The authors thank the DFG (Hu 997/2-2) for financial support. FS acknowledges the Hanns-Seidel-Stiftung (HSS). SKr was supported by the Elitenetzwerk Bayern in the framework of the doctorate program Material Science of Complex Interfaces. SKi thanks the SFB 863 for financial support.

NOT: hazırlık, veri toplama ve veri analizi adımları içeren proses akışının genel bir bakış için Şekil 2&#39;ye bakınız. 1. Reaktif Kurulumu NOT: Tüm kimyasallar dikkatle ele alınması gerekir ve böylece laboratuvar önlüğü, eldiven ve göz koruması kullanılmalıdır. Tüm işlemler, bir laboratuar ocak içinde gerçekleştirilmelidir. Özellikle, özel eldivenler kloroform kullanılması durumunda kullanılmalıdır. <ol><li> Kuru hızla kloroform ve mağaza kuru ama bir haftadan daha uzun olmayan düşük su içeriği ile kimyasalları kullanın. APTES ((3-aminopropil) triethoxysilan) ve PEG (polietilenglikol) (Tablo 1 e bakınız) için -20 ° C sıcaklıkta ve nitrojen veya argon gazı altında, her iki kimyasal saklayın higroskopiktir ve PEG havada oksidasyon tabidir. </li><li> Ideal olarak, bir nitrojen atmosferde ile bir Torpido gözü sistemi içinde, daha küçük hacimde hazırlanması, atmosferik oksijen ve neme stokunun sık maruz kalmasını önlemek için,yeniden. </li></ol> 2. Ekipman Kurulumu NOT: olası çapraz bulaşmayı önlemek için, her adım için taze ve temiz kapları kullanın. <ol><li> Temiz cam ve 60 ° C&#39;de bir ultrasonik banyoda 30 dakika, deterjan çözeltisi içinde cımbız. </li><li> Durulayın ve ultra saf su ile iki kez iyice aşama 2.1 sonikat ekipman. </li><li> RCA çözelti içinde aşama 2.1 Isı donatımı (ultra-saf su, hidrojen peroksit ve amonyak (5: 1: 1)) 75 °, 45 dakika için bir fırın içinde Cı ve daha sonra ultra-saf su ile durulanır. </li><li> Son olarak, bir kuru nitrojen akımı altında ya da bir fırında (100 ° C, 3 saat) olarak cam ve cımbız kurutun. </li></ol> 3. İpucu İşlevselleştirilmesi NOT: cımbız, kaplar, paslanmaz çelik, PTFE, cam ya da uygunsa organik çözeltiler, kimyasal olarak stabil olan herhangi bir başka malzemeden yapılmış. Aksi belirtilmediği sürece, R tüm adımları gerçekleştirmekİnkübasyon çözeltisi miktarı gerekli T. konsol fiş sayısına bağlıdır. Çıkma tüm zamanların ilgili çözümleri dalmış emin olun. NOT: Organik buharların solunması bir başlık kullanın. <ol><li> Konsol yüzeyi (&#39;aktivasyon&#39;) (yaklaşık 0.5 saat) üzerinde, OH-gruplarının oluşumu: <ol><li> Temiz bir cam slayt ve bir plazma odasına (100 W) koyun (10-100 pN / nm: SİN, yay sabiti malzeme) taze konsol yongaları yerleştirmek için cımbız kullanın. </li><li> Odasını (~ 0.1 mbar) boşaltın. </li><li> Oksijen gazı ile Taşkın odası ve yine tahliye. </li><li> (:% 20, süre: 15 dk, süreç basıncı: 0.25 mbar gücü) plazma işlemi etkinleştirin. </li></ol></li><li> Dirseklerin amino-silanizasyon (yaklaşık 1 saat): <ol><li> Plazma işlemi sırasında ideal bunu - APTES çözeltisi 2,5 ml hazırlayın cam Petri kabındaki (Tablo 1). </li><li> ImmediatelPlazma işleminden sonra y aseton 1 saniye, her konsol daldırma ve APTES çözeltide hemen sonra koyun. </li><li> Oda sıcaklığında 15 dakika boyunca inkübe edin. </li><li> Dikkatlice 10 ml aseton ve bir kez de 10 ml kloroform içinde iki kez konsol fiş yıkayın. </li><li> İsteğe bağlı son adım: temiz bir cam slayt üzerinde bir önceki aşamada elde edilen Talep konsol yongaları ve 70 ° C&#39;de 30 dakika boyunca pişirin. Yüzey aktivasyonu, örneğin, UV tedavisi 12 için alternatif stratejiler de vardır unutmayın. </li></ol></li><li> PEGylation (yaklaşık 2 saat): NOT: Amino-silanizasyonla sırasında adımlar 3.3.1-3.3.4 yapınız. NHS ve maleimid grupları, sulu ortamlarda hidrolize tabi PEG kendisi havada oksidasyon tabidir. Bu nedenle, (özellikle adımlar arasında) zamanlama kritik bir parametredir. Daha fazla bilgi için 13 bakın. <ol><li> Kloroform çözeltisi (Tablo 1) hazırlayın. </li><li> Yoğunlaşmayı önlemek içinSıcak PEG bölüntüsünün açılması ve uygun miktarda tartım önce oda sıcaklığına kadar tozlar. </li><li> Polimerler ya da amino grupları ile lipidlerin bağlanması için, ayrıca tamamen çözününceye kadar bunları döndürme, kloroform solüsyonu NHS-PEG-NHS (6 kDa) ve metil-PEG-NHS (5 kDa) çözme. Konsantrasyonları için Tablo 1&#39;e bakınız. <ol><li> Alternatif. tiyol grupları ile polimerlerin bağlanması için ayrı ayrı kloroform çözeltisi içinde Mal-NHS- PEG ve metil-PEG-NHS çözer. </li></ol></li><li> NHS- veya maleimide- ve metil-ile-sonlanan PEG molekülleri (500, tipik olarak 1) arasında belirli sayıda oranını ayarlamak için gereken çözüm karıştırın. Ideal oranı hazırlık-deney döngüsü bir seri tekrarlı belirlenmelidir unutmayın. </li><li> Kloroform buharlaşmasını önlemek üzere bir kloroform, doymuş bir atmosfer içinde 1 saat süre ile, PEG çözeltisi içinde konsol fiş inkübe edin. </li></ol></li><li> Molekül konjugasyon Probe(&gt; 1 saat): Not: Aşağıdaki 3.4.1-3.4.3 AFM ucuna farklı bir prob molekülleri kovalan bağlanması için üç örnek tarif edilmiştir. Her bir molekül için protokol ayarlanmalıdır. Örnek 1 ve 3, NHS-kimya örnek 2&#39;de tiol işlevselleştirilmiş polimer PI g-PS maleimid-kimya ile PEG&#39;e bağlanmış ise kullanılması daha fazla not. Detaylar 14 için bkz. <ol><li> Poli (amino asit), poli-D-tirosin (40-100 kDa) için <ol><li> 1 M NaOH içinde polytyrosine konjüge prob molekülü içinde çözülür. 1 mg / ml konsantrasyon ayarlayın. </li><li> Fonksiyonlaştırma hemen önce sıkma tuzdan arındırma sütunları (7 kDa MWCO) kullanılarak sodyum borat tamponu (pH 8.1) için NaOH Değişimi </li><li> Daha sonra, 5 ml etanol ve son olarak borat tamponu, 5 ml kloroform içinde, 5 ml, ilk konsol durulayın. </li><li> Polytyrosine borat tampon çözeltisi içinde 1 saat süre ile konsol fiş inkübe ve borat tampon maddesi ile durulanırve ultra saf su. Ölçüme kadar ultra saf su içinde saklayın. </li></ol></li><li> Doğrusal bir omurgasından (poliizopren, 119 kDa) sahip olan aşılanmış yan zincirler (polistiren, 88 kDa) 14 polimerler için <ol><li> Kuru kloroform içinde PI g-PS çözündürülür. 4 mg / ml konjugasyon çözeltisinin konsantrasyonu ayarlayın. </li><li> Kloroform, 5 ml ile konsol durulayın ve konjügasyon çözelti içinde en az 1 saat süreyle inkübe edin. </li><li> Kloroform, 5 ml içinde tekrar durulanır ve kloroform ile doymuş bir ortamda kloroform içinde depolamak ölçüm kadar (kloroform buharlaşmasını önlemek için). </li></ol></li><li> Lipid PAPA için <ol><li> Kuru kloroform içinde PAPA&#39;YI eritin. 20 mM konsantrasyonu ayarlayın. </li><li> 5 ml etanol ve lipid çözeltisi içinde 1 saat süre ile konsolun inkübasyondan önce, aşırı saf su, 5 ml konsol durulayın. </li><li> İnkübasyondan sonra, kloroform 5 ml etano 5 ml konsol durulamal ve (bu sırayla) ılık, ultra saf su 5 ml bağlanmamış prob molekülleri kaldırmak ve kloroform kalıntılarının kurtulmak için. Hemen fonksiyonelleştirilmiş ipuçlarını kullanın. Kadar gerekli Alternatif, kloroform saklayabilirsiniz. </li></ol></li></ol></li></ol><img alt="Şekil 1," src="/files/ftp_upload/52456/52456fig1.jpg" /> Şekil 1. (A) şematik NHS kimya örneği kullanarak ucu fonksiyonelleştirme sürecini gösteren. Bir amino grubu aracılığıyla ucu bir prob molekülünü bağlamak için kullanılan (B) Kimyasal bağlar. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52456/52456fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 4. Yüzey Hazırlama <ol><li> Kendinden monte tek tabaka (SAM) Not: ilk olarak, örneğin bir yüzey olarak, kendi kendine bir araya tek tabaka seçildi. Literatürde 15 Bakınız </sAyrıntılar için&gt; kadar. <ol><li> Her biri 30 dakika için ultrasonik banyo içinde, aşırı saf su içinde iki kez daha sonra, deterjan çözeltisi ve temiz bir cam kayar. Daha sonra, ilave bir temizleme adımı olarak, 15 dakika boyunca 75 ° C&#39;de RCA çözeltisi (adım 2.3) yerleştirin. </li><li> Ceket 10 mil krom, nikel ve vakumlu bir kaplayıcı 100 nm altın ile kayar. Sonra önce doğrudan bir sonraki adıma RCA çözeltisi içinde tekrar buzdolabı ve temiz saklamak. </li><li> 12 saat boyunca 2 mM 1-dodecanthiol / etanol çözeltisi içinde, önceki aşamada elde edilen slaytlar inkübe edin. tiyol grupları, altın yüzeyine bağlanan ve bir hidrofobik tek tabakalı kendine bir araya getirmektedir. Bir azot gazı akımı ile etanol ve ultra saf su ve sonra kuru ile slaytlar durulayın. CCD kamera 10 ile bir gonyometre statik temas açısı ölçümleri ile hazırlanan yüzeye hidrofobikliğini onaylayın. </li></ol></li><li> Hidrojen sona elmas Not: ikinci, örneğin bir yüzey olarak, bir hidrojen sona elmas seçildi. Daha önce tarif edildiği gibi 16 yüzey hazırlığı gerçekleştirilmiştir. </li><li> Desteklenen çift katlı lipid NOT: Son örnekte, bir yüzey, destekli lipit iki tabakalı (SLB) bir yüzey olarak kullanılmıştır. Bu tür bir yüzey elde etmek için, fosfolipit POPC oluşan büyük tek lamelli vesiküller (LUVler) içindeki bir çözeltisi (0.1 mg / ml) çekme yöntemi ile oluşturulmuştur. Daha sonra LUV çözeltisi 50 ul Taze kırılmış mika tabaka (A = 1 cm²) üzerine konuldu ve 30 dakika süreyle inkübe edildi. Son olarak çözelti, ultra saf su 20 ml ile yıkandı. SLBS hazırlanmasına ilişkin ayrıntılı bilgi için 17,18 bakınız. </li></ol> 5. Veri Toplama NOT: deneyler için, sıvı ölçmek için yeteneği sağlayan bir AFM, kullanın. veri toplama ve veri analizi işlemleri ne olursa olsun kullanılan AFM modeli uygulanabilir. Ayrıca, bazı deneylerde bu sıcaklık kontrolü imkanı bulunması avantajlıdırSıvı hücre içinde e. Konsol saptırma lazer ışını saptırma yöntemiyle 19 ile tespit edilmiştir. Yay sabitleri ısıl gürültü yöntemi 20 ile belirlenmiştir. <ol><li> Sıvılarında ölçmek için uygun bir AFM konsol tutucu içine fonksiyonlandırılmış konsol yerleştirin. </li><li> (Hazırlık yukarıya bakınız) yüzey koyun AFM içine numune alınacak ve sıvı ile örtün. Hem konsol ve yüzey artık konsol ucu yüzeyine doğru bakacak şekilde sıvıya batırılmış olmalıdır. Birçok durumda bir sıvı damla yeterli olduğuna dikkat edin. Sıvının her durumda buharlaştırılarak bir kapalı akışkan hücre kullanılarak, örneğin, kaçınılmalıdır. </li><li> Varsa, kontrolör üzerinde istenen sıcaklığını ayarlamak. </li><li> Sistem, en azından yarım saat boyunca dengelenmeye bırakın. </li><li> Etkileri sönümleme herhangi bir yüzeye çıkarmak için uzak yüzeyden konsol ile konsolun bir termal gürültü spektrumu kaydedin. Not genellikle 1 olduğu0 ya da daha fazla spektrumu yeterli bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için kartı olması gerekir. </li><li> Yüzeyi yaklaşın. Ucu geometrisi ve uç işlevselleştirilmesini korumak amacıyla yaklaşım süreci dikkatle yürütülen gerektiğini unutmayın. Bu aralıklı, kontak modunda, yaklaşan, örneğin, gerçekleştirilebilir. </li><li> Nm / volt olarak ölçülen ters optik kolu hassasiyeti (InvOLS) belirleyin. Sert bir yüzeye karşı konsol ucu iterek bunu yapın. <ol><li> Fotodiyot gerilimi değişim vs piezo seyahat mesafesi eğimini ölçerek InvOLS belirleyin. Konsol uç yüzeyi ile temas halinde olan kuvvet-mesafe eğrisi parçası için bir çizgi monte edin. Lipit bilayers gibi yumuşak bir yüzey içeren deneylerde, bir çift katlı lipid (&#39;kusur noktalar&#39;) ile kaplı olmayan alanlarda bu adımı yürütmek. </li></ol></li><li> Isıl gürültü spektrumu bir harmonik osilatör takarak yay sabiti (pN / nm) belirleyin. Kullanımyay sabiti belirlenmesi için otomatik yazılım fonksiyonu; aksi takdirde edebiyat 20 danışın. </li><li> Denemeyi başlatın. <ol><li> Her deneysel koşul Tutanak sayıda kuvvet-mesafe eğrileri. 1 mikron mesafe geri, 5 kHz, 1 mikron / sn ucu hızı Örnekleme oranı: Genellikle, deneysel parametreler için aşağıdaki değerleri kullanın. Not: Bazı durumlarda, incelenen deney dinamiklerine bağlı olarak, (&#39;bekleme süresi&#39;) yüzeyi ile temas halinde ucu ile belli bir süre beklemek gerekli olabilir. Not: Deney özel parametreler, yukarıda verilen değerlerden büyük ölçüde sapma gösterebilir. </li><li> Uzun süreli ölçümler sırasında, fotodiyot yeniden konumlandırarak zaman zaman fotodiyot üzerine lazer konumunu sıfır. </li><li> İsteğe bağlı: Her kuvvet eğrisi sonra, başka bir xy konumuna AFM-ucu değiştirin. </li><li> Deneyin sonunda, duyarlılık ve bahar belirlemek ConstaSistemin tutarlılık ve istikrar kontrol etmek için tekrar nt. NOT: öncesi ve deney sonrası yay sabiti ve duyarlılık karşılaştırılması da sistemin özellikleri ve bahşiş özellikleri deney boyunca değişmeden kaldığını sağlamak için bir araçtır. Yay sabitleri farkı (&lt;=% 15) çok büyük değilse yay sabiti tayin içsel belirsizlik de% 15 civarında olduğu, onlar, ortalama olabilir. Daha büyük farklar için, ilk bulmak ve daha fazla deneyler ile devam etmeden önce değişen belirgin yay sabiti nedenini ortadan kaldırmak için tavsiye edilir. </li></ol></li></ol> 6. Veri Hazırlama NOT: genellikle newton ve nanometre yanı sıra veri açıklanmıştır düzeltmek için birimleri dönüştürmek için deney belirli tip bağımsız yürütülen bu bölümde genel veri hazırlama adımlarında. Deney belirli veri analizleri br olaniefly ilgili temsili bir örneği bölümünde aşağıda daha ayrıntılı olarak tarif edildiği. <ol><li> Tipik olarak, tüm veri hazırlama yürütmek ve analiz yazılımı IGOR 6 Pro dayalı, örneğin ev-yazılı algoritması tarafından otomatik adımları. </li><li> InvOLS [nm / V] ve bahar sabit [NN / nm] ile çarpılarak yürürlüğe ham sapma sinyali (Defl) [V] dönüştürün. </li><li> Yüzey (boş kanat) yeterli mesafede dirsekteki kuvvet 0 nN olur şekilde kuvvet Ofset. </li><li> Gerçek ucu konumunu dikkate konsol bükülmesini alır z *, (yüzey göre ölçülen da denir ayrılması) hesaplayın: <img alt="Denklem 1" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/52456/52456eq1.jpg" /></li><li> Z * = 0 yüzeyinin z pozisyonuna karşılık gelecek şekilde Z * Ofset. NOT: Burada, F ucu ve dolayısıyla viraj hareket kuvvetKonsol (adım 6.2 olarak tespit edilmiştir.) z, (doğrudan alet ile gösterilir) ve k, yay sabitesine (adım 5.8 belirlenen) temsil ölçülen z sensör konumu s. </li></ol><img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/52456/52456fig2.jpg" /> Numune hazırlama, veri toplama ve veri analizi gösteren Şekil 2. Süreç akış diyagramı. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/52456/52456fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

<ol>
	<li>Scheuring, S., Sapra, K., M&#252;ller, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+Single+Membrane+Proteins+by+Atomic+Force+Microscopy.">Probing Single Membrane Proteins by Atomic Force Microscopy.</a> Handbook of Single-Molecule Biophysics. , 449-485 (2009).</li><li>Kodera, N., Yamamoto, D., Ishikawa, R., Ando, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Video+imaging+of+walking+myosin+V+by+high-speed+atomic+force+microscopy.">Video imaging of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy.</a> Nature. 468 (7320), 72-76 (2010).</li><li>Magonov, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atomic+Force+Microscopy+in+Analysis+of+Polymers.">Atomic Force Microscopy in Analysis of Polymers.</a> Encyclopedia of Analytical Chemistry. , (2006).</li><li>Rief, M., Clausen-Schaumann, H., Gaub, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequence-dependent+mechanics+of+single+DNA+molecules.">Sequence-dependent mechanics of single DNA molecules.</a> Nature Structural Biology. 6 (4), 346-349 (1999).</li><li>Li, H., Linke, W. a., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reverse+engineering+of+the+giant+muscle+protein+titin.">Reverse engineering of the giant muscle protein titin.</a> Nature. 418 (6901), 998-1002 (2002).</li><li>Bustamante, C., Smith, S. B., Liphardt, J., Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+studies+of+DNA+mechanics.">Single-molecule studies of DNA mechanics.</a> Current opinion in structural biology. 10 (3), 279-285 (2000).</li><li>Zhang, W., Zhang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+molecule+mechanochemistry+of+macromolecules.">Single molecule mechanochemistry of macromolecules.</a> Progress in Polymer Science. 28 (8), 1271-1295 (2003).</li><li>Hugel, T., Rief, M., Seitz, M., Gaub, H., Netz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+Stretched+Single+Polymers:+Atomic-Force-Microscope+Experiments+Versus+Ab-Initio+Theory.">Highly Stretched Single Polymers: Atomic-Force-Microscope Experiments Versus Ab-Initio Theory.</a> Physical Review Letters. 94 (4), 048301 (2005).</li><li>Stetter, F. W. S., Cwiklik, L., Jungwirth, P., Hugel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Lipid+Extraction+-+The+Anchoring+Strength+of+Cholesterol+in+Liquid+Ordered+and+Liquid+Disordered+Phases.">Single Lipid Extraction - The Anchoring Strength of Cholesterol in Liquid Ordered and Liquid Disordered Phases.</a> Biophysical journal. 107 (5), (2014).</li><li>Pirzer, T., Hugel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+mechanism+of+polypeptides+and+their+location+at+hydrophobic+interfaces.">Adsorption mechanism of polypeptides and their location at hydrophobic interfaces.</a> Chemphyschem. 10 (16), 2795-2799 (2009).</li><li>Butt, H. -. J., Cappella, B., Kappl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+measurements+with+the+atomic+force+microscope:+Technique,+interpretation+and+applications.">Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications.</a> Surface Science Reports. 59 (1-6), 1-152 (2005).</li><li>Nash, M. A., Gaub, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Molecule+Adhesion+of+a+Copolymer+to+Gold.">Single-Molecule Adhesion of a Copolymer to Gold.</a> ACS NANO. 6 (12), 10735-10742 (2012).</li><li>Hermanson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioconjugate Techniques. , (1996).</li><li>Kienle, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+molecular+architecture+on+single+polymer+adhesion.">Effect of molecular architecture on single polymer adhesion.</a> Langmuir the ACS journal of surfaces and colloids. 30 (15), 4351-4357 (2014).</li><li>Folkers, J. P., Laibinis, P. E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-assembled+monolayers+of+alkanethiols+on+gold:+comparisons+of+monolayers+containing+mixtures+of+short-+and+long-chain+constituents+with+methyl+and+hydroxymethyl+terminal+groups.">Self-assembled monolayers of alkanethiols on gold: comparisons of monolayers containing mixtures of short- and long-chain constituents with methyl and hydroxymethyl terminal groups.</a> Langmuir. 8 (5), 1330-1341 (1995).</li><li>Dankerl, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diamond+Transistor+Array+for+Extracellular+Recording+From+Electrogenic+Cells.">Diamond Transistor Array for Extracellular Recording From Electrogenic Cells.</a> Advanced Functional Materials. 19 (18), 2915-2923 (2009).</li><li>Leonenko, Z. V., Carnini, A., Cramb, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supported+planar+bilayer+formation+by+vesicle+fusion:+the+interaction+of+phospholipid+vesicles+with+surfaces+and+the+effect+of+gramicidin+on+bilayer+properties+using+atomic+force+microscopy.">Supported planar bilayer formation by vesicle fusion: the interaction of phospholipid vesicles with surfaces and the effect of gramicidin on bilayer properties using atomic force microscopy.</a> Biochimica et biophysica acta. 1509 (1-2), 131-147 (2000).</li><li>Stetter, F. W. S., Hugel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Nanomechanical+Properties+of+Lipid+Membranes+are+Significantly+Influenced+by+the+Presence+of+Ethanol.">The Nanomechanical Properties of Lipid Membranes are Significantly Influenced by the Presence of Ethanol.</a> Biophysical Journal. 104 (5), 1049-1055 (2013).</li><li>Putman, C. A. J., De Grooth, B. G., Hulst, N. F., Greve, 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+detailed+analysis+of+the+optical+beam+deflection+technique+for+use+in+atomic+force+microscopy.">A detailed analysis of the optical beam deflection technique for use in atomic force microscopy.</a> Journal of Applied Physics. 72 (1), 6-12 (1992).</li><li>Hutter, J. L., Bechhoefer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calibration+of+atomic-force+microscope+tips.">Calibration of atomic-force microscope tips.</a> Review of Scientific Instruments. 64 (7), 1868 (1993).</li><li>Krysiak, S., Liese, S., Netz, R. R., Hugel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+desorption+kinetics+from+single+molecule+force+spectroscopy+studies.">Peptide desorption kinetics from single molecule force spectroscopy studies.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (2), 688-697 (2014).</li><li>Li, I. T. S., Walker, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacial+free+energy+governs+single+polystyrene+chain+collapse+in+water+and+aqueous+solutions.">Interfacial free energy governs single polystyrene chain collapse in water and aqueous solutions.</a> Journal of the American Chemical Society. 132 (18), 6530-6540 (2010).</li><li>Dudko, O. K., Hummer, G., Szabo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory,+analysis,+and+interpretation+of+single-molecule+force+spectroscopy+experiments.">Theory, analysis, and interpretation of single-molecule force spectroscopy experiments.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (41), 15755-15760 (2008).</li><li>Stetter, F. W. S., Cwiklik, L., Jungwirth, P., Hugel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Lipid+Extraction:+The+Anchoring+Strength+of+Cholesterol+in+Liquid-Ordered+and+Liquid-Disordered+Phases.">Single Lipid Extraction: The Anchoring Strength of Cholesterol in Liquid-Ordered and Liquid-Disordered Phases.</a> Biophysical Journal. 107 (5), 1167-1175 (2014).</li><li>Horinek, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+adsorption+on+a+hydrophobic+surface+results+from+an+interplay+of+solvation,+surface,+and+intrapeptide+forces.">Peptide adsorption on a hydrophobic surface results from an interplay of solvation, surface, and intrapeptide forces.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (8), 2842-2847 (2008).</li><li>Ebner, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionalization+of+probe+tips+and+supports+for+single-molecule+recognition+force+microscopy.">Functionalization of probe tips and supports for single-molecule recognition force microscopy.</a> Topics in current chemistry. 285 (April), 29-76 (2008).</li><li>Geisler, M., Balzer, B. N., Hugel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polymer+Adhesion+at+the+Solid-Liquid+Interface+Probed+by+a+Single-Molecule+Force+Sensor.">Polymer Adhesion at the Solid-Liquid Interface Probed by a Single-Molecule Force Sensor.</a> Small. 5 (24), 2864-2869 (2009).</li><li>Morfill, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Affinity-matured+recombinant+antibody+fragments+analyzed+by+single-molecule+force+spectroscopy.">Affinity-matured recombinant antibody fragments analyzed by single-molecule force spectroscopy.</a> Biophysical journal. 93 (10), 3583-3590 (2007).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Son on yılda, tek bir molekül deneyler moleküler mekanizmaları görülmemiş anlayışlar sağladı ve yaşam bilimleri ve ötesinde paha biçilmez bir yaklaşım olduğu ortaya çıktı oylandı. SMFs deneyler, ideal olarak, tek ve aynı molekül deney bütün boyunca kullanıldığı iyi ve anlamlı istatistikleri elde etmek için. Moleküllerin toplulukları ile deneylerde aksine, SMFs deneyleri nadir olaylar ve gizli moleküler devletleri tespit edebiliyoruz. Tek bir molekül deneylerin başka bir avantajı, mol...

Son 30 yılda, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) her üç boyutta molekül uzaysal çözünürlüğü sağlar ve çeşitli çözücü çalıştırılabilir beri biyolojik 1,2 ve sentetik 3 malzeme ve yüzeyleri incelemek için değerli bir görüntüleme tekniği olduğu ortaya çıktı etti ortamları. Buna ek olarak, AFM-tek molekül kuvvet spektroskopisi (SMFs) rejimi μN için pN arasında değişen kuvvetleri ölçmek için sağlar ve 4,5 katlama protein içine örneğin görülmemiş içgörü, polimer fiziği 6 vermiş - 8, ve tek bir molekül yüzey etkileşimi 9 - Tek molekülleri yerine moleküllerin bir topluluk okuyan arkasında 12 .The mantık genellikle nadir olaylar veya gizli moleküler durumları maske etkileri ortalama kaçınmaktır. Bundan başka, bu gibi çevre uzunluğu Kuhn uzunluğu, yapışma serbest enerjisi gibi moleküler parametrelerin çok sayıda olabilirelde edilmiştir. Bu, aşağıdaki örneklerde detaylı olarak tarif edilmektedir. Tipik AFM SMFs deneyde, prob molekülü, bir bağlayıcı molekül vasıtası ile çok keskin ucu ile birleştirilir. ucu kendisi bükülebilir konsolun sonunda yer almaktadır. Uç yüzeyi ile temas haline getirilir ise prob molekülü, bu yüzey ile etkileşim. Yüzeyden molekülün koparılması için ucu, kuvvet ve dolayısıyla serbest enerji geri çekilmesi üzerine konsol sapmasını gözlemleyerek tespit edilebilir. Anlamlı istatistikleri elde etmek için, adı verilen kuvvet-mesafe eğrisi çok sayıda elde edilecek var. Ayrıca, prob molekülü AFM ucuna kovalent bağlanmış olmalıdır (yani, bir ve bütün deney süresi boyunca aynı prob molekülünü kullanarak) gerçek tek bir molekül deneyler var. Burada, bir kovalent bağ aracılığıyla oluşturulması, tek bir molekül ile konsol işlevsellik için bir deney protokolü sunulmaktadır. tek bir molekül ya da bir amino ya da bir tio üzerinden bağlanabilirAFM ucu l grubudur. birleşme işlemi kullanılan polimer çözme özelliklerini hesaba almak için (organik ve sulu) çözücülerin geniş bir yelpazesi içinde uygulanabilir. Birinci bölümde, genel bir protokol kovalent açıklanan bir AFM ucu bir bağlayıcı molekülü vasıtasıyla tek bir molekül (&quot;prob molekülü&quot;) eklemek için. Bu amaçla, organik NHS- ya da maleimid-kimya 13 kullanılır. Üç örnek moleküller için protokol ile birlikte, veri toplama, veri analizi işlemleri tarif edilmiştir ve daha fazla okuma referansları verilmiştir. Örnek moleküllerdir: (lineer) polimeri tirosin, ekleme polimer PI g PS ve lipit POPE. Örnek kovalent sisteinleri eklemek için bu protokolün hafif varyasyonları içerir. Buna ek olarak, bir bölümü, bir elmas yüzey, CH3 -Self monte tek ve lipid çift tabakaları gibi farklı yüzeylerin hazırlanması ile ayrılmıştır. Bu arayüzler ata vartr iyi referanslar ve örnek olmak.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hellmanex III alkaline liquid concentrate (detergent solution)</td>
			<td>Hellma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RCA (ultrapure water, hydrogen peroxide (35 %), ammonia (32%); 5:1:1(v/v/v))</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectabond reagent / APTES (3-Aminopropyl)triethoxysilane</td>
			<td>Vectorlabs</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry acetone (&#60; 50 ppm H2O)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry chloroform (&#62; 99.9 %)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triethylamine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrapure water</td>
			<td>Biochrom, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Di-sodium tetraborate (&#62; 99.5 %)</td>
			<td>Biochrom, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boric Acid</td>
			<td>Biochrom, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monofunctional &#945;-methoxy-&#969;-NHS PEG, 5kDa, &#8220;methyl-PEG-NHS&#8221;</td>
			<td>Rapp, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heterobifunctional &#945;,&#969;-bis-NHS PEG, 6 kDa, &#8220;NHS-PEG-NHS&#8221;</td>
			<td>Rapp, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heterobifunctional &#945;-maleimidohexanoic- &#969;-NHS PEG, 5 kDa, &#8220;Mal-PEG-NHS&#8221;</td>
			<td>Rapp, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Probe molecule (polymer, lipid, etc.)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sufficient amount of glass crystallising dishes with spout (10 ml), glass petri dishes (500 &#181;l) and glass lids</td>
			<td>VWR International GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory oven model UF30</td>
			<td>Memmert, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature controlled sonicator</td>
			<td>VWR International GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma system &#34;Femto&#34;, 100 W</td>
			<td>Diener, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>One separate glass syringe for each organic solvent</td>
			<td>VWR International GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>VWR International GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tubes (0.5 ml or 1.5 ml)</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipettes: 10-100 &#181;l, 50-200 &#181;l and 100-1000 &#181;l</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AFM with temperature controlled fluid cell (e.g. MFP-3D with BioHeater)</td>
			<td>Asylulm Research, Santa Barbara</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soft SiN cantilevers cantilever, typically made from silicon nitride (SiN) (spring constant less than 100 pN/nm, e.g. MLCT)</td>
			<td>Bruker AXS, Santa Barbara</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

investigating single molecule adhesion by atomic force spectroscopy

Atomik kuvvet spektroskopisi yüzeyleri ve arayüzleri de molekülleri incelemek için ideal bir araçtır. Kovalent bir AFM ucu üzerine çift tek moleküllerin büyük bir çeşitlilik için deneysel bir protokol sunulmuştur. Aynı zamanda AFM ucu ucuna AFM bağlı tek molekülleri incelemek için bir ön koşuldur ucu ve alt tabaka arasındaki spesifik etkileşimleri önlemek için pasifize edilir. Analizler yapışma kuvveti, yapışma uzunluğu, kısa bir süre sunulmaktadır ve ileri okuma için dış referanslar verilmektedir katı yüzeyler ve biyo-arayüzleri bu moleküllerin serbest enerjisini belirlemek için. Örnek molekülleri, poli (amino asit) polytyrosine olan ekleme polimer PI g PS ve fosfolipid POPE (1-palmitoil-2-oleoil sn -glisero-3-fosfoetanolamin). Bu moleküller CH 3 -SAMs gibi farklı yüzeyler, hidrojen sona elmas kusturulmuş ve çeşitli çözücü koşullarda lipit katmanlarını desteklenmektedir. Son olarak,kuvvet spektroskopik tek bir molekül deneyler avantajları gerçekten tek bir molekülün deneyde incelenmiştir belirtilen yöntemler karar da dahil olmak üzere ele alınmaktadır.

Aşağıda yukarıda belirtilen sonuçları örneğin molekülleri, yani polimer poli (amino asit) polytyrosine tarif ekleme polimer PI g PS ve fosfolipid POPE sunulmaktadır. İlk olarak her örnek için temin edilmiştir, veri toplama ve veri hazırlama için özel ayrıntıları deney. Daha sonra, bu moleküller, farklı yüzeylerden dezorbe deneylerde için örnek sonuçlar (CH 3 -SAMs, hidrojen sona elmas ve lipid bilayers) gösterilmektedir. Yapışma kuvveti, yapışma uzunluğu ve serbest ene...

Watch this Scientific Journal Video about Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy at JoVE.com

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

Atomik Kuvvet Spektroskopi Tek Molekül Yapışma incelenmesi

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

investigating-single-molecule-adhesion-by-atomic-force-spectroscopy

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

10.3K Görüntüleme.  Technische Universität München. A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

Video: Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

Tek molekül Görüntüleme için kompakt Kuantum Noktaları

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Mühendislik

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

Sürekli dalga Optik Parametrik Osilatörler ile Işığın kuantum Devlet Mühendislik

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, acceleration and forces involved in the locomotory behavior of nematodes suspended in a column of water in response to single wavelengths of light. We demonstrate how to evaluate the locomotion of a microscopic organism using Single Wavelength Shadow Imaging (SWSI) using two different examples.
The first example is a systematic and statistically viable study of the average descent of C. elegans in a column of water. For this study, we used living and dead wildtype C. elegans. When we compared the velocity and direction of nematode active movement with the passive descent of dead worms within the gravitational field, this study showed no difference in descent-times. The average descent was 1.5 mm/sec &#177; 0.1 mm/sec for both the live and dead worms using 633 nm coherent light.
The second example is a case study of select individual C. elegans changing direction during the descent in a vertical water column. Acceleration and force are analyzed in this example. This case study demonstrates the scope of other physical properties that can be evaluated using SWSI while evaluating the behavior using single wavelengths in an environment that is not accessible with traditional microscopes. Using this analysis we estimated an individual nematode is capable of thrusting with a force in excess of 28 nN.
Our findings indicate that living nematodes exert 28 nN when turning, or moving against the gravitational field. The findings further suggest that nematodes passively descend in a column of water, but can actively resist the force of gravity primarily by turning direction.

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

The technique presented here measures the path of freely swimming microscopic species using single wavelength exposure. C. elegans are used to demonstrate shadow imaging as an inexpensive alternative to costly microscopes. This technique can be adapted to accommodate various orientations, environments and species to measure direction, speed, acceleration and forces.

Tek Dalgaboyu Gölge Görüntüleme<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; Locomotion dahil Kuvvetleri Tahminleri

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

PeakForce Kantitatif Nanomekanik Gayrimenkul Eşleme Kullanma Kırmızı Işık fotoreseptör Atomik Kuvvet Mikroskobu

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent thermal evaporation, and it absorbs visible light strongly. However, for a long time the record power conversion efficiency of SnS solar cells remained below 2%. Recently we demonstrated new certified record efficiencies of 4.36% using SnS deposited by atomic layer deposition, and 3.88% using thermal evaporation. Here the fabrication procedure for these record solar cells is described, and the statistical distribution of the fabrication process is reported. The standard deviation of efficiency measured on a single substrate is typically over 0.5%. All steps including substrate selection and cleaning, Mo sputtering for the rear contact (cathode), SnS deposition, annealing, surface passivation, Zn(O,S) buffer layer selection and deposition, transparent conductor (anode) deposition, and metallization are described. On each substrate we fabricate 11 individual devices, each with active area 0.25 cm2. Further, a system for high throughput measurements of current-voltage curves under simulated solar light, and external quantum efficiency measurement with variable light bias is described. With this system we are able to measure full data sets on all 11 devices in an automated manner and in minimal time. These results illustrate the value of studying large sample sets, rather than focusing narrowly on the highest performing devices. Large data sets help us to distinguish and remedy individual loss mechanisms affecting our devices.

Tin sulfide (SnS) is a candidate material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. Here, we demonstrate the fabrication procedure of the SnS solar cells employing atomic layer deposition, which yields 4.36% certified power conversion efficiency, and thermal evaporation which yields 3.88%.

Termal Buharlaşma ve Atomik katman Biriktirme tarafından Record-verimlilik SNS Güneş Pilleri yapma

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Serbest biçimli Işık Aktüatörler - Mikroskobik Ölçeğinde imalat ve çalıştırma Kontrolü

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

Sıvı olarak Genlik modülasyonu Atomik Kuvvet Mikroskobu ile alt nanometre Çözünürlüklü Görüntüleme

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves several steps, include drawing samples, cooling, cutting, transport to the laboratory, and analysis. The whole analysis process requires more than 30 minutes, which hinders on-line process control. Laser-induced breakdown spectroscopy is an excellent on-line analysis method that can satisfy the requirements of vacuum induction melting because it is fast and noncontact and does not require sample preparation. The experimental facility uses a lamp-pumped Q-switched laser to ablate melted liquid steel with an output energy of 80 mJ, a frequency of 5 Hz, a FWHM pulse width of 20 ns, and a working wavelength of 1,064 nm. A multi-channel linear charge coupled device (CCD) spectrometer is used to measure the emission spectrum in real time, with a spectral range from 190 to 600 nm and a resolution of 0.06 nm at a wavelength of 200 nm. The protocol includes several steps: standard alloy sample preparation and an ingredient test, smelting of standard samples and determination of the laser breakdown spectrum, and construction of the elements concentration quantitative analysis curve of each element. To realize the concentration analysis of unknown samples, the spectrum of a sample also needs to be measured and disposed with the same process. The composition of all main elements in the melted alloy can be quantitatively analyzed with an internal standard method. The calibration curve shows that the limit of detection of most metal elements ranges from 20-250 ppm. The concentration of elements, such as Ti, Mo, Nb, V, and Cu, can be lower than 100 ppm, and the concentrations of Cr, Al, Co, Fe, Mn, C, and Si range from 100-200 ppm. The R2 of some calibration curves can exceed 0.94.

During vacuum induction melting, laser-induced breakdown spectroscopy is used to perform real-time quantitative analysis of the main-ingredient elements of a molten alloy.

Lazer kaynaklı arıza spektroskopisi ile vakum Indüksiyon erime niceliksel Analizi

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ion-selective removal of radioactive iodines. By using citrate-stabilized gold nanoparticles (mean diameter: 13 nm) and cellulose acetate membranes, gold nanoparticle-embedded cellulose acetate membranes (Au-CAM) have easily been fabricated. The nano-adsorbents on Au-CAM were highly stable in the presence of high concentration of inorganic salts and organic molecules. The iodide ions in aqueous solutions could rapidly be captured by this engineered membrane. Through a filtration process using an Au-CAM containing filter unit, excellent removal efficiency (&gt;99%) as well as ion-selective desalination result was achieved in a short time. Moreover, Au-CAM provided good reusability without significant decrease of its performances. These results suggested that the present technology using the engineered hybrid membrane will be a promising process for the large-scale decontamination of radioactive iodine from liquid wastes.

An efficient method for the rapid and ion-selective desalination of radioactive iodine in several aqueous solutions is described by using gold nanoparticles-immobilized cellulose acetate membrane filters.

Atomik Kuvvet Spektroskopi Tek Molekül Yapışma incelenmesi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler