Methoden zur Selbst Integration von Megamolecular Biopolymere auf der Trocknungsluft-LC-Schnittstelle

Summary

Ein Verfahren zur Trocknung induzierte Selbst Integration von megamolecular Biopolymeren auf der Luft-Flüssigkeit-kristalline Grenzfläche ist vorgesehen. Diese Methodik wird nützlich sein, nicht nur für das Verständnis der makroskopischen Potentiale von Biopolymeren, sondern auch als ein Bewertungsverfahren für weiche Materialien in der biomedizinischen und Umwelt.

Abstract

Lebende Organismen, die Wasser verwenden, sind immer anfällig in der Umwelt zu trocknen. Ihre Aktivitäten werden angetrieben von Biopolymer-basierten Mikro- und Makrostrukturen, wie in den Fällen gesehen Wasser in Leitbündel bewegten und feuchtigkeitsspendende Wasser in Hautschichten. In dieser Studie haben wir ein Verfahren zur Bewertung der Wirkung von wässrigem flüssigkristallinen (LC) Lösungen von Biopolymeren beim Trocknen zusammen. Als LC Biopolymere megamolecular Gewicht haben, wählten wir Polysaccharide, Cytoskelett-Proteine ​​und DNA zu untersuchen. Die Beobachtung von Biopolymer-Lösungen während zeigt aus der instabilen Luft-LC-Schnittstelle beginnend milliscale Selbstintegration unter polarisiertem Licht trocknet. Die Dynamik der wässrigen LC-Biopolymer-Lösungen kann durch Verdampfen von Wasser aus einer einseitig offenen Zellen überwacht werden. Durch die Analyse der Bilder kreuzpolarisiertem Licht genommen, ist es möglich , die räumlich-zeitlichen Veränderungen des Orientierungsordnungsparameter zu erkennen. DiesVerfahren für die Charakterisierung von nicht nur künstlichen Materialien in verschiedenen Bereichen, aber auch natürliches Leben Geweben nützlich sein. Wir glauben, dass es ein Bewertungsverfahren für weiche Materialien in der biomedizinischen und Umweltbereich bieten.

Introduction

Durch die Fokussierung auf den starren, stabförmigen Strukturen von Biopolymeren, dynamisch weichen Materialien wurden für verschiedene Anwendungen, einschließlich Polysaccharids Biofilm Matrices ¹ „aktiven Gele“ bestehend aus Zytoskelett – Proteinen ² und „DNA origami“ gewünschten Formen ³ verwendet. Um zu klären, haben die strukturellen Eigenschaften, viele Strategien wurden untersucht, wie die Transmissionselektronenmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie und konfokale Fluoreszenzmikroskopie. Da jedoch diese Methoden meist in einem ausgetrockneten oder statischen Zustand durchgeführt werden, ist es schwierig, die dynamischen Verhalten in der makroskopischen Ebene zu erklären, wie es in der tatsächlichen lebenden Systemen gesehen. Vor kurzem haben wir beobachtet , erfolgreich das dynamische Verhalten von Biopolymeren auf die wässrige Luft-LC – Schnittstelle durch polarisiertes Licht ^4. Bei der Visualisierung der Struktur ausgerichtet, während das Trocknen des BiopolymersLösung zeigten die zeitlichen Veränderungen Selbst Integration von Biopolymeren auf der instabilen Luft-LC-Schnittstelle.

Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Trocknung von LC-Biopolymer-Lösungen an der Luft-LC-Schnittstelle unter Verwendung von polarisiertem Instrumenten. Durch Auswertung des Orientierungsordnungsparameters in der Seitenansicht der Fluidphase in einer offenen einseitiges-Zelle im Gegensatz Phase auf andere Analysen der LC , dass ⁵ nicht die Ansicht , ^{Trocknen, 6} wurde die LC Dynamik während des Trocknungsvorganges hier untersucht . Die Kombination der Zelle der Verdampfung und die Verwendung von polarisiertem Instrumenten zur makroskopischen Überwachung mit einer kontrollierten Verdampfungsrichtung erlaubt. Darüber hinaus war es möglich , die Trocknungs Aufzeichnungen durch die Konzentration auf den kristallinen Strukturen der adsorbierten Mikrodomänen zu validieren, die durch das Molekulargewicht beeinflußt wurde, Konzentration, usw. Um die Wirksamkeit des Verfahrens wird die Trocknung Pro zu demonstrierenzesse basischer Biopolymeren mit starren Stabformen, wie Polysaccharide, Mikrotubuli (MTs), und DNA, wurden untersucht. Wir haben uns für diese Biopolymere, weil sie typische Beispiele für hierarchische Makromoleküle mit megamolecular Gewichte sind, und ihre intermolekularen Wechselwirkungen ermöglichen ihnen LC Staaten zu bilden.

Protocol

1. Instrumente Polarisationsvorrichtung Um eine Polarisationsvorrichtung zu konstruieren, liefert eine Lichtquelle mit einer Halogenlampe, eine Lichtführung, Polarisatoren, ein Probentisch, ein optischer Schiene, Stange steht und eine digitale Spiegelreflexkamera (siehe Abbildung 1C und Liste für die Polarisations Geräteteile). 2. Herstellung der Biopolymer-Lösung Polysaccaridlösung…

Representative Results

Verwendung der Vorrichtung wie in 1 gezeigt ist , um die Selbst Integration von Mikrodomäne macrodomain auf einer trocknenden Luftschnittstelle-LC bewertet wurde (2A). Da die erste Demonstration des Trocknungs Experiment wurden zwei Arten von megamolecular Polysacchariden, sacran (M w = 1,9 x 10 7 g mol -1) und Xanthangummi (4,7 x 10 6 g mol -1), wurden verglichen. 2B…

Discussion

Es war manchmal schwierig, für die Kamera auf der Probe zu konzentrieren, aufgrund der durchgelassenen Lichtintensität zu gering zu sein. In solchen Fällen auf der Bühne eine erweiterte transparenten Kunststoffilm Platzieren half, den Fokus zu arrangieren. Die Begrenzung der beobachtbaren Auflösung war abhängig von der Kameralinse, ~ 10 & mgr; m in diesem Fall. Die beobachtbare Begrenzung der Probendicke, & Delta; y, waren abhängig von der maximalen Lichtintensität der Lampe, ~ 10 mm in diesem Fall.

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Materials

sacran	Green Science Materials Inc., Japan		From Aphanothece sacrum. Mw = 1.9 × 107 g mol-1
xanthan gum	Taiyo Kagaku Co., Japan	Neosoft XC	From Xanthomonas campestris. Mw = 4.7 × 106 g mol-1
tubulin	Cytoskeleton, Inc., USA	T240	From porcine brain.
GpCpp	Jena Bioscience, Germany	NU405L
piperazine-N,N′-bis(2-ethanesulfonic acid)	Sigma-Aldrichi, Co. LLC.	P6757-500G	PIPES
ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid	Dojindo Molecular Technologies, Inc.	342-01314	EGTA
MgCl2-6H2O	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	135-15055
KOH	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	162-21813	pellet
DNA	Sigma-Aldrich, Co. LLC.	D1626	From salmon testes. Mw = 1.3 × 106 Da (~2000 bp)
Tris-EDTA buffer solution				Sigma-Aldrich, Co. LLC.	T9285-100ML	10 mM Tris, pH 8.0, with 1 mM EDTA
slide glass	Matsunami Glass Ind., Ltd., Japan	S1111
silicon rubber sheet	Asone Co.	6-611-32	Thickness: 1 mm
centrifuge	Beckman-Coulter, Inc., USA	Avanti J-25	equipped with a JA-20 rotor
light source	Sumita Optical Glass, Inc., Japan	LS-LHA
light guide	Sumita Optical Glass, Inc., Japan	GF7.2-1-L1500R-M80 (AAAR-015M)	80 mm × 80 mm
halogen lamp	Ushio Inc., Japan	JCR 15V150WBN
polarizer	Luceo, Co.,Ltd.	POLAX-42S	40 x 80 x 2t (45˚)
holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	KMH-80
sample stage	Sigmakoki, Co.,Ltd.	TARW-25503L
sample holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	SHA-25RO
rod	Sigmakoki, Co.,Ltd.	ROU-12-40
posts holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	RS-6-40
posts holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	RS-12-60
posts holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	RS-12-80
posts holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	RS-12-130
carrier	Sigmakoki, Co.,Ltd.	CAA-25LS
camera holder	Sigmakoki, Co.,Ltd.	CMH-2
medium optical rail	Sigmakoki, Co.,Ltd.	OBA-500SH
lenstube	Tomytech, BORG	lenstube BK	80φ, L25 mm
lenstube	Tomytech, BORG	lenstube BK	80φ, L50 mm
multiband	Tomytech, BORG		80φ
V plate	Tomytech, BORG	V plate 60S
plate holder	Viexen, Co.,Ltd.	plate holder SX
EOS Kiss X7i	Canon Inc., Japan	8594B001	with a standard zoom lens,  EFP 18-55 mm
photographic software	Canon Inc., Japan	EOS Utility
PC	Microsoft	Surface
polarization microscope	Olympus	BX51
first order retardation plate	Olympus	U-TP530	λ = 530 nm
CCD camera	Olympus	DP80
photographic software	Olympus	cellSens Standard
Java-based image processing program	the National Institutes of Health	ImageJ