Este trabalho foi apoiado por grant-in-aid para Jovens Cientistas (16K17956) do Ministério da Educação, Cultura, Desporto, Ciência e Tecnologia do Japão, The Kyoto tecnociência Center, ea Fundação Mitani para a Investigação e Desenvolvimento.

1. Instrumentos <ol><li> dispositivo de polarização <ol><li> Para construir um dispositivo de polarização, proporcionar uma fonte de luz com uma lâmpada de halogéneo, um guia de luz, polarizadores, um estágio da amostra, um trilho óptico, haste está, e uma câmara digital de lente única reflexo (ver Figura 1C e Materiais Lista para a polarização peças do dispositivo). </li></ol></li></ol> 2. Preparação da Solução Biopolymer <ol><li> soluções de polissacarídeos <ol><li> Dissolver sacran 7 (0,5 g) em água pura (100 ml) por agitação a ~ 80 ° C durante mais de 12 h. Durante a dissolução, cobrir o recipiente com película de plástico para evitar a evaporação. Prepara-se uma solução aquosa de goma de xantano da mesma maneira. </li><li> Arrefecer as soluções a ~ 25 ° C para se obter soluções aquosas a 0,5% em peso. </li><li> Centrifugar a solução para remover impurezas sacran (48400 xg, 4 ° C, 1 h, 3 times). </li></ol></li><li> solução MT <ol><li> Prepara-se uma solução de tubulina de 0,5% em peso (1 ml) em um tampão de Britton-Robinson (80 mM de piperazina-N, N&#39;-bis (ácido 2-etanossulfónico) (PIPES), etileno glicol-bis (éter 1 mM β-aminoetil) - N, N, N &#39;N&#39; tetraacico (EGTA); e 5 mM de MgCl2, pH 6,8) em gelo 8. </li><li> Use solução tubulina 0,5% em peso (50 mL) e a guanosina-5&#39; - [(α, β) -methyleno] trifosfato (GpCpp) (5 mL) para preparar uma solução de tubulina GpCpp contendo (50 mL). Incubar a 37 ° C durante 3 h para se obter um núcleo estável MT. NOTA: O papel do GpCpp é apoiar a formação de MT e para suprimir completamente a despolimerização de MT para tubulina. </li><li> Misturar a solução de 0,5% em peso de tubulina (950 mL) e a solução tubulina GpCpp contendo (50 mL) a ~ 25 ° C durante um dia para se obter uma solução estável MT de 0,5% em peso. </li></ol></li><li> solução de ADN<ol><li> Prepara-se uma solução de ADN de 0,5% em peso (1 ml) em solução tampão de Tris-EDTA (Tris 10 mM, pH 8,0, com EDTA 1 mM). </li></ol></li><li> Manter as soluções de amostra biopolímero 0,5% em peso a 25 ° C durante a experiência de secagem. </li></ol> 3. Experiências de secagem e Observação sob luz Cross-polarizada <ol><li> Soluções em uma célula de um lado aberto (Figura 1A) <ol><li> Cortar uma folha de silício (ver Lista de Materiais) em uma forma apropriada com uma espessura de 1 mm (dimensão interna de 5-15 mm, de 1 mm, e ~ 20 mm; Figura 1A). <ol><li> Montar uma célula de um lado aberto composto por um espaçador de silício com dimensão interna de 5-15 mm, de 1 mm, e ~ 20 mm e duas lâminas de vidro não-modificada (76 mm × 1 mm × 26 mm). Fixar ambos os lados da célula com os grampos duplos com antecedência para manter a solução de amostra de vazar para fora. </li></ol></li><li> Lentamente adicionar cada da solução do biopolímero 0,5% em peso (100-300 uL) utilizando uma pipeta de 1 mm de tamanho de poro de ~te ponta para cada célula a ~ 25 ° C. Retirar as bolhas de ar a partir das culas utilizando uma agulha de seringa. </li><li> Colocar as células em um forno com um circulador de ar a 60 ° C sob pressão atmosférica durante a evaporação; a direcção evaporação é oposto ao da gravidade. </li></ol></li><li> Observações sob luz polarizada cruzada (Figura 1B-1C) <ol><li> Fornecer luz linear visível através de uma lâmpada de halogéneo de 100 W com uma fonte de luz de superfície plana sobre uma vasta área (80 mm x 80 mm). Ajustar os polarizadores para 45 ° e 135 °, utilizando os detentores (Figura 1C). </li><li> Fixar as posições da fonte de luz, polarizadores, estágio da amostra, e a câmara utilizando um trilho óptico e bancadas haste (Figura 1C). Coloque a fase de amostra entre os dois polarizadores (a distância entre os polarizadores deve ser ~ 5 centímetros). Coloque a câmara ~ 20 cm de altura a partir da fase da amostra para permitir focar. </li><li> Em determinados momentos, colocar as amostras a partir do passo 3.1.3 entre a polarizers na fase paralela ao plano xz e cobrir o dispositivo com uma cortina preta; o próprio dispositivo é mostrado na Figura 1C. </li><li> Fotografar as amostras através de polarizadores lineares cruzou usando uma câmera digital reflex de lente única com uma lente de zoom standard (ver Lista de Materiais). Controlar as configurações da câmera, como a distância focal, utilizando software de computador (ver Lista de Materiais). </li></ol></li><li> Análise espácio-temporal da intensidade da luz transmitida (Figura 1C) <ol><li> Para avaliar a mudança do parâmetro de orientação ordem no processo de secagem, recolha fotografias de hora em hora, durante 24 h. </li><li> Medir a intensidade da luz transmitida ao longo do eixo na direcção Z como um valor de cinzento, utilizando um programa de processamento de imagem (por exemplo, ImageJ). </li><li> Traçar um gráfico do valor de cinza como uma função da distância a partir do lado superior aberto. </li></ol></li><li> Observações microscópicas sob ligh polarizado-cruzt (Figura 1D) <ol><li> Para verificar os métodos, fazer observações microscópicas com um microscópio de polarização equipado com uma câmara CCD 9. Mantenha uma placa retardo de primeira ordem no caminho da luz. Controlar as condições para as fotos usando um software de PC. </li></ol></li></ol>

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	<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>

Os autores não têm nada a revelar.

Às vezes era difícil para a câmara focar a amostra devido à intensidade de luz transmitida ser demasiado baixo. Nesses casos, colocar um filme plástico transparente estendida no palco ajudou a organizar o foco. A limitação da resolução observável era dependente da lente da câmara, ~ 10 um, neste caso. A limitação observável da espessura da amostra, Ay, era dependente da intensidade de luz máxima da lâmpada, ~ 10 mm neste caso. A vantagem do dispositivo mostrado na Figura 1B é que ele permite de visão lateral fotos da amostra a ser feita durante o processo de secagem. A observação pode ser levada a cabo sem depender do plano horizontal, o qual é utilizado em microscópios típicas. Estando a célula de um lado aberto durante os ensaios de secagem, a evaporação é regulada direcção e na direcção oposta da gravidade. Controlo da vista lateral também permite o cálculo do rato secageme 4. No futuro, pela colocação de temperatura e humidade reguladores na fase de amostra do dispositivo, será possível controlar automaticamente as alterações temporais no parâmetro de ordem de orientação. Além disso, um equilíbrio na configuração para monitorar a mudança de peso ajudaria a estimativa da concentração. Este método também poderia ser usado para esclarecer o processo anisotrópica inchaço de polissacárido hidrogéis 11, 12. Por isso, seria possível monitorar as mudanças estruturais de atuadores macios.

Ao concentrar-se nas estruturas rígidas, em forma de bastonete de biopolímeros, materiais macios dinâmicas têm sido usados para várias aplicações, incluindo matrizes de polissacárido biofilme 1, &quot;geles&quot; activas compostas de proteínas do citoesqueleto 2, e &quot;origami de DNA&quot; de 3 formas desejadas. Para esclarecer as propriedades estruturais, muitas estratégias têm sido exploradas, como a microscopia eletrônica de transmissão, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica e microscopia de fluorescência confocal. No entanto, porque esses métodos são em sua maioria realizados em um estado seco ou estática, é difícil de explicar os comportamentos dinâmicos em escalas macroscópicas, como visto em sistemas vivos reais. Recentemente, observou-se com êxito o comportamento dinâmico de biopolímeros na interface ar-aquoso LC através da luz polarizada 4. Durante a visualização da estrutura orientada durante a secagem do biopolimerosolução, as alterações temporais indicados auto-integração de biopolímeros na interface ar-LC instável. Aqui, descrevemos um protocolo para a secagem de soluções LC biopolímeros na interface ar-LC utilizando instrumentos polarizadas. Ao contrário de outras análises da fase LC que não consideram secagem 5, 6, a dinâmica de LC durante o processo de secagem foram investigados aqui, avaliando o parâmetro de orientação ordem na vista lateral da fase de fluido de uma célula de um lado aberto . A combinação da evaporação de células e o uso de instrumentos polarizados permitidos para monitorização macroscópico com uma direcção de evaporação controlada. Além disso, foi possível para validar os registos de secagem, concentrando-se nas estruturas cristalinas de microdomínios adsorvidas, que foram afectados pelo peso molecular, concentração, etc. Para demonstrar a eficácia do método, a pró secagemcessos de biopolímeros básicos com formas em vareta rígida tais como, polissacáridos, os microtúbulos (MTS), e ADN, foram investigados. Escolhemos estes biopolímeros porque eles são exemplos típicos de macromoléculas hierárquicos com pesos megamolecular, e as suas interacções intermoleculares lhes permitir formar estados de 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

Os organismos vivos que usam a água está sempre propenso a secar no meio ambiente. As suas actividades são accionados por micro-com base de biopolímero e macro-estruturas, como pode ser visto nos casos de água em movimento em feixes vasculares e hidratação de água nas camadas da pele. Neste estudo, foi desenvolvido um método para avaliar o efeito das soluções aquosas líquidas cristalinas (LC) compostas de biopolímeros sobre secagem. Como biopolímeros de LC peso megamolecular, escolhemos estudar polissacarídeos, proteínas do citoesqueleto, e ADN. A observação de soluções de biopolímeros durante a secagem sob luz polarizada revela auto-integração milliscale começando a partir da interface ar-LC instável. A dinâmica das soluções aquosas de biopolímero LC pode ser monitorizada por evaporação de água a partir de uma célula de um lado aberto. Ao analisar as imagens tiradas usando a luz cross-polarizado, é possível reconhecer as mudanças espaço-temporais no parâmetro ordem de orientação. estemétodo pode ser útil para a caracterização de materiais artificiais, não só em vários campos, mas também tecidos vivos naturais. Nós acreditamos que ele irá fornecer um método de avaliação para materiais macios nas áreas biomédicas e ambientais.

<html> Utilizando o dispositivo, como mostrado na Figura 1, o auto-integração de microdomínio para macrodomain sobre uma secagem interface ar-LC foi avaliada (Figura 2A). Como a primeira demonstração da experiência de secagem, dois tipos de polissacáridos, megamolecular sacran (M w = 1,9 x 10 7 g mol-1) e goma de xantano (4,7 x 10 6 g mol-1), foram comparados. A Figura 2B mostra fotografias das soluções na célula sob luz polarizada cruzada. Antes da secagem, foi possível observar várias regiões brilhantes e com a luz transmitida num estado dispersado em ambas as soluções. Após secagem a 60 ° C durante 6 h, a região abaixo da interface ar-LC na solução sacran tornou-se significativamente elevada. Isto significa que os domínios formada uma estrutura orientada macroscopicamente na interface, semelhante à formação de camada de revestimento num processo de encolhimento gel&quot;xref&quot;&gt; 10. Por outro lado, a intensidade da solução de xantano diminuiu drasticamente quando a temperatura foi apenas aumentou de 25 ° C a 60 ° C, e algumas pequenas macrodomains foram observadas por baixo da interface. Isto porque a mobilidade do microdomínio xantana é muito mais sensível à temperatura do que a do microdomínio sacran. As diferenças críticos da orientação na interface foram, portanto, detectados usando o dispositivo de polarização. Figura 2C e Filme S1 mostram os resultados da análise espaço-temporal para o processo de secagem na solução sacran. A intensidade da luz transmitida indica o parâmetro de orientação fim do microdomínio. A intensidade do pico em torno da interface ar-líquido aumentou significativamente, e a espessura aumentou para ~ 2 mm. Estes resultados indicam claramente que os microdomínios começar a orientar a partir da interface ar-LCd crescer em um domínio milliscale paralelo à interface. A partir desta observação sob luz polarizada, é assim possível visualizar os movimentos fluidos no processo de secagem. As diferenças entre goma xantana sacran e em termos de tamanho e macrodomain direcção de orientação, também foram confirmadas por um microscópio de polarização com uma placa de retardamento de primeira ordem (Figura 2D). A fase fluida sacran mostrou uma região azul, o que significa que uma única macrodomain formada na interface. Em contraste, a fase de fluido de goma xantana mostraram regiões azul, amarelo, cor de rosa e, o que significa que os vários macrodomains formado com orientações arbitrárias. Este método também foi explorada para a comparação de três tipos de biopolímeros rígidas básicos com pesos megamolecular - polissacáridos (sacran: H W = 1.9 x 10 7 g mol-1, microdomíniocomprimento&gt; 20 um), MT (M w = 10 9 -10 10 g mol-1, microdomínio comprimento&gt; 10 um), e ADN (M w = 1,3 x 10 6 g mol-1, comprimento microdomínio &lt;1 mm) - em um ambiente fisiológico a 37 ° C. Antes da secagem, como mostrado na Figura 3B, a solução sacran e a solução MT mostrou estados LC semelhantes, com domios dispersos em toda a área. Durante o processo de secagem, os domínios na solução MT também foram submetidos a auto-integração a partir da interface ar-CL, e os domínios dispersos foram integrados num único macrodomain. Por outro lado, a solução de ADN não mostrou qualquer orientação específica na fase líquida. No caso da solução MT e a solução de DNA preparada com tampões, é importante notar que a integração é afectado pelas alterações na concentração de sal, pH e força iónica durante a secagem. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-pidade = &quot;1&quot;&gt; A fim de clarificar o parâmetro de ordem de orientação e as direcções das películas de polímeros adsorvidos, os registos de secagem também foram observadas por um microscópio de polarização com uma placa de retardamento de primeira ordem (Figura 3C). A ficha de secagem sacran exibiram intensidades de birrefringência significativas devido à formação macrodomain único milliscale. Para o registo de secagem TA, observou-se feixes onduladas onde o eixo maior era paralelo ao eixo-X. Em contraste, a ficha de secagem da solução de ADN mostrou grãos em forma de macrodomains &lt;5 ^ m em diâmetro e em direcções arbitrárias. A partir destas observações, é claro que o tamanho macrodomain é afectada pelo comprimento de microdomínios semelhantes a haste. Assim, foi possível avaliar a orientação direccional dos microdomínios biopolímeros observando os registos de secagem usando um microscópio de polarização. Em conclusão, foram utilizados os métodos que utilizam a luz polarizadapara o auto-integração de biopolímeros megamolecular sobre a interface de ar de secagem-LC. A dinâmica das soluções aquosas de LC foram monitorizados por evaporação de água a partir de uma célula de um lado aberto. Ao analisar as imagens tiradas usando a luz cross-polarizado, foi possível reconhecer as mudanças espaço-temporais e o parâmetro de ordem de orientação. Considerando-se que o processo de secagem demonstrado é semelhante a processos naturais, este método seria útil para a caracterização de materiais artificiais, não só em vários campos, mas também de tecidos vivos naturais. Acreditamos que este poderia fornecer um método de avaliação para materiais macios nas áreas biomédicas e ambientais. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig1.jpg" /> Figura 1: Secagem experimento. (A) Representação esquemática das soluções em uma célula de um lado aberto. (B)Ilustração esquemática do dispositivo experimental utilizado para a observação sob luz polarizada cruzada. Os polarizadores foram normalmente ajustadas para 45 ° e 135 °. (C) O dispositivo real. Esta figura foi modificado a partir de referência 6. Direitos de autor: A American Chemical Society, 2016. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/55274fig1large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig2.jpg" /> Figura 2: Processo de secagem de soluções aquosas de polissacarídeos de goma de xantano e sacran. (A) Ilustração esquemática do auto-integração na interface ar-LC secagem. (B) Vistas laterais de dois tipos de soluções de polissacarídeo em seus estados iniciais e depois6 h de secagem a 60 ° C sob luz polarizada cruzada. As concentrações de polímero iniciais foram de 0,5% em peso. (C) Transmitido a intensidade da luz por meio de um Nichols cruzadas sobre uma linha na direcção Z para cada fotografia tirada num dado momento. (D) Polarização imagens microscópicas das soluções de polímero na célula após 6 h de secagem a 60 ° C. setas vermelhas: macrodomains na interface. Esta figura foi modificado a partir de referência 6. Direitos de autor: A American Chemical Society, 2016. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/55274fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/55274/55274fig3.jpg" /> Figura 3: Processo de secagem de soluções aquosas de biopolímero e os registos de secagem. (A) As fontes dos polígonosaccharides (cianobactérias), MT (cérebro porcino) e de ADN (de testículos de salmão). (B) vistas laterais de sacran, MT, e soluções de ADN durante a secagem a 37 ° C sob luz polarizada cruzada. As concentrações de polímero iniciais foram de 0,5% em peso. (C) As imagens microscópicas das películas de polímero secas sobre o substrato de vidro através das instruções dadas dos Nichols cruzados. Todas as barras de escala são de 50? M. Esta figura foi modificado a partir de referência 6. Direitos de autor: A American Chemical Society, 2016. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/55274fig3large.jpg" target="_blank">Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="filme S1" src="/files/ftp_upload/55274/55274vid1.jpg" /> Filme S1: processo da solução sacran secagem durante a secagem à temperatura de 60 ° C, observado usandoNicols cruzados. <a href="https://ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/55274/Movie_S1-3fps.avi" target="_blank">Por favor clique aqui para baixar este filme.</a>

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

Um método para a secagem induzida por auto-integração de biopolímeros megamolecular na interface ar-líquido cristalino é fornecida aqui. Esta metodologia será útil não só para a compreensão dos potenciais macroscópicas de biopolímeros, mas também como um método de avaliação para materiais macios em campos biomédicos e ambientais.

Os métodos para a auto-integração da Megamolecular Biopolímeros na secagem ao ar-LC interface

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

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JoVE Journal

Bioengineering

6.0K visualizações.  Japan Advanced Institute of Science and Technology.  Um método para a secagem induzida por auto-integração de biopolímeros megamolecular na interface ar-líquido cristalino é fornecida aqui. Esta metodologia será útil não só para a compreensão dos potenciais macroscópicas de biopolímeros, mas também como um método de avaliação para materiais macios em campos biomédicos e ambientais. 

Vídeo: 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.

Síntese de Poli (<em&gt; N</em&gt; -isopropylacrylamide) Janus Microhydrogels para anisotrópica Thermo-resposta e Organophilic / Carregando Capability hidrofílico

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

Química

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.

Transição Orientacional em Cristal Líquido Ativada pelo Crescimento Termodinâmico de Folhas Múltiplas Interfaciais

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

Engenharia

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.

Estruturas de nível molecular interfacial de polímeros e biomacromoléculas reveladas através de espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma

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

Bioquímica

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.

Preparação das redes de cristal líquido para macroscópica movimento oscilatório induzido pela luz

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 preparação dos atuadores do líquido cristalino de elastômero

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.

Preparação de Monodomain cristal líquido elastômeros e de cristal líquido Elastomer nanocompósitos

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

Bioengenharia

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.

Formação Automated Lipid bicamada da membrana Usando um polidimetilsiloxano 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 ...

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.

Auto-montagem de membranas lipídicas híbridas dopadas com moléculas orgânicas hidrofóbicas na interface água/ar

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.

Cristalização de proteínas no chip por microdiálise para estudos de difração de raios-X in situ

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.

Cristalização de proteínas da membrana lipídica em mesofases

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