עבודה זו נתמכה על ידי גרנט ב- סיוע עבור מדענים צעירים (16K17956) ממשרד החינוך, התרבות, הספורט, המדע והטכנולוגיה של יפן, מרכז קיוטו Technoscience, וקרן Mitani למחקר ופיתוח.

1. מכשירים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכשיר קיטוב <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לבנות התקן קיטוב, מספק מקור אור עם מנורת הלוגן, מדריך אור, מקטבים, במה מדגם, מסילה אופטית, מוט עומד, ואת מצלמת רפלקס דיגיטלית עדשה אחת (ראה האיור 1C וחומרי רשימה עבור הקיטוב חלקי התקן). </li></ol></li></ol> 2. הכנת פתרון biopolymer <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתרונות פוליסכריד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממיסים sacran 7 (ז 0.5) במים טהורים (100 מ&quot;ל) על ידי ערבוב ב ~ 80 מעלות צלזיוס למשך יותר מ 12 שעות. במהלך הפירוק, לכסות את המכל בניילון נצמד כדי למנוע אידוי. הכן תמיסה מימית של קסנטן באותו אופן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצננים את הפתרונות ב ~ 25 ° C כדי להשיג 0.5 בתמיסות מימיות% WT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה הפתרון sacran כדי להסיר זיהומים (48,400 XG, 4 ° C, 1 h, 3 טיםes). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתרון MT <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון טובולין 0.5% WT (1 מ&quot;ל) ב חיץ בריטון-רובינסון (80 מ&quot;מ piperazine- N, N &#39;-bis (2-ethanesulfonic חומצה) (צינורות); 1 MM-bis אתילן גליקול (אתר β-aminoethyl) - N, N, N &#39;N&#39; חומצה -tetraacetic (EGTA); ו 5 מ&quot;מ MgCl 2, pH 6.8) על הקרח 8. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמשו 0.5% WT פתרון טובולין (50 μL) ו guanosine-5&#39; - [(α, β) -methyleno] אדנוזין (GpCpp) (5 μL) להכין פתרון טובולין GpCpp המכילים (50 μL). לדגור על 37 מעלות צלזיוס למשך 3 שעות כדי להשיג גרעין MT יציב. הערה: תפקידה של GpCpp היא לתמוך היווצרות MT וכדי לחלוטין לדכא את depolymerization של MT כדי טובולין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את פתרון טובולין 0.5% WT (950 μL) ופתרון טובולין GpCpp המכיל (50 μL) ב ~ 25 מעלות צלזיוס למשך 1 יום כדי להשיג פתרון MT 0.5% WT יציב. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתרון ה- DNA<ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן פתרון ה- DNA 0.5% WT (1 מ&quot;ל) בתמיסה טריס חיץ-EDTA (10 מ&quot;מ טריס, pH 8.0, עם 1 EDTA מ&quot;מ). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור הפתרונים המדגמים biopolymer 0.5% WT ב 25 מעלות צלזיוס למשך ניסוי הייבוש. </li></ol> 3. ניסויי ייבוש תצפית תחת אור מקוטב חוצה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתרונות בתא אחד בצד-פתוח (איור 1A) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים גיליון סיליקון (ראה רשימת חומרים) לתוך צורה מתאימה עם עובי של 1 מ&quot;מ (המימד הפנימי של 5-15 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ, ו ~ 20 מ&quot;מ; איור 1 א). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרכב תא אחד בצד-פתוח מורכב spacer סיליקון עם ממד פנימי של 5-15 מ&quot;מ, 1 מ&quot;מ, ו ~ 20 מ&quot;מ ושתי שקופיות זכוכית שאינן שונה (76 מ&quot;מ × 1 מ&quot;מ × 26 מ&quot;מ). תקן משני צידי התא עם קליפים כפולים מראש כדי לשמור הפתרון המדגם מ דולף החוצה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט לאט מוסיף כל אחד פתרון biopolymer 0.5% WT (100-300 μL) באמצעות ~ 1 מ&quot;מ נקבובי בגודל pipette טיפ לכל תא ב ~ 25 ° C. הסר בועות אוויר מהתאים באמצעות מחט מזרק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את התאים בתנור עם סירקולטור האוויר 60 מעלות צלזיוס בלחץ אטמוספרי עבור אידוי; בכיוון האידוי הוא הפוך מזה של הכבידה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצפיות תחת אור מקוטב צולבות (איור 1B-1C) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספק אור ישר לעין באמצעות מנורת הלוגן 100 ואט עם מקור אור שטוח משטח פני שטח נרחב (80 מ&quot;מ x 80 מ&quot;מ). התאם את המקטבים כדי 45 מעלות ו 135 מעלות באמצעות למחזיקים (איור 1C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן את העמדות של מקור האור, מקטבים, במה מדגמת, ואת המצלמה באמצעות רכבת אופטית ודוכני מוט (איור 1C). מניחים את הבמה מדגם בין שני מקטבים (המרחק בין מקטבים צריך להיות ~ 5 ס&quot;מ). מניחים את המצלמה ~ 20 ס&quot;מ מן הבמה מדגם לאפשר התמקדות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפעמים נתון, למקם את דגימות משלב 3.1.3 בין פולהrizers על מקבילי הבמה אל-מטוס XZ ולכסות את המכשיר עם וילון שחור; המכשיר בפועל מוצג באיור 1C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צלם את דגימות דרך מקטבים ליניארי חצה באמצעות מצלמת רפלקס דיגיטלית עדשה אחת עם עדשת זום סטנדרטית (ראה רשימת חומרים). שליטת גדרות המצלמה, כגון אורך מוקד, באמצעות תוכנת מחשב (ראה רשימת חומרים). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניתוח במרחב ובזמן של עוצמת האור המועבר (איור 1C) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להעריך את השינוי של פרמטר הסדר orientational בתהליך הייבוש, לאסוף תמונות לשעה עבור 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדדו את עוצמת האור המועבר לאורך האמצע לכיוון-Z כערך אפור באמצעות תוכנית לעיבוד תמונה (למשל, ImageJ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשרטט גרף של הערך האפור כפונקציה של המרחק מן הצד הפתוח העליון. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצפיות מיקרוסקופיות תחת תאורת צולבות מקוטבותt (איור 1D) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי לבדוק את השיטות, לבצע תצפיות מיקרוסקופיות עם מיקרוסקופ קיטוב מצויד במצלמת CCD 9. שמור צלחת פיגור מסדר ראשון בנתיב האור. לשלוט על תנאי על התמונות באמצעות תוכנת PC. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Flemming, H. -. C., Wingender, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biofilm+matrix.">The biofilm matrix.</a> Nat. Rev. Microbiology. 8 (9), 623-633 (2010).</li><li>Osada, Y., Kawamura, R., Sano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Hydrogels of cytoskeletal proteins. , (2016).</li><li>Rothemund, P. W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folding+DNA+to+create+nanoscale+shapes+and+patterns.">Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns.</a> Nature. 440, 297-302 (2006).</li><li>Okeyoshi, K., Okajima, M. K., Kaneko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Milliscale+self-integration+of+megamolecule+biopolymers+on+a+drying+gas-aqueous+liquid+crystalline+interface.">Milliscale self-integration of megamolecule biopolymers on a drying gas-aqueous liquid crystalline interface.</a> Biomacromolecules. 17 (6), 2096-2103 (2016).</li><li>De Gennes, P. G., Prost, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The physics of liquid crystals. , (1993).</li><li>De Gennes, P. G., Brochard-Wyart, F., Quere, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Capillarity and wetting phenomena: drops, bubbles, pearls, waves. , (2003).</li><li>Okajima, M. K., Kaneko, D., Mitsumata, T., Kaneko, T., Watanabe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyanobacteria+that+produce+megamolecules+with+efficient+self-orientations.">Cyanobacteria that produce megamolecules with efficient self-orientations.</a> Macromolecules. 42 (8), 3058-3062 (2009).</li><li>Okeyoshi, K., Kawamura, R., Yoshida, R., Osada, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-+and+photo-enhanced+microtubule+formation+from+Ru(bpy)32+-conjugated+tubulin.">Thermo- and photo-enhanced microtubule formation from Ru(bpy)32+-conjugated tubulin.</a> J. Mater. Chem. B. 2, 41-45 (2014).</li><li>Matsuo, E. S., Tanaka, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+discontinuous+volume-phase+transition+of+gels.">Kinetics of discontinuous volume-phase transition of gels.</a> J. Chem. Phys. 89, 1695-1703 (1988).</li><li>Okajima, K., Mishima, R., Amornwachirabodee, K., Mitsumata, T., Okeyoshi, K., Kaneko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anisotropic+swelling+in+hydrogels+formed+by+cooperatively+aligned+megamolecules.">Anisotropic swelling in hydrogels formed by cooperatively aligned megamolecules.</a> RSC Adv. 5, 86723-86729 (2015).</li><li>Joshi, G., Okeyoshi, K., Okajima, M. K., Kaneko, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directional+control+of+diffusion+and+swelling+in+megamolecular+polysaccharide+hydrogels.">Directional control of diffusion and swelling in megamolecular polysaccharide hydrogels.</a> Soft Matter. 12, 5515-5518 (2016).</li></ol>

החוקרים אין לחשוף.

זה היה לפעמים קשה למצלמה להתמקד המדגם בשל עוצמת האור המועבר להיות נמוכה מדי. במקרים כאלה, הצבת סרט פלסטיק שקוף המורחבת על הבמה עזרה לסדר את הפוקוס. המגבלה של הרזולוציה הנצפית הייתה תלויה עדשת המצלמה, ~ 10 מיקרומטר במקרה הזה. המגבלה הנצפית של עובי המדגם, Δy, הייתה תלויה בעוצמת האור המרבית של המנורה, ~ 10 מ&quot;מימ במקרה זה. היתרון של המכשיר שמוצג באיור 1B הוא שהיא מאפשרת צילומים-נוף צדדי של מדגם להילקח במהלך תהליך הייבוש. התצפית יכולה להתבצע ללא הסתמכות על המישור האופקי, אשר ממשמש מיקרוסקופים טיפוסיים. בכך שעמד בתא אחד בצד-פתוח במהלך הניסויים ייבוש, בכיוון אידוי מוסדר בכיוון ההפוך הכובד. ניטור מבט מהצד גם מאפשר חישוב של עכברוש ייבושe 4. בעתיד, על ידי צבת בקרי טמפרטורה ולחות על הבמה המדגמת של המכשיר, ניתן יהיה לעקוב אחר שינויים זמניים אוטומטית פרמטר הסדר orientational. יתר על כן, איזון ההתקנה כדי לפקח על השינוי במשקל יסייע להערכת הריכוז. שיטה זו יכולה לשמש גם כדי להבהיר את תהליך נפיחות אנאיזוטרופיות של פוליסכריד הידרוג&#39;ל 11, 12. לכן יהיה ניתן לבצע מעקב אחר השינויים המבניים של מפעילים רכים.

על ידי התמקדות במבנים קשיחים, בצורת מוט של biopolymers, חומרים רכים דינמי שימשו עבור יישומים שונים, כולל מטריצות ביופילם פוליסכריד 1, &quot;ג&#39;ל פעיל&quot; מורכבת של חלבונים cytoskeletal 2, ו &quot;אוריגמי DNA&quot; של הצורות הרצויות 3. כדי להבהיר את תכונות מבניות, רבים אסטרטגיות נחקרו, כגון מיקרוסקופ אלקטרונים חודרת, מיקרוסקופית אלקטרונים סורק, מיקרוסקופ כוח אטומי, מיקרוסקופ פלואורסצנטי confocal. עם זאת, בגלל שיטות אלו נעשים בעיקר במצב מיובש או סטטי, קשה להסביר את ההתנהגויות דינמיות קשקשים מקרוסקופית, כפי שניתן לראות במערכות חיים בפועל. לאחרונה, הבחנו בהצלחה את ההתנהגות הדינמית של biopolymers על ממשק האוויר-LC המימי באמצעות אור מקוטב 4. במהלך להדמיה של מבנה אוריינטציה תוך ייבוש biopolymerפתרון, השינויים הזמניים הצביעו עצמית אינטגרציה של biopolymers על ממשק האוויר-LC היציב. כאן, אנו מתארים פרוטוקול עבור הייבוש של פתרונות biopolymer LC בממשק האוויר-LC באמצעות מכשירים מקוטבים. בניגוד ניתוחים אחרים של שלב LC כי לא מחשיבים ייבוש 5, 6, דינמיקת LC במהלך תהליך הייבוש נחקרה כאן על ידי הערכת פרמטר הסדר orientational בתצוגה לרוחב של השלב הנוזל בתא אחד בצד-פתוח . השילוב של אידוי התא והשימוש במכשירים מקוטבים המותרים לניטור מקרוסקופית עם כיוון אידוי מבוקר. בנוסף, ניתן היה לאמת את הרשומות ייבוש על ידי התמקדות במבנים גבישיים של microdomains הספוחה, אשר הושפעו משקל מולקולרי, ריכוז, וכו &#39;כדי להדגים את היעילות של השיטה, הפרו ייבושוהיטלים של biopolymers הבסיסית עם צורות מוט קשיחות, כגון סוכרים, microtubules (MTS), ו- DNA, נחקרו. בחרנו biopolymers אלה כי הם דוגמאות אופייניות של מקרומולקולות היררכית עם משקולות megamolecular, וכן אינטראקציות מולקולאריים שלהם ולאפשר להם להקים מדינות LC.

<table><tbody><tr><td>sacran</td><td>Green Science Materials Inc., Japan</td><td></td><td>From Aphanothece sacrum.&lt;br/&gt; M&lt;sub&gt;w&lt;/sub&gt; = 1.9 &amp;times; 10&lt;sup&gt;7&lt;/sup&gt; g mol&lt;sup&gt;-1&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>xanthan gum</td><td>Taiyo Kagaku Co., Japan</td><td>Neosoft XC</td><td>From Xanthomonas campestris.&lt;br/&gt; M&lt;sub&gt;w&lt;/sub&gt; = 4.7 &amp;times; 10&lt;sup&gt;6&lt;/sup&gt; g mol&lt;sup&gt;-1&lt;/sup&gt;</td></tr><tr><td>tubulin</td><td>Cytoskeleton, Inc., USA</td><td>T240</td><td>From porcine brain.</td></tr><tr><td>GpCpp</td><td>Jena Bioscience, Germany</td><td>NU405L</td><td></td></tr><tr><td>piperazine-&lt;em&gt;N,N&amp;prime;&lt;/em&gt;-bis(2-ethanesulfonic acid)</td><td>Sigma-Aldrichi, Co. LLC.</td><td>P6757-500G</td><td>PIPES</td></tr><tr><td>ethylene glycol-bis(&amp;beta;-aminoethyl ether)-&lt;em&gt;N,N,N&#039;,N&#039;&lt;/em&gt;-tetraacetic acid</td><td>Dojindo Molecular Technologies, Inc.</td><td>342-01314</td><td>EGTA</td></tr><tr><td>MgCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;-6H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>135-15055</td><td></td></tr><tr><td>KOH</td><td>Wako Pure Chemical Industries, Ltd.</td><td>162-21813</td><td>pellet</td></tr><tr><td>DNA</td><td>Sigma-Aldrich, Co. LLC.</td><td>D1626</td><td>From salmon testes.&lt;br/&gt;Mw = 1.3 &amp;times; 10&lt;sup&gt;6&lt;/sup&gt; Da (~2,000 bp)</td></tr><tr><td>Tris-EDTA buffer solution</td><td>Sigma-Aldrich, Co. LLC.</td><td>T9285-100ML</td><td>10 mM Tris, pH 8.0, with 1 mM EDTA</td></tr><tr><td>slide glass</td><td>Matsunami Glass Ind., Ltd., Japan</td><td>S1111</td><td></td></tr><tr><td>silicon rubber sheet</td><td>Asone Co.</td><td>6-611-32</td><td>Thickness: 1 mm</td></tr><tr><td>centrifuge</td><td>Beckman-Coulter, Inc., USA</td><td>Avanti J-25</td><td>equipped with a JA-20 rotor</td></tr><tr><td>light source</td><td>Sumita Optical Glass, Inc., Japan</td><td>LS-LHA</td><td></td></tr><tr><td>light guide</td><td>Sumita Optical Glass, Inc., Japan</td><td>GF7.2-1-L1500R-M80 (AAAR-015M)</td><td>80 mm &amp;times; 80 mm</td></tr><tr><td>halogen lamp</td><td>Ushio Inc., Japan</td><td>JCR 15V150WBN</td><td></td></tr><tr><td>holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>KMH-80</td><td></td></tr><tr><td>sample stage</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>TARW-25503L</td><td></td></tr><tr><td>sample holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>SHA-25RO</td><td></td></tr><tr><td>rod</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>ROU-12-40</td><td></td></tr><tr><td>posts holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>RS-6-40</td><td></td></tr><tr><td>posts holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>RS-12-60</td><td></td></tr><tr><td>posts holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>RS-12-80</td><td></td></tr><tr><td>posts holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>RS-12-130</td><td></td></tr><tr><td>carrier</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>CAA-25LS</td><td></td></tr><tr><td>camera holder</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>CMH-2</td><td></td></tr><tr><td>medium optical rail</td><td>Sigmakoki, Co.,Ltd.</td><td>OBA-500SH</td><td></td></tr><tr><td>lenstube</td><td>Tomytech, BORG</td><td>lenstube BK</td><td>80&amp;phi;, L25 mm&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>lenstube</td><td>Tomytech, BORG</td><td>lenstube BK</td><td>80&amp;phi;, L50 mm&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>multiband</td><td>Tomytech, BORG</td><td></td><td>80&amp;phi;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>V plate</td><td>Tomytech, BORG</td><td>V plate 60S</td><td></td></tr><tr><td>plate holder</td><td>Viexen, Co.,Ltd.</td><td>plate holder SX</td><td></td></tr><tr><td>EOS Kiss X7i&amp;nbsp;</td><td>Canon Inc., Japan</td><td>8594B001</td><td>with a standard zoom lens,&amp;nbsp; EFP 18-55 mm</td></tr><tr><td>photographic software</td><td>Canon Inc., Japan</td><td>EOS Utility</td><td></td></tr><tr><td>PC</td><td>Microsoft</td><td>Surface</td><td></td></tr><tr><td>polarization microscope</td><td>Olympus</td><td>BX51</td><td></td></tr><tr><td>first order retardation plate</td><td>Olympus</td><td>U-TP530</td><td>&amp;lambda; = 530 nm</td></tr><tr><td>CCD camera</td><td>Olympus</td><td>DP80</td><td></td></tr><tr><td>photographic software</td><td>Olympus</td><td>cellSens Standard</td><td></td></tr><tr><td>Java-based image processing program</td><td>the National Institutes of Health</td><td>ImageJ</td><td></td></tr></tbody></table>

methods for the self-integration of megamolecular biopolymers on the drying air-lc interface

יצורי חיים העושים שימוש במים הם תמיד נוטים ייבוש בסביבה. פעילותם מונעים על ידי מיקרו-מבוסס biopolymer ו-מבנים מאקרו, כפי שניתן לראות במקרים של העברת מים בחבילות כלי הדם לחות מים בשכבות העור. במחקר זה, פיתחנו שיטה להערכת ההשפעה של תמיסות מימיות נוזל גבישי (LC) מורכב biopolymers על ייבוש. כפי biopolymers LC יש משקל megamolecular, בחרנו ללמוד סוכרים, חלבונים cytoskeletal, ו- DNA. תצפית של פתרונות biopolymer במהלך ייבוש תחת אור מקוטב חושף-אינטגרציה עצמית milliscale החל מממשק אוויר-LC יציב. הדינמיקה של פתרונות biopolymer LC המימיים ניתן לנטר באמצעות אידוי מים מתא אחד בצד-פתוח. באמצעות ניתוח התמונות שצולמו באמצעות אור המקוטב צולב, אפשר לזהות את השינויים במרחב ובזמן בפרמטר הסדר orientational. זֶההשיטה יכולה להיות שימושית עבור אפיון לא רק חומרים מלאכותיים בתחומים שונים, אלא גם ברקמות מחייתם הטבעית. אנו מאמינים כי זה ישמש אמצעי הערכה לחומרים רכים בתחומי ביו וסביבתיים.

<html> באמצעות המכשיר כפי שמוצג באיור 1, את השילוב בין העצמי microdomain כדי macrodomain על ייבוש האוויר-LC ממשק הוערך (איור 2 א). כפי ההפגנה הראשונה של הניסוי ייבוש, שני סוגים של סוכרים megamolecular, sacran (M w = 1.9 x 10 7 גרם mol -1) ו קסנטן (4.7 x 10 6 גרם mol -1), הושוו. איור 2B מראה תמונות של פתרונות בתא תחת אור מקוטב צולבות. לפני הייבוש, ניתן היה לצפות בכמה אזורים בהירים עם אור המועבר במצב מפוזר בשני הפתרונים. לאחר הייבוש ב 60 מעלות צלזיוס למשך 6 שעות, באזור שמתחת הממשק-LC אוויר פתרון sacran הפך גבוה משמעותי. משמעות הדבר היא כי תחומים יצרו מבנה אוריינטציה macroscopically בממשק, בדומה היווצרות שכבת העור בתהליך ג&#39;ל-מתכווץ&quot;Xref&quot;&gt; 10. מצד השני, את עוצמת פתרון קסאנטן ירד באופן דרסטי כאשר הטמפרטורה הוגדלה רק מ 25 ° C עד 60 ° C, ו macrodomains הקטן כמה נצפה מתחת לממשק. הסיבה לכך היא הניידות של microdomain קסאנטן היא הרבה יותר רגיש לטמפרטורה מזו של microdomain sacran. ההבדלים הקריטיים של האוריינטציה על ממשק ובכך אותרו על ידי שימוש במכשיר הקיטוב. איור 2C ו סרט S1 להראות את התוצאות של ניתוח במרחב ובזמן לתהליך הייבוש בפתרון sacran. עוצמת אור המשודרת מציינת את פרמטר הסדר orientational של microdomain. עוצמת השיא סביב הממשק הנוזל-אוויר מוגבר משמעותית, ואת העובי גדל ~ 2 מ&quot;מ. תוצאות אלו מצביעות בבירור כי microdomains להתחיל אוריינט הממשק-LC האווירd לגדול לתוך מקבילים תחום milliscale לממשק. מנקודת תצפית זו תחת אור מקוטב, ולכן אפשר לדמיין את התנועות הנוזלות בתהליך הייבוש. ההבדלים בין מסטיק sacran ו קסאנטן מבחינת גודל macrodomain וכיוון הנטייה גם אושרו על ידי מיקרוסקופ הקיטוב עם צלחת פיגור מסדר ראשון (איור 2 ד). השלב נוזל sacran הראה באזור כחול אחד, כלומר macrodomain יחיד נוצר על הממשק. לעומת זאת, בשלב נוזל קסנטן הראה אזורים כחולים, צהובים, ורודים, כלומר macrodomains המרובה נוצר עם נטיות שרירותיות. שיטה זו גם שנחקרה להשוואת שלושה סוגים של biopolymers הנוקשה הבסיסי עם משקולות megamolecular - הסוכרים (sacran: M w = 1.9 x 10 7 גרם mol -1, microdomain<html> אורך&gt; 20 מיקרומטר), MTS (M w = 10 9 -10 10 גרם mol -1, אורך microdomain&gt; 10 מיקרומטר), ו- DNA (M w = 1.3 x 10 6 גרם mol -1, אורך microdomain &lt;1 מיקרומטר) - בסביבה פיזיולוגית ב- C ° 37. לפני הייבוש כפי שמוצג באיור 3 ב, פתרון sacran ופתרון MT הראו מדינות LC דומות, עם תחומים מפוזרים באזור כולו. במהלך תהליך הייבוש, הדומיינים פתרון MT גם עברו-אינטגרציה עצמית מממשק האוויר-LC, ואת התחומים המפוזרים שולבו לתוך macrodomain יחיד. מצד השני, את פתרון ה- DNA הראה שום זיקה מפורשת בשלב הנוזלי. במקרה של פתרון MT ופתרון DNA המוכן עם מאגרים, חשוב לציין כי שילוב מושפע משינויי ריכוז מלח, pH, וכוח יוני במהלך הייבוש. גיל = &quot;1&quot;&gt; כדי להבהיר את פרמטר הסדר orientational ואת הכיוונים של סרטי פולימר הספוחה, הרשומות הייבוש גם נצפו על ידי מיקרוסקופ קיטוב עם צלחת פיגור מסדר ראשון (איור 3 ג). תיעוד ייבוש sacran הציג בעוצמות שבירות כפולות משמעותיות בגלל היווצרות macrodomain היחידה milliscale. למען פרוטוקול ייבוש MT, צפינו חבילות גל איפה הציר הארוך היה מקביל לציר ה- X. לעומת זאת, שיא הייבוש של פתרון ה- DNA הראה macrodomains דגנים בצורה &lt;5 מיקרומטר בקוטר בכיוונים שרירותיים. בעקבות תצפיות אלה, ברור כי גודל macrodomain מושפע אורך microdomains דמוי המוט. זה היה אפשרי ולכן כדי להעריך את הכיוון כיוונית של microdomains biopolymer ידי ההתבוננות רשומת הייבוש באמצעות מיקרוסקופ קיטוב. לסיכום, שיטות באמצעות אור מקוטב שימשועבור האינטגרציה העצמית של biopolymers megamolecular על ממשק האוויר-LC ייבוש. הדינמיקה של פתרונות LC המימיים נוטרה על ידי אידוי מים מתא אחד בצד-פתוח. באמצעות ניתוח התמונות שצולמו באמצעות אור המקוטב צולב, ניתן היה לזהות את השינויים במרחב ובזמן ופרמטר מנת orientational. בהתחשב בכך את תהליך הייבוש הפגין דומה תהליכים טבעיים, בשיטה זו תהיה שימושית עבור האפיון לא רק חומרים מלאכותיים בתחומים שונים, אלא גם של רקמות מחייתם טבעיות. אנו מאמינים כי זו יכולה לספק שיטת הערכה לחומרים רכים בתחומי ביו וסביבתיים. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig1.jpg" /> איור 1: ייבוש ניסוי. (א) איור סכמטי של פתרונות בתא אחד בצד-פתוח. (ב)איור סכמטי של מתקן הניסוי בשימוש לתצפיות תחת אור המקוטב צולב. המקטבים הותאמו בדרך כלל 45 מעלות ו 135 מעלות. (ג) המכשיר בפועל. דמות זו שונתה ההתייחסות 6. זכויות יוצרים: האגודה האמריקנית לכימיה, 2016. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/55274fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig2.jpg" /> איור 2: תהליך ייבוש של תמיסות מימיות של סוכרים sacran ו קסנטן. (א) איור סכמטי של אינטגרציה עצמית על ממשק ייבוש אוויר-LC. (ב) נוף צד שני סוגים של פתרונות פוליסכריד על המדינות הראשוניות שלהם ואחרי6 שעות של ייבוש ב 60 מעלות צלזיוס מתחת אור חוצה מקוטב. ריכוזי הפולימר הראשוניים היו 0.5% WT. (ג) המועברות במגע עוצמת אור באמצעות Nicols חצה על קו בכיוון-Z עבור כל תמונה שצולמה בזמן נתון. (ד) תמונות מיקרוסקופיות הקיטוב של פתרונות פולימר בתא לאחר 6 שעות של ייבוש ב 60 מעלות צלזיוס. חיצים אדומים: macrodomains על הממשק. דמות זו שונתה ההתייחסות 6. זכויות יוצרים: האגודה האמריקנית לכימיה, 2016. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/55274fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig3.jpg" /> איור 3: תהליך ייבוש של תמיסות מימיות biopolymer ואת רשומות הייבוש. (א) מקורות של polysaccharides (כחוליות), MTS (המוח חזירי), ו- DNA (אשכים סלמון). (ב) נוף צדדי sacran, MT, ופתרונות ה- DNA במהלך הייבוש ב 37 מעלות צלזיוס מתחת אור חוצה מקוטב. ריכוזי הפולימר הראשוניים היו 0.5% WT. (ג) תמונות מיקרוסקופיות של סרטים פולימר יבשים על מצע זכוכית באמצעות הוראה שניתנת של Nicols חצו. כל ברי הסולם הם 50 מיקרומטר. דמות זו שונתה ההתייחסות 6. זכויות יוצרים: האגודה האמריקנית לכימיה, 2016. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/55274fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="S1 סרט" src="/files/ftp_upload/55274/55274vid1.jpg" /> סרט S1: ייבוש תהליך של פתרון sacran במהלך ייבוש ב 60 מעלות צלזיוס, ציין באמצעותNicols חצה. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/Movie_S1-3fps.avi" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הסרט הזה.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface at JoVE.com

Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

שיטה לשילוב עצמי מושרה-הייבוש של biopolymers megamolecular על ממשק הגבישים-נוזלי אוויר מסופקת כאן. מתודולוגיה זו תהיה שימושית לא רק להבנת הפוטנציאלים מקרוסקופית של biopolymers, אלא גם כשיטת הערכה לחומרים רכים בתחומי ביו וסביבתיים.

שיטות העצמי הוא השילוב של Biopolymers Megamolecular על ממשק האוויר-LC הייבוש

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

methods-for-self-integration-megamolecular-biopolymers-on-drying-air

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.0K Views.  Japan Advanced Institute of Science and Technology.  שיטה לשילוב עצמי מושרה-הייבוש של biopolymers megamolecular על ממשק הגבישים-נוזלי אוויר מסופקת כאן. מתודולוגיה זו תהיה שימושית לא רק להבנת הפוטנציאלים מקרוסקופית של biopolymers, אלא גם כשיטת הערכה לחומרים רכים בתחומי ביו וסביבתיים. 

Video: Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this unique property, Janus microparticles have been recognized as a new class of materials, thereby attracting a great deal of attention from various research fields. The versatility of these microparticles has been exemplified through their uses as building blocks for self-assembly, electrically responsive actuators, emulsifiers for painting and cosmetics, and carriers for drug delivery. This study introduces a detailed protocol that explicitly describes a synthetic method for designing novel Janus microhydrogels composed of a single base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm). Janus microdroplets are firstly generated via a hydrodynamic focusing microfluidic device (HFMD) based on the separation of a supersaturated aqueous NIPAAm monomer solution and subsequently polymerized through exposure to UV irradiation. The resulting Janus microhydrogels were found to be entirely composed of the same base material, featured an easily identifiable compartmentalized morphology, and exhibited anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability. We believe that the proposed method introduces a novel hydrogel platform with the potential for advanced synthesis of multi-functional Janus microhydrogels.

Synthesis of PolyN-isopropylacrylamide Janus Microhydrogels for Anisotropic Thermo-responsiveness and Organophilic/Hydrophilic Loading Capability

We present a protocol to synthesize Janus microhydrogels composed entirely of the same base material, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), with a clearly compartmentalized structure base on the phase separation of a supersaturated NIPAAm monomer solution. The synthesized Janus microhydrogels show unique properties such as anisotropic thermo-responsiveness and organophilic/hydrophilic loading capability.

סינתזה של פולי (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) יאנוס Microhydrogels בשל חוסר תגובה Thermo אניזוטרופי ו Organophilic / טוען הידרופיליות יכולת

Janus microparticles are compartmentalized particles with differing molecular structures and/or functionality on each of their two sides. Because of this ...

Chemistry

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve desired molecular orientation states in LC displays, the "static" surface property of LCs, so-called surface anchoring, has been intensively studied. As a rule of thumb, once the initial orientation of LCs is "locked" by specific surface treatments, such as rubbing or treatment with a specific alignment layer, it hardly changes with temperature. Here, we present a system exhibiting an orientational transition upon temperature variation, which conflicts with the consensus. Right on the transition, the bulk LC molecules experience the orientational rotation, with 90&#176; between the planar (P) orientation at high temperatures and the vertical (V) orientation at low temperatures in the first-order transitional manner. We have tracked thermodynamic surface anchoring behavior by means of polarizing optical microscopy (POM), dielectric spectroscopy (DS), high-resolution differential scanning calorimetry (HR-DSC), and grazing incidence X-ray diffraction (GI-XRD) and reached a plausible physical explanation: that the transition is triggered by a growth of surface wetting sheets, which impose the V orientation locally against the P orientation in the bulk. This landscape would provide a general link explaining how the equilibrium bulk orientation is affected by surface-localized orientation in many LC systems. In our characterization, POM and DS are advantageous by offering information on the spatial distribution of the orientation of LC molecules. HR-DSC gives information about the precise thermodynamic information on transitions, which cannot be addressed by conventional DSC instruments due to limited resolution. GI-XRD provides information on surface-specific molecular orientation and short-range orderings. The goal of this paper is to present a protocol for preparing a sample that exhibits the transition and to demonstrate how the thermodynamic structural variation, both in the bulk and on surfaces, can be analyzed through the abovementioned methods.

Here, we present a protocol to trigger an orientational transition of a liquid crystal in response to temperature. Methodologies are described for preparing a sample in order to observe the transition and the detailed transitional evolution.

מעבר אוריינטלי בקריסטל נוזלי המופעל על ידי הצמיחה התרמודינמית של גליונות הרטבה אינטרפסיאליים

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Engineering

Interfacial Molecular-level Structures of Polymers and Biomacromolecules Revealed via Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy

As a second-order nonlinear optical spectroscopy, sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy has widely been used in investigating various surfaces and interfaces. This non-invasive optical technique can provide the local molecular-level information with monolayer or submonolayer sensitivity. We here are providing experimental methodology on how to selectively detect the buried interface for both macromolecules and biomacromolecules. With this in mind, interfacial secondary structures of silk fibroin and water structures around model short-chain oligonucleotide duplex are discussed. The former shows a chain-chain overlap or spatial confinement effect and the latter shows a protection function against the Ca2+ ions resulting from the chiral spine superstructure of water.

Being comprehensively utilized, sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy can help to reveal chain conformational order and secondary structural change happening at polymer and biomacromolecule interfaces.

מבנים ברמת הפנים המולקולריים של פולימרים וBiomacromolecules מתגלים דרך תדר סיכום הדור ספקטרוסקופיה ויברtional

As a second-order nonlinear optical spectroscopy, sum frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy has widely been used in investigating various ...

Biochemistry

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

הכנה של גביש נוזלי רשתות מאקרוסקופית תנועה מתנדנדות המושרה על ידי אור

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

Microfluidic Preparation of Liquid Crystalline Elastomer Actuators

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation usually consists in the formation of droplets containing low molar mass liquid crystals at elevated temperatures. Subsequently, these particle precursors are oriented in the flow field of the capillary and solidified by a crosslinking polymerization, which produces the final actuating particles. The optimization of the process is necessary to obtain the actuating particles and the proper variation of the process parameters (temperature and flow rate) and allows variations of size and shape (from oblate to strongly prolate morphologies) as well as the magnitude of actuation. In addition, it is possible to vary the type of actuation from elongation to contraction depending on the director profile induced to the droplets during the flow in the capillary, which again depends on the microfluidic process and its parameters. Furthermore, particles of more complex shapes, like core-shell structures or Janus particles, can be prepared by adjusting the setup. By the variation of the chemical structure and the mode of crosslinking (solidification) of the liquid crystalline elastomer, it is also possible to prepare actuating particles triggered by heat or UV-vis irradiation.

This article describes the microfluidic process and parameters to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. This process allows the preparation of actuating particles and the variation of their size and shape (from oblate to strongly prolate, core-shell, and Janus morphologies) as well as the magnitude of actuation.

Microfluidic הכנת Elastomer גבישי נוזלי מפעילים

This paper focuses on the microfluidic process (and its parameters) to prepare actuating particles from liquid crystalline elastomers. The preparation ...

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and as soft robots. Here, we demonstrate the preparation of shape-responsive liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites along with characterization of their shape-responsiveness, mechanical properties, and microstructure. Two types of LCEs &#8212; polysiloxane-based and epoxy-based &#8212; are synthesized, aligned, and characterized. Polysiloxane-based LCEs are prepared through two crosslinking steps, the second under an applied load, resulting in monodomain LCEs. Polysiloxane LCE nanocomposites are prepared through the addition of conductive carbon black nanoparticles, both throughout the bulk of the LCE and to the LCE surface. Epoxy-based LCEs are prepared through a reversible esterification reaction. Epoxy-based LCEs are aligned through the application of a uniaxial load at elevated (160 &#176;C) temperatures. Aligned LCEs and LCE nanocomposites are characterized with respect to reversible strain, mechanical stiffness, and liquid crystal ordering using a combination of imaging, two-dimensional X-ray diffraction measurements, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis. LCEs and LCE nanocomposites can be stimulated with heat and/or electrical potential to controllably generate strains in cell culture media, and we demonstrate the application of LCEs as shape-responsive substrates for cell culture using a custom-made apparatus.

We demonstrate the preparation of siloxane-based and epoxy-based liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites. The LCEs are characterized with respect to reversible strain, liquid crystal ordering, and stiffness. As a potential application, we demonstrate their use as shape-responsive substrates in a custom device for active cell culture.

הכנת Monodomain Liquid Crystal אלסטומרים גביש נוזלי Nanocomposites אלסטומר

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and ...

Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for biosensor applications. However, conventional BLM formation techniques have several drawbacks and they often require specific expertise and laborious processes. In particular, conventional BLMs suffer from low formation success rates and inconsistent membrane formation time. Here, we demonstrate a storable and transportable BLM formation system with controlled thinning-out time and enhanced BLM formation rate by replacing conventionally used films (polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, polystyrene) to polydimethylsiloxane (PDMS). In this experiment, a porous-structured polymer such as PDMS thin film is used. In addition, as opposed to conventionally used solvents with low viscosity, the use of squalene permitted a controlled thinning-out time via slow solvent absorption by PDMS, prolonging membrane lifetime. In addition, by using a mixture of squalene and hexadecane, the freezing point of the lipid solution was increased (~16 &#176;C), in addition, membrane precursors were produced that can be indefinitely stored and readily transported. These membrane precursors have reduced BLM formation time of &#60; 1 hr and achieved a BLM formation rate of ~80%. Moreover, ion channel experiments with gramicidin A demonstrated the feasibility of the membrane system.

We demonstrate a storable, transportable lipid bilayer formation system. A lipid bilayer membrane can be formed within 1 hr with over 80% success rate when a frozen membrane precursor is brought to ambient temperature. This system will reduce laborious processes and expertise associated with ion channels.

גיבוש ליפידים אוטומטי bilayer ממברנה באמצעות סרט polydimethylsiloxane רזה

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for ...

Self-Assembly of Hybrid Lipid Membranes Doped with Hydrophobic Organic Molecules at the Water/Air Interface

Because of their unique properties, including an ultrathin thickness (3-4 nm), ultrahigh resistivity, fluidity and self-assembly ability, lipid bilayers can be readily functionalized and have been used in various applications such as bio-sensors and bio-devices. In this study, we introduced a planar organic molecule: copper (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine (CuPc) to dope lipid membranes. The CuPc/lipid hybrid membrane forms at the water/air interface by self-assembly. In this membrane, the hydrophobic CuPc molecules are located between the hydrophobic tails of lipid molecules, forming a lipid/CuPc/lipid sandwich structure. Interestingly, an air-stable hybrid lipid bilayer can be readily formed by transferring the hybrid membrane onto a Si substrate. We report a straightforward method for incorporating nanomaterials into a lipid bilayer system, which represents a new methodology for the fabrication of biosensors and biodevices.

We report a protocol for producing a hybrid lipid membrane at the water/air interface by doping the lipid bilayer with copper (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine (CuPc) molecules. The resulting hybrid lipid membrane has a lipid/CuPc/lipid sandwich structure. This protocol can also be applied to the formation of other functional nanomaterials.

הרכבה עצמית של קרום שומנים היברידי מסוממים עם מולקולות אורגניות הידרופוביות בממשק מים/אוויר

Because of their unique properties, including an ultrathin thickness (3-4 nm), ultrahigh resistivity, fluidity and self-assembly ability, lipid bilayers ...

Crystallization of Proteins on Chip by Microdialysis for In Situ X-ray Diffraction Studies

This protocol describes the manufacturing of reproducible and inexpensive microfluidic devices covering the whole pipeline for crystallizing proteins on-chip with the dialysis method and allowing in situ single-crystal or serial crystallography experiments at room temperature. The protocol details the fabrication process of the microchips, the manipulation of the on-chip crystallization experiments and the treatment of the in situ collected X-ray diffraction data for the structural elucidation of the protein sample. The main feature of this microfabrication procedure lies on the integration of a commercially available, semipermeable regenerated cellulose dialysis membrane in between two layers of the chip. The molecular weight cut-off of the embedded membrane varies depending on the molecular weight of the macromolecule and the precipitants. The device exploits the advantages of microfluidic technology, such as the use of minute volumes of samples (&#60;1 &#181;L) and fine tuning over transport phenomena. The chip coupled them with the dialysis method, providing precise and reversible control over the crystallization process and can be used for investigating phase diagrams of proteins at the microliter scale. The device is patterned using a photocurable thiolene-based resin with soft imprint lithography on an optically transparent polymeric substrate. Moreover, the background scattering of the materials composing the microchips and generating background noise was evaluated rendering the chip compatible for in situ X-ray diffraction experiments. Once protein crystals are grown on-chip up to an adequate size and population uniformity, the microchips can be directly mounted in front of the X-ray beam with the aid of a 3D printed holder. This approach addresses the challenges rising from the use of cryoprotectants and manual harvesting in conventional protein crystallography experiments through an easy and inexpensive manner. Complete X-ray diffraction data sets from multiple, isomorphous lysozyme crystals grown on-chip were collected at room temperature for structure determination.

Crystallization of Proteins on Chip by Microdialysis for In Situ X-ray Diffraction Studies

This paper details the fabrication protocol of microfluidic chips developed for on-chip protein crystallization with the dialysis method and in situ X-ray diffraction experiments. The microfabrication process makes it possible to integrate a semipermeable regenerated cellulose dialysis membrane with any molecular weight cut-off, between two layers of the chip.

התגבשות חלבונים על שבב על ידי מיקרודיאליזה עבור In Situ רנטגן עקיפה מחקרים

This protocol describes the manufacturing of reproducible and inexpensive microfluidic devices covering the whole pipeline for crystallizing proteins ...

Crystallization of Membrane Proteins in Lipidic Mesophases

Membrane proteins perform critical functions in living cells related to signal transduction, transport and energy transformations, and, as such, are implicated in a multitude of malfunctions and diseases. However, a structural and functional understanding of membrane proteins is strongly lagging behind that of their soluble partners, mainly, due to difficulties associated with their solubilization and generation of diffraction quality crystals. Crystallization in lipidic mesophases (also known as in meso or LCP crystallization) is a promising technique which was successfully applied to obtain high resolution structures of microbial rhodopsins, photosynthetic proteins, outer membrane beta barrels and G protein-coupled receptors. In meso crystallization takes advantage of a native-like membrane environment and typically produces crystals with lower solvent content and better ordering as compared to traditional crystallization from detergent solutions. The method is not difficult, but requires an understanding of lipid phase behavior and practice in handling viscous mesophase materials. Here we demonstrate a simple and efficient way of making LCP and reconstituting a membrane protein in the lipid bilayer of LCP using a syringe mixer, followed by dispensing nanoliter portions of LCP into an assay or crystallization plate, conducting pre-crystallization assays and harvesting crystals from the LCP matrix. These protocols provide a basic guide for approaching in meso crystallization trials; however, as with any crystallization experiment, extensive screening and optimization are required, and a successful outcome is not necessarily guaranteed.

The protocols describe the essential steps for obtaining diffraction quality crystals of a membrane protein starting from reconstitution of the protein in a lipidic cubic phase (LCP), finding initial conditions with LCP-FRAP pre-crystallization assays, setting up LCP crystallization trials and harvesting crystals.

התגבשות של חלבונים בממברנה ב Mesophases Lipidic

Membrane proteins perform critical functions in living cells related to signal transduction, transport and energy transformations, and, as such, are ...