سبيل المثال ، وتم ربط جزيئات مائية (NPS) مع الطلاءات الواقية المختلفة والخصائص البصرية فريدة من نوعها في الأفلام التي ترتبط حصرا مع التفاعلات بين الكهرباء والجسور NPS polyelectrolyte كما تم 13 والشيء نفسه ينطبق على استراتيجية بناء الفيلم الحساسة جدا بصريا الجمعيات يتميز نانو قذيفة أو NPS جوفاء.

في حين أن الإجراء الموصوفة هنا يستخدم مصممة خصيصا الخلايا الكهروكيميائية وركائز الذهب ، هو قابلية للتكيف مع أقطاب أكثر عمومية ، تكوينات الكهروكيميائية وتقنيات electroanalytical. بالإضافة إلى جميع الأفلام المذكورة أن تكون قادرة على أن تبنى على أقطاب الذهب تبخرت والشرائح الزجاجية ، كما تم تجميعها من الأفلام بسهولة على القرص المشترك أقطاب الذهب التي تتوافر بسهولة من الآلات أو أنظمة Bioanalytical CH (BAS). على الرغم من دوري voltammetry لا تزال هذه التقنية الكهروكيميائية الابتدائية في PME ، لدينا مؤخرا بنجاح تحليل البروتين أحادي الطبقة ET مع مجموعة متنوعة من التقنيات الكهروكيميائية الأخرى ، بما في ذلك الخطوة ، والنبض ، والتقنيات التي تعتمد مقاومة (14).

البحث والتطوير من المواد متناهية الصغر القائمة على واجهات لامتصاص البروتين جارية ولكن المجالس الفيلم MPC وصفها في هذا التقرير تمثل استراتيجية فعالة ومحسنة للدراسات PME. هذا الإجراء هو بسيط نسبيا ويمكن أن يؤديها الطلاب والعلماء من جميع المستويات ، وخلق تنوعا عاليا الأفلام التي يمكن تكييفها بسهولة على أهداف محددة اذا لزم الامر البروتين.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

نحن نعترف بامتنان المؤسسة الوطنية للعلوم (CHE - 0847145) ، وهنري دريفوس برنامج جوائز مدرس باحث بسخاء لدعم هذه البحوث. نود أن يتعرف على وجه التحديد كريستين ديفيس ، مدير الميكروسكوب والتصوير في قسم البيولوجيا في جامعة ريتشموند لتقديم المساعدة لها مستعرضة التصوير. ويرد شكر خاص الى الدكاترة. T. ليوبولد ، R. Kanters ، كيلوغ D. ، R. ميلر ، وجورج القضية ، وكذلك ، روس كولينز ، جوزيف فيل ، كارولين ماركس ، ومالوري ماندي Wimbush جون -- كل منهم جعل البحوث الجامعية في جامعة ممكن من ريتشموند. ويرد شخصي جدا شكرا لجميع الباحثين الحالي الجامعية الماضية ، والمستقبل في مختبر بحوث ليوبولد.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Tetraoctylammonium bromide Sigma-Aldrich 294136
Sodium borohydride Sigma-Aldrich 213462
Hydrogen tetrachloroaurate Sigma-Aldrich 254169-5G
1-Hexanethiol Sigma-Aldrich 234192
Transmission Electron Microscope JEOL 1010
Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer Bruker Corporation 300 MHz
Formvar/carbon support film on copper grid (400 mesh) Electron Microscopy Sciences FCF400-Cu
Gold substrate Evaporated Metal Films Corp. Custom
Ag/AgCl Reference electrode Microelectrodes, Inc. MI-401F
Potentiostats CH Instruments, Inc. CHI650A, CHI610B
1,9-Nonanedithiol Sigma-Aldrich N29805
(3-mercaptopropyl)-trimethoxysilane Sigma-Aldrich 175617
Ultraviolet Visible Spectrophotometer Agilent Technologies 8453
Embed 812 epoxy resin Electron Microscopy Sciences 14120
"00" BEEM capsule Electron Microscopy Sciences 70000-B
Silicon flat mold Electron Microscopy Sciences 70900
Diamond knife Diatome 21-ULE, S12801

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Loftus, A. F., Reighard, K. P., Kapourales, S. A., Leopold, M. C. Monolayer-Protected Nanoparticle Film Assemblies as Platforms for Controlling Interfacial and Adsorption Properties in Protein Monolayer Electrochemistry. J. Am. Chem. Soc. 130, 1649-1661 (2008).
  2. Vargo, M. L., Gulka, C. P., Gerig, J. K., Manieri, C. M., Dattelbaum, J. D., Marks, C. B., Lawrence, N. T., Trawick, M. L., Leopold, M. C. Distance Dependence of Electron Transfer Kinetics for Azurin Protein Adsorbed to Monolayer Protected Nanoparticle Film Assemblies. Langmuir. 26, 560-569 (2010).
  3. Doan, T. T., Vargo, M. L., Gerig, J. K., Gulka, C. P., Trawick, M. L., Dattelbaum, J. D., Leopold, M. C. Electrochemical analysis of azurin thermodynamic and adsorption properties at monolayer-protected cluster film assemblies - Evidence for a more homogeneous adsorption interface. Journal of Colloid and Interface Science. 352, 50-58 (2010).
  4. Brust, M., Walker, M., Bethell, D., Schriffrin, D. J., Whyman, R. J. Synthesis of Thiol-derivatised Gold Nanoparticles in a Two-phase Liquid-Liquid System. J. Chem. Soc. Chem. Commun. , 801-802 (1994).
  5. Scouten, W. H., Luong, J. H., Brown, R. S. Enzyme or protein immobilization techniques for applications in biosensor design. Trends Biotechnol. 13, 178-185 (1995).
  6. Davis, J., Vaughan, D. H., Cardosi, M. F. Elements of biosensor construction. Enzyme Microb. Technol. 17, 1030-1035 (1995).
  7. Ramsay, G., Ed, In Commercial Biosensors - Applications to Clinical, Bioprocess, and Environmental Samples. , John Wiley & Sons. New York. (1998).
  8. Ghindilis, A. L., Atanasov, P., Wilkins, E. Immunosensors: electrochemical sensing and other engineering approaches. Biosens. Bioelectron. 13, 113-131 (1998).
  9. Templeton, A. C., Wuelfing, W. P., Murray, R. W. Monolayer-Protected Cluster Molecules. Accounts. Chem. Res. 33, 27-36 (2000).
  10. Aguila, A., Murray, R. W. Monolayer-Protected Clusters with Fluorescent Dansyl Ligands. Langmuir. 16, 5949-5954 (2000).
  11. Hostetler, M. J., Templeton, A. C., Murray, R. W. Dynamics of Place-Exchange Reactions on Monolayer-Protected Gold Cluster Molecules. Langmuir. 15, 3782-3789 (1999).
  12. Wanunu, M., Popovitz-Biro, R., Cohen, H., Vaskevich, A., Rubenstein, I. Coordination-Based Gold Nanoparticle Layers. J. Am. Chem. Soc. 127, 9207-9215 (2005).
  13. Gaylean, A. A., Day, R. W., Malinowski, J., Kittredge, K. W., Leopold, M. C. Polyelectrolyte-linked film assemblies of nanoparticles and nanoshells: Growth, stability, and optical properties. Journal of Colloid and Interface Science. 331, 532-542 (2009).
  14. Campbell-Rance, D. S., Doan, T. T., Leopold, M. C. Sweep, Step, Pulse, and Frequency-Based Techniques Applied to Protein Monolayer Electrochemistry at Nanoparticle Interfaces. , Forthcoming Forthcoming.

Tags

الهندسة الحيوية ، العدد 56 ، أحادي الطبقة المحمية الكتل والتجمعات الفيلم ، والبروتين أحادي الطبقة الكهربائية ، azurin الذاتي وتجميعها monolayers
التوليف ، والجمعية ، وتوصيف أحادي الطبقة المحمية الجسيمات النانوية الذهبية للأفلام كهربية البروتين أحادي الطبقة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Doan, T. T., Freeman, M. H.,… More

Doan, T. T., Freeman, M. H., Schmidt, A. R., Nguyen, N. D. T., Leopold, M. C. Synthesis, Assembly, and Characterization of Monolayer Protected Gold Nanoparticle Films for Protein Monolayer Electrochemistry. J. Vis. Exp. (56), e3441, doi:10.3791/3441 (2011).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter