Abstract
原子力谱是研究分子在表面和界面的理想工具。一个试验性协议,以夫妻种类繁多的单分子的共价键上的原子力显微镜针尖呈现。同时针尖被钝化,以防止尖端和基板,这是一个先决条件,研究附着在针尖单个分子之间的非特异性相互作用。分析,以确定的粘合力,粘合长度,并在固体表面上和生物界面这些分子不久提出并提供用于进一步阅读外部引用的自由能。实施例的分子是聚(氨基酸)聚酪氨酸,接枝聚合物PI- 克 -PS和磷脂POPE(1-棕榈酰-2-油酰- SN -glycero -3-磷酸)。这些分子是从不同的表面,如CH 3 -SAMs,氢封端的金刚石解吸并支持的各种溶剂的条件下的脂质双层。最后,该力分光单分子实验的优点进行了讨论,包括装置,以决定是否确实是一个单一分子已经研究了实验。
Introduction
在过去的30年中,原子力显微镜(AFM)已被证明是一个有价值的成像技术来研究生物学1,2和3的合成材料和表面,因为它提供了分子的空间分辨率在三个维度,可以在不同的溶剂进行操作环境。此外,AFM单分子力谱(SMFS)使测量力范围从PN为μN政权,并给予前所未有的洞察到例如蛋白质折叠4,5,高分子物理6 - 8,和单分子表面相互作用9 -学习背后的单个分子,而不是分子的集合体12 .The理由是为了避免影响平均,往往掩盖了罕见的事件或隐藏的分子状态。此外,众多的分子参数,如轮廓长度,库恩长度,粘合自由能等可以获得。此详述在下面的实施例。在一个典型的AFM-SMFS实验,探针分子通过接头分子偶联到一个非常尖锐的尖端。尖端本身位于一可弯曲的悬臂的端部。如果针尖被带入与该表面接触的探针分子将与该表面相互作用。通过在尖端,力,因此自由能缩回观察悬臂的偏转,以从表面分离的分子可以被确定。以获得有意义的统计数据,大量的所谓的力 - 距离曲线已被收购。此外,能有真正的单分子实验( 即 ,使用一个和在整个实验期间相同的探针分子)探针分子应当共价偶联到所述针尖。这里,一个实验协议悬臂官能经由共价键的单个分子呈现。单分子既可以通过氨基或硫基耦L组的针尖。缀合方法可以在广泛的各种溶剂(有机相和水)占所用的聚合物的溶剂化性质来进行。
在第一部分中,一个通用的方案来共价通过接头分子与AFM针尖描述附加一个单一的分子(“探针分子”)。为此目的,有机NHS-或马来酰亚胺化学过程中使用13。随着协议3例如分子,数据采集和数据分析的方法描述和提供了用于进一步阅读参考。的例子的分子是:(线性)聚合物酪氨酸,接枝聚合物PI- 克 -PS和脂质POPE。这包括协议的微小变化,例如共价连接半胱氨酸。另外,一个段是专用不同的表面的制备诸如金刚石表面,CH 3 -self组装单层和脂质双层。这些接口都省恩是很好的参考和实例。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
注:参见图2的处理流程,其包括制备,数据采集和数据分析的步骤的概述。
1.试剂设置
注:所有化学品必须小心处理,因而白大褂,手套和保护眼睛应该被使用。所有操作都必须在实验室罩中进行。尤其特殊的手套时,应佩戴情况下,氯仿使用。
- 使用具有低水含量的化学物质,如无水氯仿迅速和存储干燥,但不超过一个星期。同时存储的化学品在-20℃和在氮气或氩气,因为APTES((3-氨基丙基)triethoxysilan)( 见表1)和PEG(聚乙二醇)具有吸湿性,PEG是受氧化在空气中。
- 避免了库存到大气中的氧气和水分的频繁接触,制备小等分,理想手套箱系统用氮气情调内重。
2.设备安装
注:为避免交叉污染,使用新鲜的,干净的船只每一步。
- 清洁玻璃器皿和在30分钟在超声波浴中,在60℃的洗涤剂溶液镊子。
- 冲洗,并从步骤2.1两次用超纯水充分声处理设备。
- 热设备从RCA溶液步骤2.1(超纯水,过氧化氢和氨(5:1:1)),以75℃的烘箱中45分钟,随后用超纯水冲洗。
- 最后,干燥的玻璃器皿和镊子在干燥氮气流下或者在烘箱(100℃,3小时)。
3.提示功能化
注意:使用镊子,容器等由不锈钢,聚四氟乙烯,玻璃或它是在有机溶液中,如果适用的化学稳定的任何其它材料制成。除非另有规定,做好各项步骤为RT.所需的温育溶液的量取决于悬臂的芯片的数量。确保该悬臂浸渍在各时间的各解决方案。
注:使用遮光罩,以避免吸入有机蒸气。
- 形成于悬臂表面('激活')(约0.5小时)OH-组:
- 用镊子把新鲜的悬臂式芯片(材质:单,弹簧常数:10-100 PN /纳米)在一个干净的玻片上,并把它们在等离子室(100 W)。
- 抽空腔室(〜0.1毫巴)。
- 洪水室氧气,并再次撤离。
- 激活等离子体处理(功率:20%,持续时间:15分钟,处理压力:0.25毫巴)。
- 氨基硅烷化悬臂(约1小时):
- 制备2.5毫升APTES溶液( 见表1)中的玻璃培养皿-在等离子体处理执行此理想。
- 立即出现等离子处理后Y,浸每个悬臂1秒丙酮,并将它们随即在APTES解决方案。
- 孵育15分钟,在RT。
- 在10毫升丙酮,一次在10毫升氯仿中仔细冲洗悬臂芯片的两倍。
- 任选最终步骤:从在干净的载玻片上一步中放置悬臂芯片和烘烤它们30分钟,在70℃。注意,也有表面活化, 例如,UV处理12的替代策略。
- PEG化(约2小时):
注:执行过程中的氨基硅烷化步骤3.3.1-3.3.4。 NHS和马来酰亚胺基团受到水解在含水环境和PEG本身受氧化在空气中。因此定时(特别是在步骤之间)是一个关键的参数。请参阅13获取更多信息。- 制备的氯仿溶液( 见表1)。
- 为避免结露温暖PEG粉末达RT打开等分,体重适量之前。
- 对于聚合物或脂质与氨基的偶联,分别解决的NHS-PEG-NHS(6 kDa的)和甲基-PEG-NHS(5 kDa的),在氯仿溶液通过涡旋直到它们被完全解决。请参阅表1的浓度。
- 另外。用于与硫醇基团的聚合物的偶联分别解决MAL-NHS-PEG和甲基PEG-NHS的氯仿溶液中。
- 以调节NHS-或马来酰亚胺和甲基封端的PEG分子(:500通常为1)之间有一定的数量比需要混合的解决方案。需要注意的是理想的比例要被迭代的一系列制备-实验周期来确定。
- 孵育悬臂芯片在氯仿饱和气氛中的PEG溶液1小时,以防止蒸发出氯仿。
- 探针分子共轭(> 1小时):
注意:在下面的3.4.1-3.4.3,三个例子为不同的探针分子的AFM针尖的共价偶联了描述。对于每一个分子的协议必须被调整。进一步注意到,与实施例1和3的NHS-化学中使用,而实施例2中的巯基官能化的聚合物PI- 克 -PS经由马来酰亚胺化学偶联于PEG。有关详情请参阅第14。- 对聚(氨基酸)聚-D-酪氨酸(40-100 kDa)的
- 溶解在1M的NaOH将聚酪氨酸缀合探针分子。调至浓度为1毫克/毫升。
- 使用旋转脱盐立即柱(7 kDa的MWCO)的功能化之前交换的NaOH溶液硼酸钠缓冲液(pH 8.1)
- 用5毫升的氯仿中,然后用5毫升乙醇和最后用5毫升硼酸盐缓冲液的第一清洗悬臂。
- 孵育悬臂芯片1小时的聚酪氨酸硼酸盐缓冲溶液,然后用清水冲洗硼酸盐缓冲剂和超纯水。储存在超纯水中,直到测量。
- 对于线性骨干(聚异戊二烯,119 kDa的),具有嫁接侧链(聚苯乙烯,88 kDa的)14聚合物
- 溶解PI- 克 -PS无水氯仿。调节偶联溶液至4毫克/毫升的浓度。
- 冲洗用5毫升氯仿悬臂孵育至少1小时,在缀合溶液。
- 在5毫升氯仿中再次冲洗并在氯仿存储在氯仿 - 饱和的环境(防止氯仿蒸发),直到测量。
- 对于脂质教皇
- 在干燥的氯仿溶解教皇。浓度调整至20mM。
- 冲洗用5ml乙醇和5ml超纯水的悬臂1小时,在脂质溶液的温育前的悬臂。
- 温育后,冲洗悬臂用5毫升氯仿,加入5ml ethano的L和5毫升的温,超纯水(按顺序),以除去未结合的探针分子,并摆脱三氯甲烷残留物。立即使用功能化的提示。可替代地,直到需要将它们存储在氯仿中。
- 对聚(氨基酸)聚-D-酪氨酸(40-100 kDa)的
图1(A)的示意图表示使用NHS化学的例子的尖端官能化方法。采用通过氨基连接探针分子给小费(B)化学键。 请点击此处查看该图的放大版本。
4.表面处理
- 自组装单层(SAM)的
注意:作为表面的第一个例子,一个自组装单层被选择。请参考文献15 - 干净的载玻片用洗涤剂溶液,然后两次在超纯水中在超声浴中对每个30分钟。然后,作为附加的清洗步骤,将它们放置在RCA溶液(参见步骤2.3),在75℃下进行15分钟。
- 外套与10纳米的铬镍,并在真空涂布机100纳米金的幻灯片。然后前直接进行下一步再存放在冰箱和清洁,在RCA溶液。
- 孵育前一步骤的幻灯片在12小时为2mM 1-十二/乙醇溶液。该硫醇基团结合到金表面和疏水单层自组装。用氮气流冲洗,用乙醇和超纯水中,然后干燥的幻灯片。确认制得的表面的静态接触角测量的疏水性在用CCD照相机10一个测角器。
注意:作为该第二个例子的表面上,一氢终止金刚石被选择。如先前16所述进行表面处理。
注意:在最后的例子中,表面支持的脂质双层(SLB)用作表面。为了获得这样的表面上,大的单层囊泡(的LUV)选自磷脂POPC的溶液(0.1毫克/毫升)通过挤出法形成。然后将50μl的LUV溶液被放在一个新鲜剥离云母片(A = 1平方厘米),并孵育30分钟。最后该溶液漂洗用20ml超纯水。对于SLBs的编制的详细说明,请参阅17,18。
5.数据采集
注:对于实验中,使用AFM,它提供的液体测量能力。数据采集和数据分析方法都适用,无论使用AFM模式。此外,在一些实验中,有利的是要控制。温度的可能性液晶单元内即通过将激光束偏转方法19检测悬臂偏转。弹簧常数分别与热噪声的方法20。
- 将官能化的悬臂成的AFM悬臂支架,适用于测量流体。
- 放表面(制备见上文)被采样到AFM和用液体覆盖。两者,悬臂和表面现在应浸渍在与悬臂尖端指向表面的液体。注意,在许多情况下,一滴液体就足够了。在流体中的任何情况下,蒸发应该避免, 例如,通过使用封闭的流体单元。
- 如果适用的话,调整控制器上所需的温度。
- 让系统平衡至少一个半小时。
- 为了排除任何表面阻尼效应记录与所述悬臂的悬臂的热噪声频谱远离表面。需要注意的是,通常10以上的光谱必须累积,以获得足够的信噪比。
- 接近表面。需要注意的是,为了节省末梢几何结构和小费官能的方法处理,必须仔细地进行。这可以通过以下方式实现,例如,在接近断续接触模式。
- 确定纳米/伏测量逆光杠杆灵敏度(InvOLS)。通过推动悬臂刀片针对硬表面做到这一点。
- 通过测量压电行驶距离与在光电二极管电压的变化的斜率确定InvOLS。拟合线的力 - 距离曲线,其中所述悬臂刀片是在与表面接触的部分。在涉及柔软的表面像脂质双层实验,开展对未涵盖与脂质双层('缺陷点')的区域这一步。
- 通过安装一个谐振子的热噪声谱确定弹簧常数(PN /纳米)。使用自动化的软件功能弹簧常数测定;否则,查阅文献20。
- 开始实验。
- 记录无数力 - 距离曲线在每个实验条件。通常情况下,用于该实验的参数以下值:5千赫,1微米/秒的尖端速度的采样率,回缩距离为1微米。
注:有时,根据所研究的实验的动力学,可能有必要等待一定量的时间,在与表面接触的前端('停留时间')。
注:本实验的具体参数可从以上给出的数值基本上偏离。 - 在长期的测量,通过重新定位所述光电二极管零上的光电二极管上的激光位置不时。
- 可选:每个力曲线后,重新定位AFM尖到另一个位置坐标。
- 在实验结束时,确定灵敏度和弹簧CONSTA再次新台币检查系统的一致性和稳定性。
注:前和实验后的弹簧常数和灵敏度比较也是一种手段,以确保该系统的性能和尖端的特性保持不变在实验的过程中。如果弹簧常数之差不是太大(<= 15%),它们可以被平均化,由于弹簧常数确定的固有的不确定性也是15%左右。对于较大的差别,最好是先找到并与进一步的实验,然后再继续消除病因的改变表观弹簧常数。
- 记录无数力 - 距离曲线在每个实验条件。通常情况下,用于该实验的参数以下值:5千赫,1微米/秒的尖端速度的采样率,回缩距离为1微米。
6.数据准备
注:在其通常进行独立实验的具体类型的转换单位牛顿纳米以及以校正数据中描述了本节的一般数据准备步骤。实验的具体数据分析是BRiefly下面进一步描述,在各自的有代表性的例子一节。
- 通常情况下,进行所有数据准备和分析由家用写算法, 例如自动步骤,基于所述软件IGOR Pro 6的。
- 原始偏转信号(DEFL)[V]的转换成力通过与InvOLS [纳米/ V]和弹簧常数[NN / nm]的相乘。
- 抵消在这样一种方式,在从表面(空载悬臂)在足够的距离的悬臂上的力变为0 NN的力。
- 计算实际尖端位置z *,这需要在悬臂的弯曲计(测量时相对于表面也称为分离):
- 偏移Z *在于Z * = 0对应于表面的z轴位置的方式。
注意:在这里,F是作 用在前端,因此弯曲的力S中的悬臂(在步骤6.2确定的。)中,z是测量的z传感器位置(由仪器直接给出)和k表示弹簧常数(在步骤5.8确定)。
展示样品制备,数据采集和数据分析图2.工艺流程图。 请点击此处查看该图的放大版本。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
在下文中,其结果为上述实施例的分子,即该聚合物的聚(氨基酸)聚酪氨酸,接枝聚合物PI- 克 -PS和磷脂POPE,现介绍。首先对各实施例,实验的具体细节的数据采集和数据准备设置。然后,示例性结果实验,其中这些分子是从不同的表面上解吸(CH 3 -SAMs,氢封端的金刚石和脂质双层)被示出。的粘附力,粘合长度和自由能的测定进行了介绍。
实施例1:从自组装单层脱附聚酪氨酸的
聚酪氨酸的由疏水性的SAM中不同的解决方案与乙醇的变化的内容解吸测定。在各溶液悬臂InvOLS和弹簧常数和至少300的力-d作为描述测定分别记录每个解决方案istance痕迹。 1实验组的所有实验都用一个单一的悬臂上完成一个单一的一天,以确保同一个单一的聚(氨基酸)进行测定。悬臂的伸出/缩回速度为0.5μm/秒和停留时间的表面上为1秒。力距离痕迹显示恒力高原。每个高原装有一个S形曲线和高原力以及高原长度进行了测定,并绘制在直方图。直方图分别装有一个高斯,峰值以及标准偏差(误差)的分布萃取。直到力高原的最末端时,系统处于平衡状态,因此,高原下方的面积等于每个聚合物长度的自由能。只有该拆卸过程本身在高原的末端是在非平衡。正因为如此,对于典型的实验高原长度比equilibri较长微米长度(约30%)和S形下方的区域为适合的粘合自由能21的上部的估计。
聚酪氨酸对甲基-SAM在纯水中图3(A)组的距离跟踪(退回)(显示为红色)。只有一个单分子脱附作为所用的力的单一步骤下降到基线(零力)可以看出。的S形拟合显示为黑色和所提取的高原长度和高原力由箭头指示。为在纯水中并在水/乙醇混合物,用不同摩尔乙醇含量的测量所提取的高原力(B)的直方图。 (C)的高原长度相同实验组的直方图。 (D)峰值平台期长度与高峰高原的力量。“456 / 52456fig3large.jpg“目标=”_空白“>点击此处查看该图的放大版本。
图3A示出聚酪氨酸的纯水中测定的单力-距离曲线。高原部队和高原的长度被提取。如果只有一个分子上是从SAM解吸的尖端,高原长度直方图示出了窄和单峰分布(通常在实验中的长度直方图的高斯拟合的标准偏差大约是5-20纳米)。反之亦然,如果只有一个在高原长度直方图窄峰,1可以相对确保整个实验装置,用一个相同的聚合物进行。这样做的原因是,polytyrosines的大小(50至100 kDa)的高度polydispersive。因此,完全一样的长度的两个聚合物是高度不可能的。加入乙醇削弱聚酪氨酸和表面10,22之间的疏水相互作用导致较低的吸附自由能,因此,以较低的高原力作为所用的高原力直方图为图3B中所示的不同的溶剂条件可以看出。现在,它可以考察如何单聚酪氨酸的高原长度不同的吸附自由能的变化。如在图3C中可以看到与加入乙醇高原长度减小。在同一时间的高原力减小( 图3D)。
为了获得在解吸过程中的所有相关参数,即轮廓长度,库恩长度,吸附自由能和本征单体解吸速率,就必须结合上述测量结果与恒定的距离的试验。有关详情请参阅第21。
实施例2:由疏水性金刚石解吸接枝聚合物PI- 克 -PS的
在图4A中克 -PS在水中在室温下获得的氢化的金刚石4B典型力-距离曲线被示出。停留时间的表面上为1秒和悬臂的速度为1μm/秒。的恒定的力( 图4A)或破裂事件要么高原观察( 图4B)。为恒定力的高原,高原的高度,用一个S形拟合来确定,并且值被绘制在直方图( 图4C)。为了排除引起与表面(在图4B中的力-距离曲线的第一峰值)的前端的直接相互作用的非特异性粘附性峰,在 距表面一定距离的最大的力来确定。这些破裂事件所获得的值,然后绘制在直方图( 图4D)。用于进一步分析的直方图分别装有一个高斯和最大高度被选作为平均值数据点。用这种实验的侧链和其结构的存在的影响进行了研究14。
与接枝聚苯乙烯侧链的直链聚异戊二烯主链(PI- 克 -PS)执行图4.力-距离曲线回缩。任一恒定的力(A)或破裂事件(B)的高原被观察到。对于恒力高原,高原的高度决定了S形契合,并绘制在直方图(C),而对于破裂事件,最大破裂力决定(D)。 请点击此处查看本一个更大的版本数字。
例3:单PHO提取spholipid(POPE)从脂质双层
图5A示出了单分子提取处理的示意性表示。提取测量通过垂直接近朝向支持的脂质双层教皇官能AFM针尖执行(未示出)。一旦该尖端与POPC双层相接触,一个小的力(约100 PN)进行约4秒保持恒定的反馈回路。如果教皇分子在此停留时间插入到双层,它拉出或双层在从双层收回针尖“提取”。这导致特有的力 - 距离曲线。它们的形状基本上是由所述PEG连接体的拉伸弹性测定,可安装由蠕虫状链(WLC)模型23。超过50曲线A叠加示于图5B。真正的单分子事件可以由单峰力直方图( 图5C被识别翁>)。需要注意的是,为了进一步了解某些分子参数的大小( 例如,在双层脂质的平均寿命时间),就必须进行不同的力负荷率的测量。对于单脂质进一步分析萃取实验看24。
图5.(A)的示意图用于单个分子的从脂质双层的提取。需要注意的是所述脂质分子共价偶联到尖端。因此,许多百甚至上千力提取循环,可以进行与一个相同的分子。 (B)的50多个提取曲线叠加9。 (C)的直方图中的(B)所示的例子中的拔出力的分布。.JPG“目标=”_空白“>点击此处查看该图的放大版本。
步 | 目的 | 溶质 | 溶剂 | 典型的比例或浓度 |
硅烷化 | 创建于悬臂表面氨基 | APTES(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷( 例如,Vectabond™) | 干丙酮 | 1:50的(V / V) - 1:100(V / V) |
聚乙二醇化 | 提供悬臂表面具有氨基或硫醇反应性基团 | NHS-PEG-NHS和MAL-PEG-NHS | 干氯仿 | 0.25-25毫米 |
聚乙二醇化 | 钝化表面悬臂 | 甲基PEG-NHS | 干氯仿 | 25毫米 |
探针分子的结合 | 通过氨基或硫醇基团,以双官能的PEG耦合探针分子 | 探针分子(聚合物,脂质等 ) | 干氯仿或硼酸盐缓冲剂 | 0.1-10毫米 |
表1解所需的尖端官能化。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
在过去的几十年中,单分子实验提供了前所未有的见解的分子机制,竟然是在生命科学及以后的宝贵途径。以实现从SMFS实验,理想地1,并在同一分子用在实验的全过程良好的和有意义的统计数据。与此相反,以与分子的合奏实验,SMFS实验能够检测罕见事件和隐藏的分子状态。的单分子实验的另一个优点是,它们可以通过分子动力学模拟24,25手段进行建模。
上述悬臂功能化协议是此前公布的26程序修改后的版本- 28。激活和硅烷化后,将AFM悬臂官能用两种不同类型的聚乙二醇(PEG)分子(连接分子)的混合物。
N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)基团(或硫醇反应性马来酰亚胺基团)封端的,其中稍后探针分子偶联(“NHS-PEG”,“MAL-PEG”)。参见图1为尖端官能化的示意图。 PEG的目的有三个:第一,它钝化的前端面,因此,可以防止非特异性吸附。其次,使用某一甲基PEG / NHS-PEG比率允许尖端表面上调整的NHS-PEG浓度。第三,它分开从探针分子的末端,因此,允许对在分子表面相互作用的定量不脱离直接尖端表面相互作用的干扰。然后将探针分子共价偶联到通过NHS-PEG(或MAL-PEG)的前端。
该协议将确保在&#所有债券(*)8220;耦合链“ 小费* OH *硅烷* PEG *探针分子的共价键,因此非常强。这反过来又允许一个和相同的探针分子被测量在实验的整个持续时间。这在显示真正的单分子力谱代表结果部分上面已经举例说明。
可怎么核实,真正实现了单分子测量?对于单痕迹与恒力高原,一滴基线就足够了。如果有一个以上的聚合物被解吸的同时,该力降为零在几个离散的步骤,以各聚合物分离在不同的点。更困难的是决定它是否每次都相同的单分子。因此脱离长度分布进行评估。分布窄的单峰是一个很好的指示,一个和相同的单分子被探测在每个力 - 延伸跟踪。对于单一的痕迹与中断URE事件,所有的痕迹的叠加是决定是否(同一)的单分子测定的最佳方法。或者,每个轨迹可以被装配有(WLC)模型,然后在持续长度和断裂长度在限定的力既可以绘制。这两个参数的分布必须窄,单峰。
总之,对于种类繁多的单分子AFM提示的附件的准备过程已经呈现。原子力显微镜的小尖端(半径〜10纳米),其横向定位能力和它的力的灵敏度,使其以研究在几乎任何液体单分子对生物和非生物表面的粘附特性的理想工具。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials | |||
Hellmanex III alkaline liquid concentrate (detergent solution) | Hellma | ||
RCA (ultrapure water, hydrogen peroxide (35%), ammonia (32%); 5:1:1(v/v/v)) | Sigma | ||
Vectabond reagent / APTES (3-Aminopropyl)triethoxysilane | Vectorlabs | ||
Dry acetone (< 50 ppm H2O) | Sigma | ||
Dry chloroform (> 99.9%) | Sigma | ||
Triethylamine | Sigma | ||
Ultrapure water | Biochrom, Germany | ||
Di-sodium tetraborate (> 99.5%) | Biochrom, Germany | ||
Boric Acid | Biochrom, Germany | ||
Monofunctional α-methoxy-ω-NHS PEG, 5 kDa, “methyl-PEG-NHS” | Rapp, Germany | ||
Heterobifunctional α,ω-bis-NHS PEG, 6 kDa, “NHS-PEG-NHS” | Rapp, Germany | ||
Heterobifunctional α-maleimidohexanoic- ω-NHS PEG, 5 kDa, “Mal-PEG-NHS” | Rapp, Germany | ||
Probe molecule (polymer, lipid, etc.) | |||
Equipment | |||
Sufficient amount of glass crystallising dishes with spout (10 ml), glass Petri dishes (500 µl) and glass lids | VWR International GmbH, Germany |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Laboratory oven model UF30 | Memmert, Germany | ||
Temperature controlled sonicator | VWR International GmbH, Germany | ||
Plasma system "Femto", 100 W | Diener, Germany | ||
One separate glass syringe for each organic solvent | VWR International GmbH, Germany | ||
Vortex mixer | VWR International GmbH, Germany | ||
Microcentrifuge tubes (0.5 ml or 1.5 ml) | Eppendorf | ||
Pipettes: 10-100 µl, 50-200 µl and 100-1,000 µl | Eppendorf | ||
AFM with temperature controlled fluid cell (e.g. MFP-3D with BioHeater) | Asylulm Research, Santa Barbara | ||
Soft SiN cantilevers cantilever, typically made from silicon nitride (SiN) (spring constant less than 100 pN/nm, e.g. MLCT) | Bruker AXS, Santa Barbara |
References
- Scheuring, S., Sapra, K., Müller, D. Probing Single Membrane Proteins by Atomic Force Microscopy. Handbook of Single-Molecule Biophysics. , 449-485 (2009).
- Kodera, N., Yamamoto, D., Ishikawa, R., Ando, T. Video imaging of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy. Nature. 468 (7320), 72-76 (2010).
- Magonov, S. N. Atomic Force Microscopy in Analysis of Polymers. Encyclopedia of Analytical Chemistry. , (2006).
- Rief, M., Clausen-Schaumann, H., Gaub, H. E. Sequence-dependent mechanics of single DNA molecules. Nature Structural Biology. 6 (4), 346-349 (1999).
- Li, H., Linke, W. a, et al. Reverse engineering of the giant muscle protein titin. Nature. 418 (6901), 998-1002 (2002).
- Bustamante, C., Smith, S. B., Liphardt, J., Smith, D.
Single-molecule studies of DNA mechanics. Current opinion in structural biology. 10 (3), 279-285 (2000). - Zhang, W., Zhang, X.
Single molecule mechanochemistry of macromolecules. Progress in Polymer Science. 28 (8), 1271-1295 (2003). - Hugel, T., Rief, M., Seitz, M., Gaub, H., Netz, R. Highly Stretched Single Polymers: Atomic-Force-Microscope Experiments Versus Ab-Initio Theory. Physical Review Letters. 94 (4), 048301 (2005).
- Stetter, F. W. S., Cwiklik, L., Jungwirth, P., Hugel, T. Single Lipid Extraction - The Anchoring Strength of Cholesterol in Liquid Ordered and Liquid Disordered Phases. Biophysical journal. 107 (5), (2014).
- Pirzer, T., Hugel, T. Adsorption mechanism of polypeptides and their location at hydrophobic interfaces. Chemphyschem. 10 (16), 2795-2799 (2009).
- Butt, H. -J., Cappella, B., Kappl, M. Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications. Surface Science Reports. 59 (1-6), 1-152 (2005).
- Nash, M. A., Gaub, H. E. Single-Molecule Adhesion of a Copolymer to Gold. ACS NANO. 6 (12), 10735-10742 (2012).
- Hermanson, G. Bioconjugate Techniques. , Academic Press. New York. (1996).
- Kienle, S., et al. Effect of molecular architecture on single polymer adhesion. Langmuir the ACS journal of surfaces and colloids. 30 (15), 4351-4357 (2014).
- Folkers, J. P., Laibinis, P. E., Whitesides, G. M. Self-assembled monolayers of alkanethiols on gold: comparisons of monolayers containing mixtures of short- and long-chain constituents with methyl and hydroxymethyl terminal groups. Langmuir. 8 (5), 1330-1341 (1995).
- Dankerl, M., et al. Diamond Transistor Array for Extracellular Recording From Electrogenic Cells. Advanced Functional Materials. 19 (18), 2915-2923 (2009).
- Leonenko, Z. V., Carnini, A., Cramb, D. T. Supported planar bilayer formation by vesicle fusion: the interaction of phospholipid vesicles with surfaces and the effect of gramicidin on bilayer properties using atomic force microscopy. Biochimica et biophysica acta. 1509 (1-2), 131-147 (2000).
- Stetter, F. W. S., Hugel, T. The Nanomechanical Properties of Lipid Membranes are Significantly Influenced by the Presence of Ethanol. Biophysical Journal. 104 (5), 1049-1055 (2013).
- Putman, C. A. J., De Grooth, B. G., Hulst, N. F., Greve, J. A detailed analysis of the optical beam deflection technique for use in atomic force microscopy. Journal of Applied Physics. 72 (1), 6-12 (1992).
- Hutter, J. L., Bechhoefer, J.
Calibration of atomic-force microscope tips. Review of Scientific Instruments. 64 (7), 1868 (1993). - Krysiak, S., Liese, S., Netz, R. R., Hugel, T. Peptide desorption kinetics from single molecule force spectroscopy studies. Journal of the American Chemical Society. 136 (2), 688-697 (2014).
- Li, I. T. S., Walker, G. C. Interfacial free energy governs single polystyrene chain collapse in water and aqueous solutions. Journal of the American Chemical Society. 132 (18), 6530-6540 (2010).
- Dudko, O. K., Hummer, G., Szabo, A. Theory, analysis, and interpretation of single-molecule force spectroscopy experiments. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (41), 15755-15760 (2008).
- Stetter, F. W. S., Cwiklik, L., Jungwirth, P., Hugel, T. Single Lipid Extraction: The Anchoring Strength of Cholesterol in Liquid-Ordered and Liquid-Disordered Phases. Biophysical Journal. 107 (5), 1167-1175 (2014).
- Horinek, D., et al. Peptide adsorption on a hydrophobic surface results from an interplay of solvation, surface, and intrapeptide forces. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (8), 2842-2847 (2008).
- Ebner, A., et al. Functionalization of probe tips and supports for single-molecule recognition force microscopy. Topics in current chemistry. 285 (April), 29-76 (2008).
- Geisler, M., Balzer, B. N., Hugel, T. Polymer Adhesion at the Solid-Liquid Interface Probed by a Single-Molecule Force Sensor. Small. 5 (24), 2864-2869 (2009).
- Morfill, J., et al. Affinity-matured recombinant antibody fragments analyzed by single-molecule force spectroscopy. Biophysical journal. 93 (10), 3583-3590 (2007).