एक tunable nanopore के माध्यम से Nanoparticle translocation वेग के माध्यम से संभावित जीटा का निर्धारण: एक उदाहरण के रूप में डीएनए संशोधित कणों का उपयोग
Summary
यहाँ हम एक polyurethane ट्यून करने योग्य कण translocation वेग की माप, जो अलग-अलग नैनोकणों के जीटा क्षमता का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है के माध्यम से नैनोकणों सतह के रसायन शास्त्र को चिह्नित करने के लिए एक प्रतिरोधक पल्स संवेदन तकनीक में एकीकृत nanopore का उपयोग करें।
Abstract
Nanopore प्रौद्योगिकियों, सामूहिक रूप से प्रतिरोधक पल्स सेंसर (आर पी एस) के रूप में जाना जाता है, का पता लगाने के लिए चिह्नित यों और प्रोटीन, अणुओं और नैनोकणों के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है। ट्यून करने योग्य प्रतिरोधक पल्स संवेदन (टीआरपी) है कि एक tunable ताकना कि वास्तविक समय में बदला जा सकता है शामिल आर पी एस के लिए एक अपेक्षाकृत हाल ही रूपांतर है। यहाँ, हम डीएनए संशोधित नैनोकणों के translocation बार पर नजर रखने के लिए टीआरपी का उपयोग के रूप में वे डीएनए एकाग्रता और संरचना के एक समारोह के रूप में ट्यून करने योग्य ताकना झिल्ली पार (यानी, एकल असहाय डबल असहाय डीएनए के लिए)।
टीआरपी दो एजी / AgCl इलेक्ट्रोड, एक elastomeric ताकना झिल्ली है कि एक आवेदन बिजली क्षेत्र पर एक स्थिर आयनिक वर्तमान स्थापित करता है के द्वारा अलग पर आधारित है। विभिन्न ऑप्टिकल आधारित कण लक्षण प्रौद्योगिकियों के विपरीत, टीआरपी एक नमूना आबादी के बीच व्यक्तिगत कणों चिह्नित कर सकते हैं, बहुविध नमूने के लिए आसानी से विश्लेषण किया जा करने की इजाजत दी। यहाँ, हम जीटा संभावित माप का प्रदर्शननाम से जाना जाता मानकों के कण translocation वेग के माध्यम से और analyte translocation बार नमूने के लिए, इस प्रकार उन analytes की जीटा संभावित मापने में जिसके परिणामस्वरूप इन लागू होते हैं।
के रूप में अच्छी तरह से मतलब जीटा संभावित मूल्यों को प्राप्त करने के रूप में, नमूने सब एक कण-कण से-परिप्रेक्ष्य नमूना जनसंख्या वितरण के माध्यम से किसी नमूने के बारे में अधिक जानकारी के प्रदर्शन का उपयोग कर, उदाहरण के लिए मापा जाता है। इस तरह के, इस विधि दोनों चिकित्सा और पर्यावरण के क्षेत्र के लिए संवेदन अनुप्रयोगों के भीतर क्षमता को दर्शाता है।
Introduction
Functionalized नैनोकणों दोनों चिकित्सा और पर्यावरण के क्षेत्र में biosensors के रूप में तेजी से लोकप्रिय होते जा रहे हैं। क्षमता डीएनए के साथ एक nanoparticle की सतह के रसायन शास्त्र को बदलने के लिए, उदाहरण के लिए, लक्षित दवा वितरण प्रणाली 1 और निगरानी के डीएनए, प्रोटीन बातचीत 2-4 के लिए उपयोगी साबित हो रही है। एक तेजी से आम nanoparticle संपत्ति bioassays में उपयोग किया जा रहा है और चिकित्सा विज्ञान के वितरण में superparamagnetism 5 है। Superparamagnetic कणों (SPPs) की पहचान करने और जटिल मिश्रण से विशिष्ट analytes को दूर करने में बहुत उपयोगी होते हैं और एक भी चुंबक की सरल उपयोग के साथ ऐसा कर सकते हैं। एक बार, हटा analyte बाध्य कणों विशेषता है और प्रयोजन के लिए फिट का विश्लेषण किया जा सकता है।
पिछला का पता लगाने और नैनोकणों के लक्षण वर्णन के लिए इस्तेमाल किया तरीकों में इस तरह के गतिशील प्रकाश बिखरने (DLS) के रूप में ऑप्टिकल तकनीक, अन्यथा फोटॉन सहसंबंध स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में जाना भी शामिल है। एक उच्च यद्यपिजीएच throughput तकनीक, डीएलएस एक औसत के आधार तकनीक से किया जा रहा है और जब विशेषज्ञ सॉफ्टवेयर के अलावा बिना बहुविध नमूनों का विश्लेषण करने के लिए सीमित है, बड़े कणों एक अधिक प्रभावी संकेत उत्पादन, छोटे कणों को पूरी तरह अनदेखी की जाती 6.7 के कुछ छोड़ने होंगे। कण-से-कण लक्षण तकनीक इसलिए बहुत अधिक अनुकूल nanoparticle और क्रियाशील nanoparticle प्रणालियों का विश्लेषण करने के लिए कर रहे हैं।
आर पी एस प्रौद्योगिकी आधारित एक नमूना करने के लिए एक बिजली के क्षेत्र लागू करने और एक कृत्रिम या जैविक nanopore के माध्यम से कणों के परिवहन तंत्र की निगरानी के आसपास आधारित हैं। एक अपेक्षाकृत हाल ही में nanoparticle का पता लगाने और लक्षण वर्णन आर पी एस पर आधारित तकनीक ट्यून करने योग्य प्रतिरोधक पल्स संवेदन (टीआरपी) 8-16 है। टीआरपी एक दो इलेक्ट्रोड प्रणाली एक elastomeric, ट्यून करने योग्य ताकना झिल्ली से अलग है। एक tunable ताकना विधि उनकी ट्रांस के माध्यम से मापा जा आकार 17 और आकार की एक श्रृंखला के लिए अनुमति देता है analytesताकना के माध्यम से बंदरगाह तंत्र। Tunable pores पहले से छोटे कणों का पता लगाने (70-95 एनएम व्यास) इस तरह के संचरण इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (मंदिर) के रूप में 10 अन्य तकनीकों के लिए तुलनीय परिणामों के उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया गया है। जब एक बिजली के क्षेत्र लागू किया जाता है, एक ईओण वर्तमान में मनाया जाता है और कणों के रूप में / अणुओं ताकना के माध्यम से गुजरती हैं, वे अस्थायी रूप से ध्यान में लीन होना ब्लॉक, वर्तमान में एक कमी है कि एक 'नाकाबंदी घटना' के रूप में परिभाषित किया जा सकता हो सकता है। प्रत्येक नाकाबंदी घटना एक कण का प्रतिनिधि इतना है कि एक नमूना के भीतर प्रत्येक कण विशेषता व्यक्तिगत रूप से नाकाबंदी परिमाण, Δ के आधार पर किया जा सकता है 
और पूरी चौड़ाई आधा अधिकतम, FWHM, साथ ही अन्य नाकाबंदी गुण। व्यक्तिगत कणों का विश्लेषण के रूप में वे एक nanopore के माध्यम से पारित बहुविध नमूने के लिए फायदेमंद है टीआरपी सफलतापूर्वक और प्रभावी ढंग से एक सीमा के भेद के कण आमोन आकार कर सकते हैं के रूप मेंएक भी नमूना जीएसटी। ट्यून करने योग्य प्रतिरोधक पल्स संवेदन आकार 10, जीटा संभावित 12,18 और एकाग्रता 15 एक भी रन में एक साथ माप पूरा करता है और इसलिए अभी भी है, इसी तरह के नमूने अंतर कर सकते हैं नहीं तो उनकी सतह प्रभारी 19 से एक ही आकार; वैकल्पिक नौकरशाही का आकार घटाने की तकनीक पर एक फायदा।
जीटा संभावित कतरनी 20 के विमान पर इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षमता के रूप में परिभाषित किया गया है, और कण वेग से गणना की है, क्योंकि वे एक ताकना 19 पार। व्यक्तिगत कणों के जीटा संभावित माप इस प्रकार translocation तंत्र और समाधान में nanoparticle प्रणाली, आवेदनों की एक श्रृंखला के लिए nanoparticle परख डिजाइन के भविष्य के लिए बहुमूल्य जानकारी के व्यवहार में जानकारी देता है। कण-कण से-ऐसी प्रकृति का विश्लेषण भी, के लिए प्रसार और एक नमूना आबादी के बीच जीटा संभावित मूल्यों के वितरण का पता लगाया जा अनुमति देता है और अधिक जानकारी के लिए अनुमति देता हेn प्रतिक्रिया कैनेटीक्स (डबल असहाय डीएनए के लिए एकल असहाय उदाहरण के लिए) और कण stabilities समाधान में प्राप्त किया जा सके।
यहाँ, हम एक तकनीक है कि पता लगाता है और विशेषता दोनों असंशोधित और डीएनए संशोधित एसपीपी सतहों का वर्णन है। प्रोटोकॉल यहाँ बताया अकार्बनिक और जैविक नैनोकणों की एक श्रृंखला के लिए लागू है, लेकिन हम अनुप्रयोगों के अपने विस्तृत श्रृंखला के कारण प्रक्रिया डीएनए संशोधित सतहों का उपयोग कर प्रदर्शित करता है। तकनीक उपयोगकर्ता एक nanoparticle सतह पर एकल असहाय और डबल असहाय डीएनए लक्ष्यों के बीच भेद करने के लिए, एक ताकना प्रणाली के माध्यम से कण translocation वेग और इस तरह उनके जीटा क्षमता के आधार पर अनुमति देता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
जीटा संभावित लिए गणना Arjmandi एट अल। 21 से काम करने के लिए संबंधित एक अंशांकन आधारित पद्धति का इस्तेमाल किया। कणों के स्थानान्तरण के अवधि के रूप में वे पार एक nanopore लागू वोल्टेज के एक समारोह के रूप में…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों उनके समर्थन के लिए Izon विज्ञान लिमिटेड धन्यवाद। काम रिसर्च (PCIG11-ga-2012-321836 Nano4Bio) के लिए यूरोपीय आयोग द्वारा समर्थित किया गया।
Materials
| Phosphate buffered Saline (PBS) | Sigma Aldrich, UK | P4417 | 1 tablet dissolved in 200 mL deionised water to make buffer solution. |
| Tween-20 | Sigma Aldrich, UK | P1379 | 0.05% (v/v) in PBS buffer as a surfactant |
| Carboxyl polystyrene nanoparticles | Bangs Laboratories, US | CPC200 | Nominal diamter of 220 nm, raw concentration of 1E12 particles/mL, specific surface charge of 86 µeq/g (equivalent to a surface charge density of 3.2E19 C/nm^2. |
| Streptavidin coated nanoparticles | Ademtech, France | 3121 | Batch had binding capacity of 4352 pmol/mg (188 nM theoretical DNA binding capacity) at a raw concentration of 1.1E11 particles/mL. |
| Biotinylated oligonucleotides | Sigma Aldrich, UK | VC00001 | Supplier spec: Reverse Phase 1 purification (0.05 Scale); Biotin modification at 3' end; Lyophilised powders reconstituted to 100 µM using deionised water, and diluted as required. Sequences: CP 5'ATGGTTAAACCTCAC TACGCGTGGC[Btn]3' |
| Standard olignonucleotides | Sigma Aldrich, UK | VC00001 | Supplier spec: Reverse Phase 1 purification (0.05 Scale); Lyophilised powders reconstituted to 100 µM using deionised water, and diluted as required. Sequences of DNA targets: Fully complementary – 5'GCCACGCGTAGTGAGGTTTAACCAT3', Middle binding – 5'GTAGTGAGGT3', End binding – 5'GTTTAACCAT3', Partially complementary overhanging – 5'GTGAGGTTTAACCAT TTTTTTTTTTTTTTT3'. |
| Izon qNano | Izon Science, NZ | Inherent pressure on system of 47 Pa, | |
| Izon Variable Pressure Module (VPM) | Izon Science, NZ | Each 'cm' of pressure is equivalent to approximately 1000 Pa. | |
| Polyurethane nanopore membranes | Izon Science, NZ | NP150 | Analyte size range 60-480 nm, pore diameter of calculated to be 799 nm at a 45 mm stretch. |
| Magrack 6 | GE Healthcare, UK | 28-9489-64 | |
| Sonic Bath | Fisher Scientific, UK | 10692353 | 80 Watts |
| Vortexer | IKA, Germany | 0003365000 | |
| Rotary Wheel | Labnet International, US | H5500-230 V |
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