Synthèse, l'Assemblée, et caractérisation des nanoparticules Monocouche protégées Films d'or pour Electrochimie monocouche de protéines
Summary
Colloïdes d'or stabilisées Alkanethiolate connus comme des grappes monocouche protégée (PPM) sont synthétisés, caractérisés, et assemblés en couches minces comme une interface d'adsorption pour l'électrochimie monocouche de protéines de protéines redox simples comme<em> Pseudomonas aeruginosa</em> Azurine (AZ) et le cytochrome<em> C</em> (CYT<em> C</em>).
Abstract
Nanoparticules d'or colloïdal protégée avec des ligands alkanethiolate appelés clusters monocouche d'or protégées (PPM) sont synthétisés et ensuite incorporées dans les assemblées du film qui servent de plates-formes d'adsorption pour l'électrochimie monocouche de protéines (PME). PME est utilisé comme système modèle pour l'étude des propriétés électrochimiques des protéines redox en les confinant à une plateforme d'adsorption à une électrode modifiée, qui sert également comme un partenaire redox pour le transfert d'électrons (HE) des réactions. Des études ont montré que l'or assemblées film de nanoparticules de cette nature à assurer un environnement plus homogène adsorption des protéines et de promouvoir HE sans dépendance à distance par rapport aux systèmes plus traditionnels modifiés avec alcanethiol monocouches auto-assemblées (SAM). 1-3 Dans ce papier, PPM fonctionnalisés par des ligands hexanethiolate sont synthétisés en utilisant une réaction Brust modifiés 4 et caractérisés par spectroscopie visible (UV-Vis) ultraviolette, microscopie électronique à transmission (MET), et le proton (1 H) par résonance magnétique nucléaire (RMN). MPC films sont assemblés sur des interfaces modifiées SAM électrode en or en utilisant un «cycle de baisse" méthode des couches alternées MPC et dithiol molécules de liaison. La croissance du film à l'électrode d'or est suivi électrochimique en mesurant les changements de la double couche de courant de charge du système. Films analogues montés sur lames de verre modifiés silane permettre un suivi optique de croissance du film et de l'analyse TEM transversale fournit une épaisseur du film estimé. Lors du montage du film, la manipulation de la protection de ligand MPC ainsi que le mécanisme de liaison entre particules permettent de films en réseau, qui sont facilement adaptables, pour s'interfacer avec des protéines redox ayant différents mécanismes d'adsorption. Par exemple, Pseudomonas aeruginosa azurine (AZ) peut être adsorbé hydrophobiquement au dithiol liés films de PPM hexanethiolate et cytochrome c (cyt c) peuvent être immobilisés électrostatiquement à un acide carboxylique modifiés MPC couche interfaciale. Dans ce rapport, nous nous concentrons sur le protocole de films pour le système de AZ exclusivement. Enquêtes impliquant l'adsorption des protéines sur des plates-formes modifiées MPC synthétique pourrait approfondir la compréhension des interactions entre biomolécules et matériaux synthétiques, et par conséquent l'aide au développement des régimes de biocapteur, la modélisation des systèmes HE, et les matériaux synthétiques biocompatibles. 5-8
Protocol
Discussion
Électrochimie monocouche de protéines est une technique efficace utilisée pour étudier les interactions entre protéines redox et de synthèse des plates-formes d'adsorption. L'efficacité de cette stratégie, cependant, dépend de la capacité de construire une interface d'adsorption avec un degré élevé de contrôle au niveau moléculaire. Les plates-formes de MPC-base créé par ce protocole représentent les plates-formes spécialement conçues qui sont en mesure de fournir une protéine plus homog…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions la National Science Foundation (CHE-0847145), et le professeur Henry Dreyfus Scholar-Programme de bourses pour les généreusement soutenir cette recherche. Nous tenons à reconnaître spécifiquement Christine Davis, directeur de la microscopie et d'imagerie dans le département de biologie de l'Université de Richmond pour son aide transversale d'imagerie. Un merci spécial est donnée à MM. T. Léopold, affaire R. Kanters, D. Kellogg, R. Miller, et W., ainsi que, Russ Collins, Phil Joseph, Carolyn Marks, Mandy et John Mallory Wimbush – qui tous font de la recherche de premier cycle à l'Université possibles de Richmond. Un merci très personnelle est donnée à tous les cours, passées et futures de chercheurs de premier cycle dans le laboratoire de recherche Léopold.
Materials
| Name of the reagent and equipment | Company | Catalogue number |
|---|---|---|
| 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 Avance | 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 | 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 |
Referencias
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Davis, J., Vaughan, D. H., Cardosi, M. F. Elements of biosensor construction. Enzyme Microb. Technol. 17, 1030-1035 (1995).
- Ramsay, G., Ed, . In Commercial Biosensors – Applications to Clinical, Bioprocess, and Environmental Samples. , (1998).
- Ghindilis, A. L., Atanasov, P., Wilkins, E. Immunosensors: electrochemical sensing and other engineering approaches. Biosens. Bioelectron. 13, 113-131 (1998).
- Templeton, A. C., Wuelfing, W. P., Murray, R. W. Monolayer-Protected Cluster Molecules. Accounts. Chem. Res. 33, 27-36 (2000).
- Aguila, A., Murray, R. W. Monolayer-Protected Clusters with Fluorescent Dansyl Ligands. Langmuir. 16, 5949-5954 (2000).
- 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).
- Wanunu, M., Popovitz-Biro, R., Cohen, H., Vaskevich, A., Rubenstein, I. Coordination-Based Gold Nanoparticle Layers. J. Am. Chem. Soc. 127, 9207-9215 (2005).
- 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).
- 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. , .
