Login processing...

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

Chemistry

Insikter Interaktioner av aminosyror och peptider med oorganiska material med hjälp av enda molekyl Force spektroskopi

doi: 10.3791/54975 Published: March 6, 2017

Summary

Här presenterar vi ett protokoll för att mäta kraften för interaktioner mellan en väldefinierad oorganisk yta och antingen peptider eller aminosyror genom en enda molekyl kraft spektroskopimätningar med hjälp av ett atomkraftsmikroskop (AFM). Den information som erhålls från mätningen är viktigt att bättre förstå den peptid-oorganiskt material interfasen.

Abstract

Interaktionen mellan proteiner eller peptider och oorganiska material leda till flera intressanta processer. Till exempel kombinera proteiner med mineraler leder till bildningen av kompositmaterial med unika egenskaper. Dessutom är den icke önskvärda processen för biobeväxning initieras genom adsorption av biomolekyler, främst proteiner, på ytor. Detta organiska skikt är ett vidhäftningsskikt för bakterier och ger dem möjlighet att interagera med ytan. Att förstå de fundamentala krafter som styr samspelet på organiska-oorganiska gränssnitt är därför viktigt för många forskningsområden och kan leda till design av nya material för optiska, mekaniska och biomedicinska tillämpningar. Detta papper uppvisar en enda molekyl force spektroskopi teknik som utnyttjar en AFM för att mäta vidhäftningskraften mellan antingen peptider eller aminosyror och väldefinierade oorganiska ytor. Denna teknik inbegriper ett protokoll för att fästa biomolekylen till AFMtippa genom en kovalent flexibel linker och enda molekyl kraft spektroskopimätningar av atomkraftsmikroskop. Dessutom är en analys av dessa mätningar ingår.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Samspelet mellan proteiner och oorganiska mineraler leder till byggandet av kompositmaterial med särskiljande egenskaper. Detta inkluderar material med hög mekanisk hållfasthet eller unika optiska egenskaper. 1, 2 exempelvis kombinationen av proteinet kollagen med mineral hydroxiapatit genererar antingen mjuka eller hårda ben för olika funktionaliteter. 3 Korta peptider kan också binda oorganiska material med hög specificitet. 4, har fem, sex Specificiteten av dessa peptider använts för att utforma nya magnetiska och elektroniska material, 7, 8, 9 tillverka nanostrukturerade material, växande kristaller, 10 och syntetisera nanopartiklar. 11 förstå mekanismen bakom växelverkan mellan peptider eller proteiner och oorganiska material kommer därför att göra det möjligt för oss att utforma nya kompositmaterial med förbättrade adsorptiva egenskaper. Dessutom, eftersom mellanfasen av implantat med ett immunsvar medieras av proteiner, bättre förstå de interaktioner mellan proteiner med oorganiska material kommer att förbättra vår förmåga att utforma implantat. Ett annat viktigt område som involverar proteiner interagerar med oorganiska ytor är tillverkningen av båtbotten material. 12, 13, 14, är 15 Biofouling en oönskad process där organismer fästa på en yta. Det har många skadliga konsekvenser för våra liv. Till exempel, påväxt av bakterier på medicintekniska produkter leder till sjukhusförvärvade infektioner. Biologisk påväxt av marina organismer på båtar och stora fartyg ökar förbrukning av bränsle. 12, 16, 17, 18

Enda molekyl force spektroskopi (SMF), med användning av en AFM, kan direkt mäta interaktioner mellan en aminosyra eller en peptid med ett substrat. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 Andra metoder såsom fagdisplay, 27, 28 kvartskristallmikrovåg (QCM) 29 eller ytplasmonresonans (SPR) 29, 30, 31, 32,ref "> 33 åtgärd växelverkan av peptider och proteiner till oorganiska ytor i bulk. 34, 35, 36 Detta betyder att de resultat som erhållits med dessa metoder avser ensembler av molekyler eller aggregat. I SMF, är ett eller mycket få molekyler fäst AFM spets och deras interaktioner med det önskade substratet mäts. kan utökas detta tillvägagångssätt för att studera proteinveckning genom att dra i proteinet från ytan. Dessutom kan den användas för att mäta interaktioner mellan celler och proteiner och bindningen av antikroppar till deras ligander. 37, 38, 39, 40 Detta dokument beskriver i detalj hur man bifoga antingen peptider eller aminosyror till AFM spets med hjälp av silanol kemi. Dessutom förklarar papper hur man utför kraftmätningar och hur man analyserarresultat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Tips Ändring

  1. Köp kiselnitrid (Si 3 N 4) AFM utliggare med kisel tips (nominellt fribärande radie ~ 2 nm).
  2. Rengöra varje AFM fribärande genom doppning i vattenfri etanol under 20 min. Torka vid rumstemperatur. Behandla Sedan konsolerna genom att utsätta dem för O 2 plasma under 5 minuter.
  3. Suspendera de rena tipsen ovan (3 cm) en lösning innehållande metyltrietoxisilan och 3- (aminopropyl) trietoxisilan i ett förhållande av 15: 1 (volym / volym) i en torkapparat under en inert atmosfär (antingen kväve eller argon) och anslut exsickator till en vakuumpump. Vakuum under 2 h för att bilda ett monoskikt av dessa två typer av blandade silanföreningar.
  4. Använda en metallisk spetshållare (framställt för detta förfarande) för att placera spetsarna på en värmeplatta. Torka sedan tips för 10 minuter vid 70 ° C under atmosfäriska förhållanden. Före användning Rengör värmeplatta, metallhållare och pincett med användning av etanol.
  5. Kyl tips på rums temperatur, och sedan doppa spetsarna i en lösning av fluorenylmetyloxikarbonyl-PEG-N-hydroxisuccinimid (Fmoc-PEG-NHS, MW 5000 Da) i en koncentration av 5 mM i kloroform innehållande 0,5% (volym / volym) trietylamin under 1 h vid rumstemperatur.
  6. Doppa tipsen i kloroform under 5 minuter och sedan doppa den i dimetylformamid (DMF) för ytterligare 5 minuter. För att avskydda Fmoc-gruppen för de bifogade PEG-molekyler, doppa tipsen i 20% piperidin (volym / volym) i DMF under 30 min. Doppa tipsen i DMF i 4 minuter och sedan i N-metyl-2-pyrrolidon (NMP) för ytterligare fyra minuter. Upprepa sekventiella doppa tre gånger.
  7. För koppling av aminosyror, sänk ned spetsarna i en lösning innehållande N-terminal skyddad aminosyra (AA) / diisopropyletylamin (DIPEA) / 2- (1 H-bensotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tetrametyluronium hexafluophosphate (HBTU), i ett molärt förhållande av 1: 1: 1 vid en total koncentration av 30 mM i 5 ml NMP under 1,5 timmar.
  8. För peptidkoppling, doppa tips till en 5 ml lösning fortsaining 40 mg av den skyddade peptiden (N-terminala och sidokedjor, t ex Fmoc-Gln (Trt) -Pro-Ala-Ser (tBu) -Ser (tBu) -Arg (pbf) -Tyr (tBu) -COOH.) , 15 mg 2- (1 H-bensotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tetrametyluroniumhexafluorofosfat (HBTU), och 5 ml DIPEA i NMP under 2 timmar.
  9. Doppa tipsen i NMP under 4 min. Sedan, för att skydda brotschning fri / oreagerad NH 2 av acetylgruppen, doppa tips för 30 minuter i en blandning av ättiksyraanhydrid / DIPEA vid ett molförhållande 4: 1 och en total koncentration av 0,65 M i NMP.
  10. För peptidkoppling, utför två ytterligare steg.
    1. För att avskydda sidokedjorna i peptiden, sänk ned spetsarna i en lösning innehållande 95% TFA, 2,5% triisopropylsilan och 2,5% vatten under 1 h, och sedan tvätta med kloroform och DMF.
    2. I syfte att avlägsna Fmoc-gruppen av peptiden, sänk ned spetsarna i 20% piperidin (volym / volym) i DMF under 30 min.
  11. Sekventiellt doppa peptid / aminosyra-funktionaliserad tips för fyra minuter vardera i DMF (för peptider) eller NMP (för aminosyror), kloroform, 50% etanol och vatten. Slutligen torka spetsen i luften.

2. Ytbehandling

  1. Förbereda glimmer. Klyva substrat (9,9 mm diameter) före varje användning genom att använda tejp. Då, tvätta av ytorna med trippeldestillerat vatten (TDW).
  2. Förbered TiO 2-belagda kisel.
    1. Skär kiselskivan (100) i 2 cm kvadrater med användning av en diamantpenna.
    2. Placera substratet i ett 15 mL teströr fyllt med aceton och Sonikera den i fem minuter i ett ultraljudsbad. Sedan placera denna yta i ett 15 ml provrör fyllda med isopropanol och Sonikera det i 5 minuter. Torka substratet med användning av kväve.
    3. Upplösa det ytaktiva medlet (t.ex., Byk-348) i etanol för att framställa en 5% (vikt / volym) lösning. Därefter, tillsätt 0,02 ml av den ytaktiva lösningen till en 2 ml 30% TiO 2 dispersion.
    4. Från den resulterande lösningen, drop-cast 0.2 ml på en ren Si-substrat.
    5. Glödga dessa drop-gjutna ytor vid 250 ° C under 2 timmar i luft. 41

3. enda molekyl Force spektroskopi Mätningar

  1. Fästa den önskade ytan till en metallisk hållare av AFM med kommersiellt tillgänglig två-komponentslim. Placera den metalliska hållaren i glashållaren av AFM, som är formad som en liten petriskål. Fyll denna hållare med Tris-buffert (50 mM pH = 7,4) eller något önskat medium. Sedan placera hållaren på AFM scenen under spetshållaren.
  2. Kalibrera AFM utliggare med fjäderkonstanter som sträcker sig från 10 till 30 pN / nm med hjälp av den termiska fluktuationer metoden 26 (ingår i AFM programvara) med en absolut osäkerhet på cirka 10%.
  3. Mäta kraften av interaktionen genom att närma aminosyran eller peptiden-funktionaliserad spets till substratet tills den är i kontakt med substratet med en kompressionskraft ~ 200 pN och sedan omedelbart dra tillbaka spetsen vid olika hastigheter, från 0,1 till 0,8 ^ m / s, för ett avstånd av ~ 200 nm.

4. Dataanalys

  1. Konvertera avböj-värden (V) för att tvinga genom att multiplicera fotodioden känsligheten (V / m) och med användning av experimentellt bestämda fjäderkonstant. 42 Detta görs automatiskt av AFM programvara.
    1. För att erhålla FD kurvor med en enda molekyl händelser, spela in flera hundra kurvor (800-1,500). Erhålla två toppar i en enda molekyl kurva: den första toppen indikerar icke-specifika interaktioner mellan spetsen och ytan och den andra toppen motsvarar den specifika interaktionen för molekylen med ytan. När FD-kurvan innehåller mer än dessa två toppar, kasta dem i beräkningen av den mest sannolika kraft.
      OBS: Endast enstaka adhesionshändelser tas in på ett konto (från 10 till 30% av kurvorna). 43
  2. 44 precis före bristning för att erhålla en uppsättning belastningsnivåer, som sedan används för framställning av histogram av uppenbara last priser. Härleda de ej bindande krafterna mellan peptider / aminosyror och yta från hoppet i kraft efter att separera konsolen från underlaget.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Figur 1 uppvisar förfarandet spetsen modifiering. I det första steget, ändrar en plasmabehandling på ytan av kiselnitriden spetsen. Spetsen presenteras OH-grupper. Dessa grupper kommer sedan att reagera med silaner. Vid slutet av detta steg, kommer ytan av spetsen täckas av fria -NH2-grupper. Dessa fria aminer kommer sedan att reagera med Fmoc -PEG-NHS, en kovalent linker. Fmoc-gruppen av PEG linker avlägsnas genom pipyridine, ett avblockeringsreagens. Slutligen är den undersökta aminosyran eller peptidmolekyl kopplad genom den fria amingruppen hos PEG med användning av kopplingsreagens HBTU.

Med det modifierade AFM spets är det möjligt att undersöka de interaktioner av aminosyran eller peptiden med ytan (fig 2). PEG-molekylen separerar peptiden eller aminosyran från spetsen och tillåter dem att fritt orientera. En typisk kraft measudF resulterar i en Force-distans kurva (Figur 3). Denna kurva har en karakteristisk punkt för separation av spetsen från ytan, och en enda molekyl vidhäftning händelse. Den första toppen indikerar icke-specifika interaktioner mellan spetsen och ytan och den andra toppen avser den specifika vidhäftningen händelse. Från flera hundra FD kurvor är det möjligt att konstruera ett histogram genom att plotta antal adhesionshändelser kontra kraft. Tillämpa en Gauss passning på dessa histogram kommer att avgöra den mest sannolika kraften (MPF).

Figur 1
Figur 1: Tips modifiering förfarande. Schematisk representation av den kemiska modifieringen av AFM spets. Klicka här för att se en större version av denna siffra.


Figur 2: SMF experimentuppställning. Schematisk illustration av enda molekyl kraft spektroskopi setup för att mäta interaktioner mellan aminosyror eller peptider och en önskad yta. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figur 3
Figur 3: Force-distans kurva. Typiska enda molekyl FD kurvor för bristning av (A) peptiden Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr från en glimmerytan, och (B) aminosyran fenylalanin från en TiO 2 yta. vänligen click här för att se en större version av denna siffra.

figur 4
Figur 4: histogram rita den mest sannolika Force (MPF) och grafer rita kraft Vs. lastning hastighet. Typiska histogram av sönderslitningskraften betydelser för (A) peptiden Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr från glimmer (vid en laddningshastighet av 3,1 ± 0,6 nN / s (N = 7 8)), (B ) aminosyran fenylalanin från TiO 2 (vid lastning hastighet av 4,2 ± 0,7 nN / s (N = 79)). Den mest sannolika kraft (MPF) värde beräknades baserat på Gauss passform (de svarta linjerna). Beroende Loading hastighet för brottkrafter för (C) peptiden Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr och (D) aminosyran fenylalanin. De kinetiska parametrarna extrapolerades från den linjära diagram av den kraft kontra logaritmen för den skenbara last råt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Steg 1,3, 1,4 och 1,7 i protokollet bör utföras med stor omsorg och i ett mycket skonsamt sätt. I steg 1,3, bör spetsen inte vara i kontakt med silanblandningen och silaniseringen processen bör utföras i en inert atmosfär (fuktfri). 45 Detta görs för att förhindra flerskiktsbildning och eftersom silanmolekyler undergår lätt hydrolys i närvaro av fukt. 45

I steg 1,4, bör temperaturen och tiden hållas korrekt. Före start steg 1,5, bör spetsen kylas ned till rumstemperatur; annars kommer att skadas. I kopplingssteget (1,7), bör den HBTU och den undersökta aminosyran eller peptiden vara helt upplöst i blandningen. Efter koppling, tvättning spetsen med de olika lösningsmedlen bör göras på ett mycket mjukt sätt för att förhindra skada på spetsen.

Den rapporterade teknik kan vara applied till någon peptid eller aminosyra. Om du vill ändra kisel spets, använder vi silaner. Detta är allmän kemi som kan ändras. Till exempel, kan en använda antingen två eller en typ av PEGylerat silan för att modifiera spetsen. 23, 25, 26 Om spetsen är gjord av guld, då tiolgrupper kan användas för modifiering av spetsen. Alternativa protokoll utnyttjar (NTA) -terminated linkers, kunna rikta histidin, tillsammans med rekombinanta histidin-taggade proteiner. Nyligen Lyubchenko et al. beskrev syntesen och undersöka av en ny polymerlänk och visade sin tillämpning i flera SMF experiment. Syntesen av linkem är baserad på den väl utvecklade fosforamidat (PA) kemi. Denna kemi kan en rutinmässig syntes av länkar med förutbestämda längder och PA sammansättning. Dessa linkers är homogena i längd och kan avslutas med olika funktionella grupper.Vidare kan biomolekyler förankras på guldsubstrat eller spetsar genom nativa eller manipulerade tiolgrupper som guld bildar kovalenta bindningar med svavelatomerna.

Denna metod tillåter den kvantitativa och detaljerad mätning av den kraft som behövs för att Unbind en molekyl från en yta vid den enda molekyl nivå och inte i bulk. Framtida tillämpningar av tekniken innefattar fastsättningen av proteiner till spetsen och design av nya hybridmaterial. Design och utveckling av nya kompositmaterial och funktionella ytor kommer att gynnas av att få en grundläggande förståelse för samspelet mellan proteiner eller peptider med oorganiska material. Det protokoll som avses här för SMF med AFM kan fungera som ett kraftfullt verktyg för att studera växelverkan mellan proteiner, peptider och aminosyror med olika ytor.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon nitride (Si3N4) AFM cantilevers with silicon tips Bruker (Camarilo, CA, USA) MSNL10, nominal cantilevers radius ~2 nm 
Methyltriethoxysilane  Acros Organics (New Jersey, USA) For Silaylation of the AFM tip 
3-(Aminopropyl) triethoxysilane Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel) For Silaylation of the AFM tip
Triisopropylsilane Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel) Used for peptide deprotection
N-Ethyldiisopropylamine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip modification
Triethylamine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip modification
Piperidine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip Fmoc deprotection
Fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide  (Fmoc-PEG-NHS) Iris Biotech GmbH (Deutschland, Germany) Used as the covalent flexible linker  (MW = 5,000 Da)
2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3,-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU) Alfa Aser (Heysham, England) Used as a coupling reagent. 
N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) Acros Organics (New Jersey, USA) Used as Solvent in Tip modification procedure
DMF (dimethylformamide) Merck (Darmstadt, Germany) Used as Solvent in Tip modification procedure
Chloroform Bio-Lab (Jerusalem, Israel) Used as Solvent in Tip modification procedure
Ethanol (Anhydrous) Gadot (Netanya, Israel) Used as Solvent in Tip modification procedure
Trifluoro acetic acid (TFA) Merck (Darmstadt, Germany)
Acetic anhydride Merck (Darmstadt, Germany)
Peptides GL Biochem (Shanghai, China).
Phenylalanine and Tyrosine  Biochem (Darmstadt, Germany) 
30% TiO2 dispersion in the mixture of solvent 2-(2-Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP) Applied Vision Laboratories (Jerusalem, Israel) (30%) in the mixture of solvent 2-(2 Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP). Used for TiO2 substrate preparation
Mica substrates TED PELLA, INC. (Redding, California, USA) 9.9 mm diameter

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Addadi, L., Weiner, S. Control and design principles in biological mineralization. Angew. Chem., Int. Ed. 31, (2), 153-169 (1992).
  2. Meyers, M. A., Chen, P. Y., Lin, A. Y. M., Seki, Y. Biological materials: Structure and mechanical properties. Prog. Mater. Sci. 53, (1), 1-206 (2008).
  3. Villee, C. A. J. Book Review. Engl. J. Med. 309, (4), 247-248 (1983).
  4. Vallee, A., Humblot, V., Pradier, C. -M. Peptide interactions with metal and oxide surfaces. Acc. Chem. Res. 43, (10), 1297-1306 (2010).
  5. Peelle, B. R., Krauland, E. M., Wittrup, K. D., Belcher, A. M. Design criteria for engineering inorganic material-specific peptides. Langmuir. 21, (15), 6929-6933 (2005).
  6. Gabryelczyk, B., Szilvay, G. R., Linder, M. B. The structural basis for function in diamond-like carbon binding peptides. Langmuir. 30, (29), 8798-8802 (2014).
  7. Sarikaya, M., Tamerler, C., Jen, A. K. Y., Schulten, K., Baneyx, F. Molecular biomimetics: Nanotechnology through biology. Nat. Mater. 2, (9), 577-585 (2003).
  8. Tamerler, C., Sarikaya, M. Molecular biomimetics: Utilizing nature's molecular ways in practical engineering. Acta Biomater. 3, (3), 289-299 (2007).
  9. Seker, U. O. S., Demir, H. V. Material binding peptides for nanotechnology. Molecules. 16, (2), 1426-1451 (2011).
  10. Green, J. J., et al. Electrostatic ligand coatings of nanoparticles enable ligand-specific gene delivery to human primary cells. Nano Lett. 7, (4), 874-879 (2007).
  11. Grohe, B., et al. Control of calcium oxalate crystal growth by face-specific adsorption of an osteopontin phosphopeptide. J. Am. Chem. Soc. 129, (48), 14946-14951 (2007).
  12. Maity, S., Nir, S., Zada, T., Reches, M. Self-assembly of a tripeptide into a functional coating that resists fouling. Chem. Commun. 50, (76), 11154-11157 (2014).
  13. Das, P., Yuran, S., Yan, J., Lee, P. S., Reches, M. Sticky tubes and magnetic hydrogels co-assembled by a short peptide and melanin-like nanoparticles. Chem. Commun. 51, (25), 5432-5435 (2015).
  14. Burg, K. J. L., Porter, S., Kellam, J. F. Biomaterial developments for bone tissue engineering. Biomaterials. 21, (23), 2347-2359 (2000).
  15. Weiger, M. C., et al. Quantification of the binding affinity of a specific hydroxyapatite binding peptide. Biomaterials. 31, (11), 2955-2963 (2010).
  16. Pettitt, M. E., Henry, S. L., Callow, M. E., Callow, J. A., Clare, A. S. Activity of commercial enzymes on settlement and adhesion of cypris larvae of the barnacle Balanus amphitrite, spores of the green alga Ulva linza, and the diatom Navicula perminuta. Biofouling. 20, (6), 299-311 (2004).
  17. Schultz, M. P., Finlay, J. A., Callow, M. E., Callow, J. A. Three models to relate detachment of low form fouling at laboratory and ship scale. Biofouling. 19, 17-26 (2003).
  18. Cao, S., Wang, J., Chen, H., Chen, D. Progress of marine biofouling and antifouling technologies. Chinese Science Bulletin. 56, (7), 598-612 (2010).
  19. Wei, Y., Latour, R. A. Correlation between desorption force measured by Atomic Force Microscopy and adsorption free energy measured by surface plasmon resonance spectroscopy for peptide-surface interactions. Langmuir. 26, (24), 18852-18861 (2010).
  20. Li, Q., et al. AFM-based force spectroscopy for bioimaging and biosensing. RSC Advances. 6, 12893-12912 (2016).
  21. Meibner, R. H., Wei, G., Ciacchi, L. C. Estimation of the free energy of adsorption of a polypeptide on amorphous SiO2 from molecular dynamics simulations and force spectroscopy experiments. Soft Matter. 11, (31), 6254-6265 (2015).
  22. Xue, Y., Li, X., Li, H., Zhang, W. Quantifying thiol-gold interactions towards the efficient strength control. Nat. Commun. 5, 4348 (2014).
  23. Razvag, Y., Gutkin, V., Reches, M. Probing the interaction of individual amino acids with inorganic surfaces using atomic force spectroscopy. Langmuir. 29, 10102-10109 (2013).
  24. Das, P., Reches, M. Revealing the role of catechol moieties in the interactions between peptides and inorganic surfaces. Nanoscale. 8, 15309-15316 (2016).
  25. Das, P., Reches, M. Review insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single molecule force spectroscopy. Bioploymers-Pept. Sci. 104, 480-494 (2015).
  26. Maity, S., et al. Elucidating the mechanism of interaction between peptides and inorganic surfaces. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, (23), 15305-15315 (2015).
  27. Whaley, S. R., English, D. S., Hu, E. L., Barbara, P. F., Belcher, A. M. Selection of peptides with semiconductor binding specificity for directed nanocrystal assembly. Nature. 405, (6787), 665-668 (2000).
  28. Tamerler, C., Oren, E. E., Duman, M., Venkatasubramanian, E., Sarikaya, M. Adsorption Kinetics of an engineered gold binding peptide by surface plasmon resonance spectroscopy and a quartz crystal microbalance. Langmuir. 22, (18), 7712-7718 (2006).
  29. Santos, O., Kosoric, J., Hector, M. P., Anderson, P., Lindh, L. Adsorption behavior of statherin and a statherin peptide onto hydroxyapatite and silica surfaces by in situ ellipsometry. J. Colloid Interface Sci. 318, (2), 175-182 (2008).
  30. Evans, E., Ritchie, K. Dynamic strength of molecular adhesion bonds. Biophys. J. 72, (4), 1541-1555 (1997).
  31. Micksch, T., Liebelt, N., Scharnweber, D., Schwenzer, B. Investigation of the peptide adsorption on ZrO2, TiZr, and TiO2 surfaces as a method for surface modification. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (10), 7408-7416 (2014).
  32. Patwardhan, S. V., et al. Chemistry of aqueous silica nanoparticle surfaces and the mechanism of selective peptide adsorption. J. Am. Chem. Soc. 134, (14), 6244-6256 (2012).
  33. Thyparambil, A. A., Wei, Y., Latour, R. A. Determination of peptide-surface adsorption free energy for material surfaces not conducive to SPR or QCM using AFM. Langmuir. 28, (13), 5687-5694 (2012).
  34. Hnilova, M., et al. Effect of molecular conformations on the adsorption behavior of gold-binding peptides. Langmuir. 24, (21), 12440-12445 (2008).
  35. Sano, K., Sasaki, H., Shiba, K. Utilization of the pleiotropy of a peptidic aptamer to fabricate heterogeneous nanodot-containing multilayer nanostructures. J. Am. Chem. Soc. 128, (5), 1717-1722 (2006).
  36. Chen, H., Su, X., Neoh, K. -G., Choe, W. -S. Context-dependent adsorption behavior of cyclic and linear peptides on metal oxide surfaces. Langmuir. 25, (3), 1588-1593 (2008).
  37. Zlatanova, J., Lindsay, S. M., Leuba, S. H. Single molecule force spectroscopy in biology using the atomic force microscope. Prog. Biophys. Mol. Biol. 74, (1-2), 37-61 (2000).
  38. Wang, C. Z., Yadavalli, V. K. Investigating biomolecular recognition at the cell surface using atomic force microscopy. Micron. 60, 5-17 (2014).
  39. Galler, K., Brautigam, K., Grobe, C., Popp, J., Neugebauer, U. Making a big thing of a small cell - recent advances in single cell analysis. Analyst. 139, (6), 1237-1273 (2014).
  40. Carvalho, F. A., Martins, I. C., Santos, N. C. Atomic force microscopy and force spectroscopy on the assessment of protein folding and functionality. Arch. Biochem. Biophys. 531, (1-2), 116-127 (2013).
  41. Azoubel, S., Magdassi, S. Controlling adhesion properties of SWCNT-PET films prepared by wet deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (12), 9265-9271 (2014).
  42. Jaschke, M., Butt, H. J. Height calibration of optical-lever atomic-force microscopes by simple laser interferometry. Rev. Sci. Instrum. 66, (2), 1258-1259 (1995).
  43. Evans, E., Kinoshita, K., Simon, S., Leung, A. Long-lived, high-strength states of ICAM-1 bonds to beta(2) integrin, I: Lifetimes of bonds to recombinant alpha(L) beta(2) under force. Biophys. J. 98, (8), 1458-1466 (2010).
  44. Bouchiat, C., et al. Estimating the persistence length of a Worm-Like Chain molecule from force-extension measurements. Biophys. J. 76, (1), 409-413 (1999).
  45. Pick, C., Argento, C., Drazer, G., Frechette, J. Micropatterned Charge Heterogeneities via Vapor Deposition of Aminosilanes. Langmuir. 31, (39), 10725-10733 (2015).
  46. Berquand, A., et al. Antigen binding forces of single antilysozyme Fv fragments explored by atomic force microscopy. Langmuir. 21, 5517-5523 (2005).
  47. Kienberger, F., et al. Recognition Force Spectroscopy Studies of the NTA-His6 Bond. Single Molecules. 1, 59-65 (2000).
  48. Tong, Z., Mikheikin, A., Krasnoslobodtsev, A., Lv, Z., Lyubchenko, Y. L. Novel polymer linkers for single molecule AFM force spectroscopy. Methods. 60, 161-168 (2013).
  49. Ulman, A. Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers. Chem. Rev. 96, 1533-1554 (1996).
  50. Andolfi, L., Bizzarri, A. R., Cannistraro, S. Electron tunneling in a metal-protein-metal junction investigated by scanning tunneling and conductive atomic force spectroscopies. Appl. Phys. Lett. 89, 183125 (2006).
Insikter Interaktioner av aminosyror och peptider med oorganiska material med hjälp av enda molekyl Force spektroskopi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Das, P., Duanias-Assaf, T., Reches, M. Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy. J. Vis. Exp. (121), e54975, doi:10.3791/54975 (2017).More

Das, P., Duanias-Assaf, T., Reches, M. Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy. J. Vis. Exp. (121), e54975, doi:10.3791/54975 (2017).

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