AFM tabanlı Kuvvet Spektroskopisi için Tek Moleküllerin Kovalent Eki

Tek moleküllü kuvvet spektroskopisi, polimerlerin mekanik ve yapışkan özelliklerini tanımlayan fiziksel parametreleri ölçmemizi sağlar. Tek molekülleri incelemek için AFM tabanlı kuvvet spektroskopisi kullanırken, bu moleküllerin kovalent olarak Bir AFM kantilever ucuna bağlanması için güvenilir ve verimli bir protokole sahip olmak gerekir. Bu protokol, kontur uzunluğu veya hidrofobiklik ne olursa olsun birçok farklı polimerler için kabul edilebilir.

Organik buharların solunmasını önlemek için tüm adımlar duman kaputunda yapılmalıdır. Ayrıca, solvente dayanıklı cam, laboratuvar önlüğü ve göz koruması gereklidir. İlk olarak, Plazma odasına AFM kantilever talaşları yerleştirmek için taze temizlenmiş cımbız kullanın.

Başlat ve sonra evet seçerek plazma odası yüzey aktivasyon programı başlatın. Plazma işleminin düzgün çalıştığını doğrulayın. Yüksek oksijen içeriği olan bir plazma işlemi açık mavi bir renk gösterir.

Yüzey aktivasyon programı yürütülürken, mililitre başına 1,25 miligram konsantrasyon elde etmek için toluen içinde silane-PEG-mal çözünür. Çözeltinin üç mililitresini düz bir Petri kabına yerleştirin. Plazma işlemi tamamlandıktan sonra, onay seçerek plazma odasını havalandırın ve sonra havalandırma.

Kirleticilerin emilimini önlemek için hemen bir sonraki adıma geçin. Cipsleri Petri kabına yerleştirin ve talaşları 60 derecede üç saat kuluçkaya yatırın. Petri kabını fırından çıkarın ve en az 10 dakika soğumasını bekleyin.

Sonra, cipsleri durula. PEG veya polistiren bağlanması için talaşları üç kez tolüen ile durulayın. Polinipam bağlanması için talaşlar toluen ile bir kez, etanol ile iki kez durulanmalıdır.

Kapiller kuvvetlerin AFM kantili üzerindeki etkisini azaltmak için, durulama yaparken talaşları hafifçe yatırın. AFM cantilever yongaları deneyi etkileyebilecek fiziksel polimerlerin fazlalıklarını gidermek için düzgün bir şekilde durulanmalıdır. AFM kantilevers herhangi bir zarar görmesini önlemek için durulama dikkatle yapılmalıdır.

Son olarak, kovalent polimer eki geçmeyecek kontroller olarak hizmet vermek için en az iki fiş hazırlayın. PEG ve polistiren yongalarına karşı kontroller için, etanol ile iki kez ve bir kez su ile durulayın. Polinipam yongalarına karşı kontroller için suyla iki kez durulayın.

PEG veya polistiren kovalent eki gerçekleştirmek için, mililitre başına 1,25 miligram konsantrasyonda tolüen polimer çözeltisi üç mililitre hazırlamak. Bir Petri kabına çözelti ve cips ekleyin ve bir saat boyunca 60 santigrat derece cips kuluçka. PEG veya polistiren ile kuluçkadan sonra, talaşların 10 dakika soğumasını bekleyin.

Talaşları toluen ile iki kez, etanolle iki kez ve bir kez de suyla durulayın. Polinipam kovalent eki gerçekleştirmek için, mililitre başına 1,25 miligram konsantrasyonda etanol polimer çözeltisi üç mililitre hazırlamak. Çözeltiyi ve talaşları petri kabına ekleyin ve talaşları oda sıcaklığında üç saat kuluçkaya yatırın.

Polinipam ile kuluçkasonra, etanol ile iki kez ve su ile iki kez cips durulayın. Bir deneyde kullanıma kadar talaşları saklamak için, her çipi su yla dolu bir mililitrelik Petri kabına ayrı ayrı yerleştirin. Petri tabaklarını dört santigrat derecede tutun.

İlk olarak, işlevselleştirilmiş AFM cantilever çipini bir talaş tutucuya takın. Hazırlanan yüzeyi sıvı daki ölçümler için uygun bir numune tutucuya yapıştırın. Çipi suya batırmak için bir pipet kullanın.

Örnek yüzeyi AFM'ye monte edin. Örnek yüzeyi suya batırın. Talaş tutucuyu AFM'ye bağlayın.

Daha sonra çipi numune yüzeyine yaklaştırın. Hedef sıcaklığı ayarlamak ve modu ve geri bildirim radyo düğmelerini açmak için çevre panelini kullanın. Sonra sistem yaklaşık 15 dakika boyunca denge sağlar.

Kuvvet uzatma eğrisi almak için, AFM kantilever ucunu yüzeye yaklaştırın ve tek kuvvet seçin. Elde edilen eğri, kırmızı renkle gösterilen yüzeye yaklaşım ve mavi ile gösterilen geri çekme ile piezo uzaklığı ile sapmayı görüntüler. Eğrinin AFM kantilever ucunun girintinini temsil eden kısmını alttaki yüzeye genişletin.

Doğrusal bir uyum gerçekleştirmek için imleçleri yaklaşım veya geri çekme eğrisiüzerine ayarlayın ve bağlam menüsünden update INVOLS'u seçin. Ters optik kol hassasiyetdeğeri için ortaya çıkan değer sol üstteki panelde görünür. Bu yordamı en az beş kez tekrarladıktan sonra, ters optik kol hassasiyeti için bir ortalama hesaplayın ve panele ortalamayı girin.

AFM kantilini, önceden devreye girmek için hareket etmeyi seçerek yüzeyden yaklaşık 100 mikrometre yükseklikte yerleştirin. Termal gürültü spektrumu için tatmin edici bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için, ortalama sayıyı en az 10'a ayarlayın ve mümkün olan en yüksek frekans çözünürlüğünü seçin. Ardından, termal verileri yakalama'yı seçerek termal gürültü spektrumu kaydedin.

Termal gürültü spektrumunu basit bir harmonik osilatör fonksiyonuna sığdırmak için, eğrinin ilk rezonans tepe noktasını temsil eden kısmını genişletin. Daha sonra fit'i başlatma'yı seçin. Son olarak, sığdırmazlık termal veri düğmesini kullanarak uygun rafine.

Panelde ilgili kuvvet sabiti görünür. Verileri toplamaya başlamak için denemenin parametrelerini ayarlayın. Çekme hızını saniyede bir mikrometreye ayarlayın ve tetiki bir nanonewton'a ayarlayın.

AFM kantilever ucuna yüzeye yaklaşın ve tek bir eğri kaydetmek ve parametrelerin el yazmasında açıklandığı şekilde ayarlanması gerekip gerekmediğini belirlemek için tek bir kuvvet seçin. Ana panelden F haritasını seçin. 100 eğrili bir kuvvet haritası elde etmek için kuvvet noktalarının ve kuvvet çizgilerinin sayısını 10'a ayarlayın.

F haritasını seçerek kuvvet haritasını kaydetmeye başlayın. Herhangi bir yerel yüzey efektini önlemek ve farklı yüzey alanlarını ortalamaya çıkarmak için ızgara benzeri bir şekilde kuvvet uzatma eğrileri alın. Deneyden sonra, sistemin tutarlılığını ve stabilitesini kontrol etmek için ters optik kol hassasiyetinin ve yay sabitinin belirlenmesini tekrarlayın.

Tek polinipam ve PEG polimerler kovalent bir ucunda bir AFM kantilever ucuna bağlı ve diğer ucunda silikon dioksit yüzeyinde physisorbed edildi. Isıya bağlı germe davranışını ölçmek için, ilgili kuvvet uzatma eğrisinin sonunda son bir maksimumun ardından net bir tek moleküllü germe olayı tespit edilmiştir. Sonra her sıcaklık için tek bir ana eğri oluşturuldu.

PEG için, artan sıcaklıkla germe kuvvetinde azalma gözlendi. Polinipam için, ters eğilim gözlendi. Suda bir SAM yüzeyinden polistiren desorption desorption kuvvet ve uzunluğu belirlemek için kullanılabilir.

Polimer eki başarılı olduğunda, kuvvet uzatma eğrileri sabit kuvvet platoları gösterdi. Her plato desorpsiyon kuvveti ve desorpsiyon uzunluğunu belirlemek için bir sigmoidal eğri ile donatılmıştır. Gözlenen desorpsiyon kuvvetleri daha önce elde edilen değerlere karşılık gelir.

AFM kantilever ucuna birden fazla polimer takıldığında kuvvet uzatma eğrilerinde plato basamakları gözlenmiştir. İki polimer takılı yken, desorpsiyon uzunluğu için bimodal dağılımı bulunurken, desorpsiyon kuvveti dar bir dağılım gösterdi. İşlevselleştirilmiş bir AFM kantilever ucu, sıvı bir ortamda ve dış uyaranlarla tek moleküllerin kuvvet tepkisini ölçmek için kullanılabilir.

Temiz ekipman, çözücüler, AFM cantilever ipuçları ve tekrarlanan durulama kullanımı, açıklanan kontrollü deneylerden önce teyit edilmesi gereken yüksek düzeyde temizlik sağlamak için çok önemlidir. Sunulan protokoller ve prosedürler uyarıcı duyarlı polimer sistemlerin daha iyi anlaşılması için önünü açtı. Sonuçlar doğrudan moleküler dinamik simülasyonlar ile karşılaştırılabilir.