24 Nisan 2018
Bu protokolü nasıl imal ve mikrosıvısal cihazlar x-ışını kırınım veri toplama oda sıcaklığında için ayrıntılı olarak anlatılmaktadır. Ayrıca, protein kristalizasyon tarafından dinamik ışık saçılma izlemek açıklar ve nasıl işlemek ve analiz kırınım veri elde.
Bu prosedürün genel amacı, oda sıcaklığında protein kristalizasyonu X-ışını kırınım verilerinin toplanması için bir mikroakışkan cihaz imal etmek ve çalıştırmaktır. Bu tekniğin ana avantajı, çip içindeki kristalleşmenin protein kristallerinin mekanik bozulmasını en aza indirmesidir. Bu X-ışını şeffaf çiplerin üretilmesi kolaydır, çoğu senkrotron ışın hattının gonyometrelerine doğrudan monte edilebilir ve X-ışını kırınım verilerini toplarken mevcut kristalleri verimli bir şekilde kullanır.
İlk olarak, X-ışını çip tasarımının ana kalıbını alüminyum folyo ile kaplı 10 santimetrelik bir Petri kabına yerleştirin. Toplam yaklaşık 30 gram PDMS bazı ve sertleştirici maddeyi 10'a bir oranında karıştırın ve PDMS'yi master'ın üzerine dört milimetre yüksekliğe kadar dökün. PDMS'yi bir vakumlu desikatörde beş dakika boyunca gazdan arındırın ve PDMS yüzeyinde kalan hava kabarcıklarını gidermek için hava üfleyin.
PDMS'yi bir saat boyunca 70 santigrat derecede bir fırında kürleyin. Ardından, kürlenmiş PDMS kalıbını master'dan nazikçe soyun. Fazla PDMS'yi kesmek için bir neşter kullanın.
X-ışını çip imalatından önce, çalışma alanının epoksi kalıp dökümü sırasında gerekli tüm ekipman ve bileşenlere kolay erişim sağlayacak şekilde düzenlendiğinden emin olun. Çip imalatına başlamak için, iki bileşenli bir epoksi reçinenin öncülerini etanol ile ağırlıkça %40'lık bir nihai etanol kütle konsantrasyonuna seyreltin. Bir girdap karıştırıcı kullanarak epoksi reçine ve etanolü karıştırın.
PDMS'nin daha sonra epoksi reçinesinden küçük hava kabarcıklarını emmesini sağlamak için PDMS kalıbını bir vakumlu desikatörde 30 dakika boyunca gazdan arındırın. 70 milimetreye 70 milimetrelik bir parça 7,5 mikron kalınlığında poliimid folyo kesin ve folyoyu 75 milimetreye 50 milimetrelik bir cam slaytın etrafına sarın. Düz, sert bir poliimid yüzey oluşturmak için folyonun kenarlarını sürgünün arkasına bantlayın.
Sürgülü arkalıklı poliimid folyoya 20 saniye boyunca oksijen plazması uygulayın. Ardından, folyoyu 20 santigrat derecede beş dakika boyunca APTS veya GPTS'nin hacimce% 1'lik sulu çözeltisinde inkübe edin. Silanizasyon sırasında, epoksi reçine öncü çözeltilerini küçük bir spatula ile iyice karıştırın.
Gazdan arındırılmış PDMS kalıbını vakumlu desikatörden düz bir yüzeye aktarın. Silinize poliimid folyoyu basınçlı hava veya nitrojen gazı ile kurutun. Kalıp üzerindeki her bir mikro yapıya hızlı bir şekilde reçine karışımından bir damla uygulayın.
Sürgülü arkalıklı poliimid folyoyu yüzü aşağı bakacak şekilde epoksi reçinenin üzerine yerleştirin ve slayta sıkıca bastırın. Düzeneği plastik bir folyo ve bir metal levha ile örtün. Düzeneğe santimetre kare başına 1,4 Newton'a kadar bir basınç uygulamak için metal levhanın üzerine ağırlıklar yerleştirin.
15 dakika sonra, cam sürgüyü epoksi desenli poliimid folyodan nazikçe ayırın ve poliimid folyoyu kuruyana kadar silin. Plastik folyoyu, metal levhayı ve ağırlıkları tekrar üstüne yerleştirin. Epoksinin oda sıcaklığında bir saat kürlenmesine izin verin.
Daha sonra ağırlıkları, metal levhayı ve plastik folyoyu çıkarın. Desenli poliimid folyoyu PDMS kalıbından nazikçe soyun. Plazma, desenli folyoyu 20 saniye boyunca işlemden geçirin ve desenli folyoyu daha önce açıklandığı gibi APTS veya GPTS ile silanize edin.
Bozulmamış bir poliimid folyoyu aynı koşullar altında diğer silan çözeltisi ile silamin. Her iki folyoyu da basınçlı hava ile kurulayın. Ardından, temiz, kuru ve düz bir yüzeye bir damla deiyonize su uygulayın.
Poliimid folyo üzerinde tek tek talaş yapılarını kesin ve desenli poliimid folyoyu epoksi tarafı yukarı bakacak şekilde su damlasının üzerine yerleştirin ve folyoyu tamamen düz olana kadar dikkatlice düzeltin. İkinci poliimid folyoyu, silanize yüzü aşağı bakacak şekilde desenli folyo üzerine yerleştirin. Hava kabarcıklarını dışarı atmak ve poliimid tabakaları birbirine yapıştırmak için ikinci folyoyu köşeden karşı köşeye nazikçe düzleştirin.
Erişim portlarını üretmeye başlamak için, kürlenmiş, dört milimetrelik bir PDMS levhasından, kristalizasyon bölmesini kapatmadan poliimid X-ışını çipindeki tüm portları kaplayacak kadar yeterli boyutta bir blok kesin. Plazma, poliimid çipini ve PDMS bloğunu işlemden geçirin, silanize edin ve kurutun. İşlem görmüş bloğu bağlantı noktalarının üzerinden çip üzerine bastırın.
Çipi plastik bir folyo, temiz bir cam slayt ve bir metal levha ile örtün. Bir saat boyunca santimetre kare başına 1.4 Newton basınç uygulayın. Ardından, çip tasarımında işaretlenen yerlerde giriş ve çıkış deliklerini delmek için 0,75 milimetrelik bir biyopsi zımbası kullanın.
Çipin arkasını poliimid film elektrik yalıtım bandı ile kapatın. Ardından, ağırlıkça %9'luk bir şeffaf floropolimer kaplama malzemesi stok çözeltisini florlu bir çözücü ile ağırlıkça %0.45'e seyreltin. Şırıngaya 27 gauge, 5/8 inçlik bir iğne bağlayın.
İğnenin ucuna politetrafloroetilen boruyu yerleştirin. Floropolimer çözeltisini bir mililitrelik Luer kilit şırıngasına yükleyin. Borunun diğer ucunu X-ray çip çıkışına bağlayın.
Floropolimer solüsyonunu tüm kanallar dolana kadar çipe enjekte edin ve hava ile dolu bir şırınga kullanarak fazla floropolimer solüsyonunu çıkarın. Doldurulmuş çipi düz tarafı aşağı bakacak şekilde 190 santigrat derecede bir ocak gözüne yerleştirin. Çözücüyü buharlaştırmak için çipi beş dakika ısıtın, böylece kanalları floropolimer ile kaplayın.
Kristalizasyon prosedüründen önce, seçilen protein çözeltisini 0.2 mikronluk bir filtre ile filtreleyin. Çözeltiyi 16, 100 kez g ve 20 santigrat derecede 15 dakika santrifüjleyin ve kristalizasyon deneyleri için süpernatanı geri kazanın. Kristalizasyon prosedürüne başlamak için, eşit hacimlerde bir protein çözeltisini ve çökelticisini birleştirin.
Bu karışımın yaklaşık 20 mikrolitresini bir şırıngaya çekin. Şırıngayı X-ışını çipinin girişine bağlamak için 27 gauge, 5/8 inçlik bir iğne ve PTFE boru kullanın. Prize aynı şekilde bir florlu yağ şırıngası bağlayın.
Çipi mikroskop altında izlerken, kristalizasyon çözeltisini girişten paralel düzende çipe doldurun. Çipteki kristalleşme bölmelerini ayırmak için yeterli florlu yağ enjekte edin. Ardından, hem giriş hem de çıkış portlarını ataç veya diğer dar tapalarla kapatın.
Çipi uygun kristalleşme koşulları altında saklayın. Kristal oluşumu artık mikroskop altında veya dinamik ışık saçılımı ölçümleriyle gözlemlenebilir. Veri toplamaya hazır olduğunuzda, X-ışını çipini plaka gonyometresi için 3D baskılı bir adaptöre sabitlemek için çift taraflı bant kullanın.
Çip adaptörünü senkrotron ışın hattındaki plaka gonyometresine monte edin. Kırınım verilerini toplayın ve analiz edin. Poliimid folyo çipinin kristalizasyon odalarından suyun buharlaşma hızını ölçmek için parlak alan mikroskobu kullanıldı.
Dinamik ışık saçılımı, eşdeğer geometriye sahip bir cam slayt üzerindeki bir PDMS çipindeki taumatin kristallerinin ilk çekirdeklenmesini tespit ederek kristalleşme koşullarının optimize edilmesini sağlayabilir. Her çerçeve sırasında bir derecelik bir dönüşe sahip bir poliimid çip içinde büyütülen 83 taumatin kristalinin her birinden 10 kırınım modeli toplandı. Veri seti, kareye göre beş alt veri kümesine bölündü ve daha sonra normalleştirilmiş kırınım gücünün zaman içindeki yoğunluk azalması değerlendirildi.
Dördüncü veri setinde, kırınım gücü %50'nin altına düşmüştüAlt veri kümelerinin ölçüm R faktörü değerleri zamanla artmıştı, bu da kristallerin veri toplama sırasında radyasyon hasarına maruz kaldığını gösteriyor. Bu, X-ışınına maruz kalma sırasında üretilen ve aynı bölmedeki komşu kristalleri bozan serbest radikallere bağlandı. Bipiramidal taumatin kristalleri, X-ışını çipinde geniş bir oryantasyon dağılımına sahipti.
Ortorhombic glukoz izomeraz kristalleri de aynı şekilde bir poliimid çip içinde büyütüldüğünde geniş bir yönelim dağılımı gösterdi. Bununla birlikte, tioredoksin kristalleri, potansiyel olarak uzun şekilleri nedeniyle, ağırlıklı olarak xy, xz ve yz düzlemlerinde yönelimlere sahipti. Genel olarak, bu çipler çok sağlamdır ve düşük bir X-ışını arka planına sahiptir.
Bu, bu üretim yöntemini küçük açılı X-ışını saçılımı gibi diğer X-ışını görüntüleme teknikleri için uygun hale getirir. Bu prosedür, deneysel ihtiyaçlarınıza uyacak şekilde kolayca uyarlanabilir. Örneğin, çip tasarımı, tek tek bölmelerin boyutları veya çip başına toplam bölme sayısı ayarlanarak değiştirilebilir.
Bizim için özel bir odak noktası, özel aletler veya mikroakışkan pompalar gibi yüksek maliyetli ekipman gerektirmeyen bir iş akışı tasarlamaktı. Bu videoyu izledikten ve makaleyi okuduktan sonra, çipte nasıl kristalleştirileceğini, kristalleşme sürecini izlemeyi ve çip yaklaşımını kullanarak kırınım verilerini kaydetmeyi ve analiz etmeyi iyi anlamış olmalısınız. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik, özel bir temiz oda gerektirmeden yaklaşık üç saat içinde bir PDMS master'dan mikroakışkan çiplerin toplu üretimini sağlar.
Bu protokol, oda sıcaklığında X-ışını kırınımı veri toplaması için mikroakışkan araçların yapımını ve çalışmasını belirtir. Ayrıca, dinamik ışık saçılmasını kullanarak protein kristalleşmesinin izlenmesi ve ardından kırınım verilerinin işlenmesi ve analizi ile ilgili ayrıntıları da içerir.
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.