This work was supported by Burroughs Wellcome Fund Career Award at the Scientific Interface (CASI), a Simons Foundation grant, and a Brain and Behavior Research foundation young investigator grant.

Dikkat: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (SDS) danışın. Nanomalzemeler onların dökme malzeme meslektaşı ile karşılaştırıldığında ek tehlikeler olabilir. mühendislik kontrolleri (davlumbaz, gürültü muhafaza) ve kişisel koruyucu donanımlar da dahil olmak üzere tüm uygun güvenlik uygulamalarını kullanın (koruyucu gözlük, gözlük, laboratuvar önlüğü, tam uzunlukta pantolon, kapalı-toe ayakkabıları). Tampon, yüzey aktif madde ve polimer çözeltilerinin hazırlanması 1. <ol><li> 100 mM NaCI çözeltisinin hazırlanması <ol><li> iyonu giderilmiş su 80 mL NaCI 584 mg çözülür. 100 mL toplam hacmi getirmek için deiyonize su ilave edilir. </li></ol></li><li> % 3 sodyum dodesil sülfatın hazırlanışı (SDS) çözeltisi <ol><li> iyonu giderilmiş su 80 mL SDS hazırlanan, 3 g. 100 mL toplam hacmi getirmek için deiyonize su ilave edilir. </li></ol></li><li> % 2 sodyum kolat hazırlanması (SC) çözeltisi <ol><li> çimen 2 gr çözülüryum iyonu giderilmiş su 80 mL hidrat kolat. 100 mL toplam hacmi getirmek için deiyonize su ilave edilir. </li></ol></li><li> Görüntüleme tampon hazırlanması (1 x Trıs: 20 mM Tris, 100 mM NaCI) <ol><li> Tris baz 22.23 g ve manyetik bir karıştırma çubuğu ve plaka kullanılarak, deiyonize su, 500 mL NaCl 58.44 g çözündürülür. </li><li> 8.1 arasında bir pH elde edilene kadar dikkatlice konsantre HCI ilave edin. </li><li> 1 L&#39;lik bir son hacim elde etmek için deiyonize su ekleyin </li></ol></li><li> RITC-PEG-RITC polimerin sentezi <ol><li> diklorometan ve dimetilformamid (DMF) 1 karışımı bir 1: 1 mL amin difonksiyonlu polietilen glikol (PEG) (5 kDa veya 20 kDa, 0.1 mol / L) ve rodamin izotiosiyanat (RITC, 0.2 mol / L) içinde çözülür. </li><li> 0.2 mol N / L, N-diizopropiletilamin (DIEA) ekleyin. </li><li> 3 saat sonra, vakumla süzülerek ve ardından dietil eter 10x hacimli hızlandırabilir. </li><li> DMF çözülür ve eter yağış FOLLO tekrarvakum filtreleme işlemi ile evli. Not: benzer bir yöntem kullanarak diğer izotiyosiyanat değiştirilmiş moleküller (örneğin, fluoresein izotiosiyanat, FITC) PEG ya da amin modifiyeli polimerlere eklenebilir. </li></ol></li><li> Pegile-DNA&#39;nın hazırlanması (PEG-DNA) <ol><li> 100 tris (2-karboksietil) 44.9 uL fosfin hidroklorür (TCEP) çözeltisi (0.5 M, pH 7.0) uL 5&#39;-tiol ile modifiye edilmiş DNA (1 mg / 0.1 M NaCI, 10 uL) ve 4.855 mL ekle birleştirin iyonu giderilmiş su. </li><li> 1 saat boyunca karıştırılır. </li><li> fosfat tamponlu tuzlu su içinde 5 mL metoksipolietilen glikol maleimid 500 mg eritin. </li><li> DNA, ve PEG çözeltileri (10 ml toplam) bir araya getirin ve 24 saat boyunca kanştınn. </li></ol></li></ol> Tek Cidarlı Karbon Nanotüp (SWNTs) Cezalar 2. Hazırlık <ol><li> SWNTs yıkama katalizör ve safsızlıkları uzaklaştırmak için. <ol><li> plastik bir santrifüj tüpü içine conta yıkanmamış SWNTs 200-300 mg eklemeiyonu giderilmiş su ining 45 ml. </li><li> Vortex 2 dk ve sonikasyon 5 dakika boyunca banyo sonikatör kullanarak çözüm. Ayarlar Cihaza cihazdan farklı olduğunu sonikatör unutmayın, bu yüzden SWNTs dağınık edilmesini sağlamak için SWNT çözüm artar optik yoğunluk (yani kararır) kontrol edin. </li><li> 16.100 x g&#39;de 20 dakika süre ile çözelti santrifüj ve supernatant atın. </li><li> yeni iyonu giderilmiş su, yaklaşık 45 mL ekleyin. </li><li> Adımları tekrarlayın 2.1.2-2.1.4 8 kata kadar. </li><li> Mümkün pelet SWNTs rahatsız ve kurumaya SWNT pelet izin için dikkatli olmak kadar su çıkarmak. </li></ol></li><li> SWNTs nükleik asit süspansiyonları <ol><li> 100 mg / mL &#39;lik bir konsantrasyona kadar, 0.1 M NaCl içinde nükleik asitler (NA) içinde çözülür. </li><li> Bir anti-statik tabancası kullanarak tek kullanımlık spatula, mikrosantrifüj tüpleri ve SWNT stokunun statik elektriği çıkarın. Bir duman başlığı içinde, 0 980 uL NA çözeltisi 20 mcL.1 M NaCl, 1 mg SWNTs ilave edilir. </li><li> 3 mm çapında uçlu bir ultrasonikatör kullanılarak, bir buz banyosunda% 40 genlik 10 dakika için çözelti sonikasyon. </li><li> x g 16,100 90 dakika iki kez DNA SWNT çözeltisi santrifüjleyin. PEG-DNA kullanıyorsanız, 100 kDa spin-filtresi kullanılarak fazlalığının ve reaksiyona girmemiş DNA ve PEG dışarı arındırmak. 1.5 dakika boyunca 9.300 xg&#39;de Spin-filtre ve spin doldurmak bu yıkama adımı 3 kez tekrarlayın için yeterli PBS ekleyin. </li><li> Toplayın ve CNT demetleri ve agrega içeren pelet rahatsız etmemek için dikkatli olmak, süpernatant tutun. Nanomalzemelerin için uygun kurumsal tehlikeli atık prosedürlerine uygun olarak pelet atın. </li><li> Lambert-Beer yasası ve uygun seyreltme faktörü ile uygun olarak ε = 0.036 l / cm · mg ile süspansiyon haline SWNTs yaklaşık konsantrasyonunu belirlemek için bir UV / Vis spektrofotometre kullanılarak 632 nm&#39;deki absorbansı ölçülür. </li></ol></li><li> Amfifilik polimer süspansiyonlarıSWNTs arasında <ol><li> tek kullanımlık spatula, mikro santrifüj tüplerine ve SWNT stokunun statik elektriği çıkarın. Bir duman başlığı içinde,% 2 SC çözeltisi 5 mL 5 mg SWNTs ekleyin (alternatif olarak, SDS çözeltisi kullanılabilir). </li><li> 6 mm çapında bir ucu olan bir ultrasonikatör kullanılarak, bir buz banyosunda% 40 genlik de 1 saat çözeltisi sonikasyon. </li><li> Bir ultrasantrifüjdeki kullanarak ve dikkatli supernatant toplamak 4 saat 150.000 xg&#39;de örnek Santrifüj. </li><li> (Örneğin, RITC-PEG-RITC) SC-SWNT çözeltisi içinde amfifilik polimerin ağırlıkça% 1 oranında çözülür. </li><li> iyonu giderilmiş su, 1 L karşı 3.5 kDa diyaliz membranı kullanılarak polimer SC-SWNT çözeltisi Dialyze ya da 5 gün süre ile tampon. suyu değiştirin veya bu kadar uzun süre seçim yüzey kaldırılmasını sağlar gibi, saat 2 ve saat 4. büyük diyaliz membran kullanılabilir sonra tampon, ama SWNT ve amfifilik polimer hem tutma. </li><li> belirlemek için bir UV / Vis spektrofotometre kullanılarak 632 nm&#39;de çözüm absorbansı ölçülürLambert-Beer yasası ve uygun seyreltme faktörü uyarınca ε = 0.036 L / cm * mg kullanarak askıya SWNTs yaklaşık konsantrasyonu. </li></ol></li></ol> Yüzey İmmobilize SWNT Sensörler 3. hazırlanması <ol><li> BSA-biyotin ve NeutrAvidin Stok çözeltilerin hazırlanması <ol><li> 4 ° C&#39;de 10 mg / ml stok çözeltisi ve mağaza yapmak için 1 mL deiyonize su içinde 10 mg liyofilize BSA biotin çözülür. </li><li> 5 mg / ml stok çözelti yapmak için deiyonize su, 2 mL içerisinde 10 mg NeutrAvidin protein (NAV avidin protein deglikosile) içinde çözülür. -20 ° C&#39;de saklayın alikotları. Çözülmüş alikotları 4 ° C&#39;de birkaç gün muhafaza edilebilir. </li></ol></li><li> BSA-Biotin kaplı mikroskop slaytlar hazırlayın <ol><li> metanol, aseton ve deiyonize su son bir durulama adımı ve ardından bir mikroskop slaydı ve deiyonize su ile 0.17 mm kapak camı (veya mikroskop amaç için uygun), temiz. </li><li&gt; Temiz bir mikroskop lamı üzerine yaklaşık 5 mm aralıklı çift taraflı bant birkaç adet koyarak kanallar oluşturun. Uzun bir cam lamel alarak ve çift taraflı bant üst üzerine basarak kanalları kapatılmalıdır. Kapak kayma ve slayt kenarları aynı hizada değildir bu yüzden mikroskop lamı merkezli olduğundan emin olun. </li><li> 1 mg / mL&#39;lik nihai bir konsantrasyona kadar 900 uL 1x Tris tampon BSA-Biotin, stok çözeltisi 100 uL ekleyin. </li><li> bir ucuna çözelti pipetleme ve doku kullanan diğer çözümün uzaklıkta sürtmeyle kanala BSA-biyotin çözeltisi 50 uL akış. 0.1 M NaCI, 50 uL 3-5 akıtma ve ardından 5 dakika süreyle inkübe edin. </li><li> 0.2 mg / mL&#39;lik nihai bir konsantrasyona kadar 960 uL 1x Tris tamponu içinde 5 mg / ml NAV stokunun 40 uL seyreltilir. </li><li> bir ucuna çözelti pipetleme ve doku kullanan diğer çözümün uzaklıkta sürtmeyle kanala NAV solüsyonu 50 uL akış. 2-5 dakika inkübe0.1 M NaCI, 50 uL 3-5 akıtma izledi. </li><li> 1-10 mg / L&#39;lik bir konsantrasyonda Görüntüleme tampon maddesi içinde süspansiyon haline SWNTs bir stok çözelti seyreltilir ve kanala çözeltisi 50 uL akış ve 5 dakika için inkübe edilir. </li><li> Yavaşça görüntüleme tampon 50 uL kullanarak fazla SWNTs uzakta durulayın. </li></ol></li><li> APTES Silanlanmış mikroskop lamı hazırlanması Not: APTES slaytlar bir yolu, bir cam alt-tabaka yüzeyine, negatif yüklü DNA sarılmış SWNTs hareketsiz izin silanize. <ol><li> Etanol (3-aminopropil) trietoksisilan (APTES) içindeki bir% 10 çözelti hazırlayın. </li><li> 3.2.2 açıklanan aşamalara göre yapılır kanalları kullanılarak, 100 uL 1x Tris tamponu içinde akar. </li><li> APTES çözeltisi ile kanal yıkayın ve 5 dakika için inkübe edilir. 1x Tris tamponu ile yıkayın. </li><li> 1-10 mg / Arazi akışının bir konsantrasyonda kanalı ve bir inkubasyondan içine çözeltisinin 50 uL görüntüleme tampon içinde süspansiyon haline getirilmiş DNA SWNTs stok çözümleri seyreltilir5 dakika boyunca yedi. </li><li> Yavaşça görüntüleme tampon 50 uL kullanarak fazla SWNTs uzakta durulayın. </li></ol></li></ol> 4. Floresans Spektroskopisi ve SWNT Sensör Mikroskopi <ol><li> Nir Floresan Mikroskopi <ol><li> lazer uyarma ve görüntüleme için bir InGaAs sensör dizisi ile donatılmış bir ters mikroskop kullanılarak yüzey hareketsiz SWNTs görüntülenmesine gerçekleştirin. </li><li> Ayarlanabilir kinematik bağlar aynalar ve liman yüksekliğe ayarlayın sonrası monte süsen bir çift kullanarak ters bir mikroskop arka aydınlatma noktasını girmek için lazer ışını doğrudan. ışın düzeyinde olduğundan emin olun ve sonraki aynalar arasında ve aydınlatma bağlantı noktasını girmeden önce yerleştirildiğinde düz onaylayarak her iki süsen geçer. Gerekirse, bir periskop tertibatı kullanılarak kiriş yüksekliğini ayarlayın. kiriş zayıflatmak olacağını aydınlatma bağlantı noktasında herhangi bir kısa-geçişli ısı filtrelerini çıkarın. </li><li> mikroskop içine uygun bir filtre küp yerleştirinhedefi haline uyarma ışık yansıtır ve emisyon ışığı toplamak için. Bu genellikle dalgaboyu üzerinde bir kesim, (örneğin, 750 LP) ve daha fazla sensör vurarak dağınık uyarma ışık en aza indirmek için bir emisyon uzun geçiş filtresi (örneğin, 850 LP) ile dikroik uzun geçiş filtresi oluşur. Buna ek olarak, emisyon filtresi belli bir kiralite SWNTs emisyonu için seçici olması tercih edilebilir. </li><li> 1 mm&#39;lik deliklerin içeren iki ofset, buzlu diskler ile objektif yerine uygun bir uyum küp takarak ışın hizalama ince ayarlamalar yapın. hem alt ve üst hizalama disklerin merkezine ışını aynı hizaya getirin. </li><li> Sensör boyutuna uyması için gerekirse uygun bir adaptör ve bir 0.5x lens kullanarak mikroskop yan görüntüleme noktasına 2D InGaAs sensör dizisi takın. </li><li> Bir 100X immersiyon yağı hedefi (1.4 NA) kullanarak, floresan ücretsiz daldırma yağı uygulayın ve IMMOBI koyunMikroskop sahneye lized SWNT örnek. </li><li> Yağ temas edene kadar cam kapak alt (# 1.5, 170 mikron kalınlığında) objektif kaldırın. Görüntüleme koşulları, örneğin, sıcaklık, cam kalınlığı, vb objektif yaka ayarlamalar yapmak gerekirse </li><li> Yavaş yavaş uyarım kaynağı ile objektif yükseltmek ve InGaAs kamera floresan sinyalini izler. odak düzlemi yüzeyini yaklaşır ve hareketsiz sensörler odak noktası haline gelmek gibi floresan yoğunluğu kademeli olarak artmalıdır. </li></ol></li><li> Nir Floresans Spektroskopisi NOT: Floresans spektroskopisi aynı mikroskop kurulumu kullanarak gerçekleştirilen ancak mikroskop vücudun dışına ve bir spektrometre ve InGaAs doğrusal dizi dedektör içine toplanan ışığı yönlendirerek edilebilir. <ol><li> Nir için puan kinematik bağlar ve aynalar kullanılarak, spektrometrenin giriş açıklığına doğru ışık yolu yönlendirmek. Bir poi ışık aşağı Odakgirişinde bir odaklama lens kullanarak yarık nt üzerine (örneğin, dışbükey, f = 150 mm). Bu hizalama &lt;1 mW lazer gücünü zayıflatan ve 1 &quot;ayna ile mikroskop objektif değiştirerek ve 50/50 ışın bölücü filtre küp kullanılarak gerçekleştirilir. Uyarma ışık daha sonra çıkış kısmından mikroskop bedeni terk ve can olacak giriş açıklığının üzerine ışını odaklamak için aynalar ve lensi ayarlamak için kullanılır. </li><li> mikroskop objektif ve uzun geçiş filtresi değiştirdikten sonra, sahneye bir plaka koyun ve spektrometre ve InGaAs dizi kullanarak bir in-odak örnek spektrumları kaydedin. </li></ol></li><li> Dopamin (GT) 15 DNA SWNTs geri dönüşümlü yanıtının ölçülmesi <ol><li> Dağı sensör mikroskop sahneye kanalları kaplı ve bir 100X petrol nesnel ve InGaAs kamerayı kullanarak odak noktası haline getirmek. akış kanalı ve kayıt fosfat tamponlu tuzlu su içinde 100 uM dopamin çözeltisi (PBS) içinde 50 ul eklefloresan değişimi. </li><li> fosfat tamponlu tuzlu su kullanarak dopamin çözüm yıkayın ve bireysel SWNT sensörleri floresan değişimi gözlemlemek. </li></ol></li><li> SWNTs sensörlerin analit yanıtı için iyi plakalı tarama Not: farklı analite taranması, bir motorlu kaide ile kontrol saydam plaka kullanılarak gerçekleştirilebilir. İdeal çukurlu plaka görülebilir ve IR şeffaf ve oyuklar arasındaki karışma en aza indirmek için, siyah yan duvarlar ihtiva etmektedir. <ol><li> Süspansiyon haline SWNT sensör (örneğin, 5 mg / L konsantrasyon) her bir yeterli bir 384-oyuklu bir plaka için 96 oyuklu bir plaka için de eşit, genellikle&gt; 100 uL alt ve&gt; 30 uL kapsayacak Pipet eşit hacimleri . </li><li> Pipet analitler (örneğin, 2 uL 100 uM nihai hacim) gözlü plakalara kütüphanenin taranması ile ilgili. potansiyelin iyi-to-kuyu varyasyon, fluctuat hesaba üç kopya halinde her analit hazırlayınuyarım yoğunluğu, veya sıcaklığın iyonları. </li><li> Hedefi yükseltmek (örneğin, 20X achroplan, 0.45 NA) spektrometresi ve InGaAs dizisini kullanarak emisyon spektrumları izlerken. amacın optimal pozisyonu ölçülen yoğunluğu maksimum karşılık gelmelidir kuyudaki numune hacmi, ortasında yaklaşık odak düzlemi koyacağız. </li><li> Her örnek kuyu için, bir spektrum toplamak için 1-10 s pozlama kaydedin. </li><li> Floresan yanıtı ölçmek için, ek bir analit olmadan da SWNTs ihtiva eden bir kontrol ile her bir emisyon spektrumunu karşılaştır. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G., Avouris, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Carbon Nanotubes. 80, (2001).</li><li>O'Connell, M. J., Bachilo, S. 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=Band+gap+fluorescence+from+individual+single-walled+carbon+nanotubes.">Band gap fluorescence from individual single-walled carbon nanotubes.</a> Science. 297 (5581), 593-596 (2002).</li><li>Wang, F., Dukovic, G., Brus, L. E., Heinz, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Optical+Resonances+in+Carbon+Nanotubes+Arise+from+Excitons.">The Optical Resonances in Carbon Nanotubes Arise from Excitons.</a> Science. 308 (5723), (2005).</li><li>Heller, D. A., Baik, S., Eurell, T. E., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Walled+Carbon+Nanotube+Spectroscopy+in+Live+Cells:+Towards+Long-Term+Labels+and+Optical+Sensors.">Single-Walled Carbon Nanotube Spectroscopy in Live Cells: Towards Long-Term Labels and Optical Sensors.</a> Adv Mat. 17 (23), 2793-2799 (2005).</li><li>Boghossian, A. 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=Near-Infrared+Fluorescent+Sensors+based+on+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+for+Life+Sciences+Applications.">Near-Infrared Fluorescent Sensors based on Single-Walled Carbon Nanotubes for Life Sciences Applications.</a> Chem Sus Chem. 4 (7), 848-863 (2011).</li><li>Kruss, 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=Carbon+nanotubes+as+optical+biomedical+sensors.">Carbon nanotubes as optical biomedical sensors.</a> Adv Drug Del Rev. 65 (15), 1933-1950 (2013).</li><li>Girifalco, L. A., Hodak, M., Lee, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotubes,+buckyballs,+ropes,+and+a+universal+graphitic+potential.">Carbon nanotubes, buckyballs, ropes, and a universal graphitic potential.</a> Phys Rev B. 62 (19), 13104-13110 (2000).</li><li>Baughman, R. H., 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=Carbon+nanotubes--the+route+toward+applications.">Carbon nanotubes--the route toward applications.</a> Science. 297 (5582), 787-792 (2002).</li><li>Zheng, 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=DNA-assisted+dispersion+and+separation+of+carbon+nanotubes.">DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes.</a> Nature Materials. 2 (5), 338-342 (2003).</li><li>Banerjee, S., Hemraj-Benny, T., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Covalent+Surface+Chemistry+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Covalent Surface Chemistry of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Adv Mat. 17 (1), 17-29 (2005).</li><li>Moore, V. C., 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=Individually+Suspended+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+in+Various+Surfactants.">Individually Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes in Various Surfactants.</a> Nano Letters. 3 (10), 1379-1382 (2003).</li><li>Tu, X., Zheng, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+DNA-based+approach+to+the+carbon+nanotube+sorting+problem.">A DNA-based approach to the carbon nanotube sorting problem.</a> Nano Research. 1 (3), 185-194 (2008).</li><li>Mangalum, A., Rahman, M., Norton, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Site-Specific+Immobilization+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+onto+Single+and+One-Dimensional+DNA+Origami.">Site-Specific Immobilization of Single-Walled Carbon Nanotubes onto Single and One-Dimensional DNA Origami.</a> J Am Chem Soc. 135 (7), 2451-2454 (2013).</li><li>Monopoli, M. P., &#197;berg, C., Salvati, A., Dawson, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomolecular+coronas+provide+the+biological+identity+of+nanosized+materials.">Biomolecular coronas provide the biological identity of nanosized materials.</a> Nature Nano. 7 (12), 779-786 (2012).</li><li>Jeng, E. S., Moll, A. E., Roy, A. C., Gastala, J. B., Strano, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+DNA+Hybridization+Using+the+Near-Infrared+Band-Gap+Fluorescence+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes.">Detection of DNA Hybridization Using the Near-Infrared Band-Gap Fluorescence of Single-Walled Carbon Nanotubes.</a> Nano Letters. 6 (3), 371-375 (2006).</li><li>Yang, R., 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=Carbon+Nanotube-Quenched+Fluorescent+Oligonucleotides:+Probes+that+Fluoresce+upon+Hybridization.">Carbon Nanotube-Quenched Fluorescent Oligonucleotides: Probes that Fluoresce upon Hybridization.</a> J Am Chem Soc. 130 (26), 8351-8358 (2008).</li><li>Yum, K., Ahn, J., McNicholas, T., Barone, P., Mu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boronic+acid+library+for+selective,+reversible+near-infrared+fluorescence+quenching+of+surfactant+suspended+single-walled+carbon+nanotubes+in+response+to+glucose.">Boronic acid library for selective, reversible near-infrared fluorescence quenching of surfactant suspended single-walled carbon nanotubes in response to glucose.</a> Acs Nano. 6 (1), 819-830 (2011).</li><li>Kim, J. H., 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=A+Luciferase/Single-Walled+Carbon+Nanotube+Conjugate+for+Near-Infrared+Fluorescent+Detection+of+Cellular+ATP.">A Luciferase/Single-Walled Carbon Nanotube Conjugate for Near-Infrared Fluorescent Detection of Cellular ATP.</a> Ange Chem Int Ed. 49 (8), 1456-1459 (2010).</li><li>Jin, H., 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=Detection+of+single-molecule+H2O2+signalling+from+epidermal+growth+factor+receptor+using+fluorescent+single-walled+carbon+nanotubes.">Detection of single-molecule H2O2 signalling from epidermal growth factor receptor using fluorescent single-walled carbon nanotubes.</a> Nat Nano. 5 (4), 302-309 (2010).</li><li>Kim, J. H., 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=The+rational+design+of+nitric+oxide+selectivity+in+single-walled+carbon+nanotube+near-infrared+fluorescence+sensors+for+biological+detection.">The rational design of nitric oxide selectivity in single-walled carbon nanotube near-infrared fluorescence sensors for biological detection.</a> Nat Chem. 1 (6), 473-481 (2009).</li><li>Giraldo, J. P., 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=Plant+nanobionics+approach+to+augment+photosynthesis+and+biochemical+sensing.">Plant nanobionics approach to augment photosynthesis and biochemical sensing.</a> Nat Mat. 13 (4), 400-408 (2014).</li><li>Samanta, S. K., 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=Conjugated+Polymer-Assisted+Dispersion+of+Single-Wall+Carbon+Nanotubes:+The+Power+of+Polymer+Wrapping.">Conjugated Polymer-Assisted Dispersion of Single-Wall Carbon Nanotubes: The Power of Polymer Wrapping.</a> Acc Chem Res. 47 (8), 2446-2456 (2014).</li><li>Zou, 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=Dispersion+of+Pristine+Carbon+Nanotubes+Using+Conjugated+Block+Copolymers.">Dispersion of Pristine Carbon Nanotubes Using Conjugated Block Copolymers.</a> Adv Mat. 20 (11), 2055-2060 (2008).</li><li>Zheng, 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=Structure-Based+Carbon+Nanotube+Sorting+by+Sequence-Dependent+DNA+Assembly.">Structure-Based Carbon Nanotube Sorting by Sequence-Dependent DNA Assembly.</a> Science. 302 (5650), (2003).</li><li>Strano, M. 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=Understanding+the+Nature+of+the+DNA-Assisted+Separation+of+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+Using+Fluorescence+and+Raman+Spectroscopy.">Understanding the Nature of the DNA-Assisted Separation of Single-Walled Carbon Nanotubes Using Fluorescence and Raman Spectroscopy.</a> Nano Lett. 4 (4), 543-550 (2004).</li><li>Bisker, G., 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=Protein-targeted+corona+phase+molecular+recognition.">Protein-targeted corona phase molecular recognition.</a> Nat Comm. 7, 10241 (2016).</li><li>Nelson, J. T., 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=Mechanism+of+Immobilized+Protein+A+Binding+to+Immunoglobulin+G+on+Nanosensor+Array+Surfaces.">Mechanism of Immobilized Protein A Binding to Immunoglobulin G on Nanosensor Array Surfaces.</a> Anal Chem. 87 (16), 8186-8193 (2015).</li><li>Zhang, 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=Molecular+recognition+using+corona+phase+complexes+made+of+synthetic+polymers+adsorbed+on+carbon+nanotubes.">Molecular recognition using corona phase complexes made of synthetic polymers adsorbed on carbon nanotubes.</a> Nat nanotechnol. 8 (12), 959-968 (2013).</li><li>Kruss, 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=Neurotransmitter+detection+using+corona+phase+molecular+recognition+on+fluorescent+single-walled+carbon+nanotube+sensors.">Neurotransmitter detection using corona phase molecular recognition on fluorescent single-walled carbon nanotube sensors.</a> J Am Chem Soc. 136 (2), 713-724 (2014).</li><li>Salem, D. P., 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=Chirality+dependent+corona+phase+molecular+recognition+of+DNA-wrapped+carbon+nanotubes.">Chirality dependent corona phase molecular recognition of DNA-wrapped carbon nanotubes.</a> Carbon. 97, 147-153 (2016).</li><li>Giraldo, J. P., 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=A+Ratiometric+Sensor+Using+Single+Chirality+Near-Infrared+Fluorescent+Carbon+Nanotubes:+Application+to+In+Vivo+Monitoring.">A Ratiometric Sensor Using Single Chirality Near-Infrared Fluorescent Carbon Nanotubes: Application to In Vivo Monitoring.</a> Small. 11 (32), 3973-3984 (2015).</li><li>Karousis, N., Tagmatarchis, N., Tasis, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+Progress+on+the+Chemical+Modification+of+Carbon+Nanotubes.">Current Progress on the Chemical Modification of Carbon Nanotubes.</a> Chem Rev. 110 (9), 5366-5397 (2010).</li><li>Movia, D., Del Canto, E., Giordani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Purified+and+Oxidized+Single-Walled+Carbon+Nanotubes+as+Robust+Near-IR+Fluorescent+Probes+for+Molecular+Imaging.">Purified and Oxidized Single-Walled Carbon Nanotubes as Robust Near-IR Fluorescent Probes for Molecular Imaging.</a> J Phys Chem C. 114 (43), 18407-18413 (2010).</li><li>Cognet, L., 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=Stepwise+quenching+of+exciton+fluorescence+in+carbon+nanotubes+by+single-molecule+reactions.">Stepwise quenching of exciton fluorescence in carbon nanotubes by single-molecule reactions.</a> Science. 316 (5830), 1465-1468 (2007).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Elde edilen SWNT polimer melez koloidal dispersiyon sağladığı optik yoğunluktaki artış ile gösterildiği gibi SWNTs hali hazırda, SDS ve ssDNA doğrudan sonikasyon ile sulu çözelti içinde süspanse edilmektedir. SDS ve ssDNA dağılır ve hidrofobik veya PI-pi etkileşimlerle SWNT yüzeyi üzerine adsorbe ederek SWNTs demetlerini çözünür. Ek olarak, genomik DNA, amfifilik polimerler, birleştirilmiş polimerler ve lipitler gibi diğer polimerleri, SC veya SDS ile süspansiyon örneklerinin diyaliz ile SW...

Tek duvarlı karbon nanotüpler (SWNTs) atomik karbon atomlarının ince tabakalar eşsiz elektronik ve optik özelliklerini sergileyen ince uzun silindir içine yuvarlandı vardır. 1 Bu özellikler yerel çevreye son derece duyarlı exciton rekombinasyon yoluyla yakın kızılötesi (NIR) floresan emisyon üreten bir bant boşluk bulunmaktadır. SWNTs NIR emisyon ışık penetrasyon derinliği biyolojik doku için maksimal olduğu yakın kızılötesi pencere içinde düşer. , SWNT sergi büyük Stokes kayması photobleach yoktur ve yanıp yok: 2,3 Ayrıca, SWNTs organik fluorophores aksine atipik birçok benzersiz özellik sergilerler. 4 Son zamanlarda, bu özelliklere istismar biyoloji uygulamaları ile yeni moleküler sensörlerin bir ürün yelpazesine gelişmesine yol açmıştır. 5,6 değiştirilmemiş, ancak, SWNTs suda çözünmeyen ve tek tek SWNTs süspansiyonları elde edilmesi zor olabilir. 7,8 Bundling ve çözeltide SWNTs toplanması algılama uygulamaları için uygun hale getirilerek onların bant boşluk floresan, 2 allak bullak edebilir. sulu çözelti içinde tek tek C-nanotüpler Dispersleme hidrofobiklik odaklı toplanmasını engellemek için yüzey modifiye gerektirir. Kovalent modifikasyon SWNTs suda çözünür, 10 oluşturmak yanı sıra spesifik bağlanma kimyası vermek mümkün olmakla birlikte 9 SWNT kafes, kusurlu kısımları azaltmak ya da floresan emisyon ortadan kalkar. Hidrofobik ve pi-pi istifleme etkileşimler yoluyla nanotüp yüzeyine adsorbe 13 - bunun yerine, SWNT işlevselleştirme yüzey aktif maddeler, lipidler, polimerler ve DNA 9,11 kullanılarak gerçekleştirilebilir. yüzey fonksiyonalizasyonuna SWNTs Çevre elde kimyasal ortamı, korona faz olarak adlandırılır. korona fazına tedirginlikler fluor SWNT için modülasyon neden nanotüp yüzeyinde seyahat eksitonlar üzerinde büyük bir etkisi olabiliremisyon Escence. Bu korona faz ve SWNT geniş yüzey alanı üzerine belirli bağlayıcı yöntemleri dahil ederek yeni moleküler sensörler geliştirmek için kullanılabilir SWNT floresan arasındaki bu hassas bir ilişkidir. analit bağlanması üzerine SWNT korona fazına tedirginlikler, yerel dielektrik ortamındaki değişikliklere yol transferi ücret veya sinyal iletim mekanizması olarak hizmet vermeye SWNTs floresan emisyon modüle bütün bunlar kafes kusurları, tanıtabilirsiniz. 14, bu yaklaşım, DNA da dahil olmak üzere moleküller, birçok farklı sınıfların tespiti, 15,16 glükoz 17 ve ATP gibi küçük moleküller için yeni floresent sensörlerin geliştirilmesinde kullanılır 18. Reaktif oksijen türleri 19 ve nitrik oksit. 20,21 Bununla birlikte, bu yaklaşımlar, hedef analit için bilinen bir bağlama yöntemi varlığına dayandığı sınırlıdır. Son zamanlarda, daha genel bir uygulamafloresent sensörlerin tasarlamak için Roach kovalent olmayan bir şekilde amfifilik heteropolimerler, fosfolipidler ve polinükleik asitler ile işlevselleştirilmiş SWNTs kullanılarak geliştirilmiştir. Özellikle proteinler 26,27 veya nörotransmiter dopamin içeren küçük molekülleri bağlayan benzersiz korona fazların 25 - Bu moleküller tek tek SWNTs 22 derece kararlı süspansiyonları üretmek için karbon nanotüp yüzeylere adsorbe. 28-30 Mühendislik SWNTs ve spesifik olarak bağlanan bir hedef analitleri dağıtmak için korona fazı olarak korona fazlı moleküler tanıma (CoPhMoRe) olarak adlandırılır. 28 küçük boyutlu, düşük toksisite, yüksek stabilite ve CoPhMoRe SWNT sensörlerinin unbleaching Nir floresan onları uzun zamana bağımlı ölçümler için in vivo algılama için mükemmel bir aday olun. 6 Yeni çalışmalar reaktif nitrojen ve oksijen türlerinin optik tespiti için bitki dokularında uygulamalarını göstermiştir. 31Böyle elektrokimyasal algılama veya immünhistokimya gibi diğer teknikler, uzamsal çözünürlük, zamansal çözünürlük ve özgüllük eksikliğinden muzdarip nerede CoPhMoRe SWNT sensörler için özellikle heyecan verici bir uygulama gibi in vivo, dopamin olarak nörotransmitterlerin etiket ücretsiz tespiti için potansiyel var. Tasarımı ve keşfetmek CoPhMoRe SWNT sensörleri kadar belirli bir hedef için bir algılayıcı bulma ihtimalini sınırlamak, dağıtıcı kütüphanenin boyutu ve kimyasal çeşitliliği tarafından tutulurken edilmiştir. Bugüne kadar, araştırmacılar sadece konjüge ortak bloğu, biyolojik ve SWNT sensörleri gibi fonksiyonel olarak aktif dağıtıcılar hizmet verebilir biomimetic polimerlerin yüzeyinde çizik var. Burada, her iki SWNTs dağıtıcı ve yüksek miktarda madde taraması için tek SWNT sensör analiz için kendi flüoresans karakterize etmek için farklı yöntemler sunmaktadır. Özellikle, polinükleik asit oligom sahip kaplama SWNTs prosedürün ana hatlarınıErs diyaliz ile yüzey değişimi yoluyla amfifilik polimerler ile SWNT işlevselleştirilmesi nasıl yanı sıra doğrudan sonikasyon kullanılarak. Bu örnek olarak rodamin izotiosiyanat (RITC-PEG-RITC) ile fonksiyonelleştirilmiş (GT) 15-a-DNA ve polietilen glikol kullanımı. Biz dopamin saptanması için bir sensör olarak CoPhMoRe (GT) 15-a-DNA SWNTs kullanımını göstermektedir. Son olarak, biz karakterizasyonu veya tek molekül algılama için kullanılabilir tek bir molekül sensör ölçümlerini gerçekleştirmek için prosedürleri özetlemektedir.

<table><tbody><tr><td>sodium chloride</td><td>Fisher Scientific</td><td>S271-1</td><td></td></tr><tr><td>sodium dodecyl sulfate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>L6026</td><td></td></tr><tr><td>sodium cholate hydrate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C6445</td><td></td></tr><tr><td>tris base (Trizma base)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>93362</td><td></td></tr><tr><td>hydrochloric acid</td><td>Fisher Scientific</td><td>A144-212</td><td></td></tr><tr><td>Amine-PEG-amine,NH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;-PEG-NH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Nanocs Inc</td><td>PG2-AM-5k</td><td></td></tr><tr><td>rhodamine B isothiocyanate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>283924</td><td></td></tr><tr><td>fluorescein isothiocyanate</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F7250</td><td></td></tr><tr><td>dichloromethane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>676853</td><td></td></tr><tr><td>dimethylformamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D4551</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N,N&lt;/em&gt;-diisopropylethylamine</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D125806</td><td></td></tr><tr><td>diethyl ether</td><td>Sigma Aldrich</td><td>673811</td><td></td></tr><tr><td>Tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C4706&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>5&amp;rsquo;-thiol-modified DNA&amp;nbsp;</td><td>Integrated DNA Technologies</td><td></td><td></td></tr><tr><td>methoxypolyethylene glycol maleimide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>63187</td><td></td></tr><tr><td>100 kDa spin filters</td><td>Millipore</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HiPCO Super purified single walled carbon nanotubes</td><td>Integris</td><td>HiPco SuperPurified</td><td></td></tr><tr><td>phosphate buffered saline</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P5493</td><td></td></tr><tr><td>anti static gun</td><td>Milty</td><td>Milty Zerostat 3</td><td></td></tr><tr><td>centrifuge</td><td>Eppendorf</td><td>5415 D</td><td></td></tr><tr><td>ultra sonicator</td><td>Cole Parmer</td><td>CV18</td><td></td></tr><tr><td>dialysis cassettes</td><td>Thermo scientific</td><td>Slide-A-Lyzer G2 87722</td><td></td></tr><tr><td>BSA-biotin</td><td>Thermo scientific</td><td>29130</td><td></td></tr><tr><td>Neutravidin protein</td><td>Thermo scientific</td><td>31000</td><td></td></tr><tr><td>(3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>440140</td><td></td></tr><tr><td>inverted microscope</td><td>Zeiss</td><td>Axio Observer.Z1</td><td></td></tr><tr><td>kinematic mirrors</td><td>ThorLabs</td><td>KM200-E03</td><td></td></tr><tr><td>periscope</td><td>ThorLabs</td><td>RS99</td><td></td></tr><tr><td>immersion oil</td><td>Zeiss</td><td>Immersol 518f</td><td></td></tr><tr><td>100X objective</td><td>Zeiss</td><td>Plan-apochromat 100X oil, 1.4NA, PH3, 420791-9911-000</td><td></td></tr><tr><td>20X objective</td><td>Zeiss</td><td>N-Achroplan 0.45 NA, 420953-9901-000&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>cover glass</td><td>Healthrow Scientific</td><td>HS159879H</td><td></td></tr><tr><td>dopamine hydrochloride</td><td>Sigma Aldrich</td><td>H8502&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>infrared 2D array camera</td><td>Princeton Instruments</td><td>NIRvana</td><td></td></tr><tr><td>infrared 1D sensor array</td><td>Princeton Instruments</td><td>PyLoN IR</td><td></td></tr><tr><td>nIR spectrograph</td><td>Princeton Instruments</td><td>SCT-320</td><td></td></tr><tr><td>planoconvex lens</td><td>ThorLabs</td><td>LA1384</td><td></td></tr><tr><td>well plates (glass bottom)</td><td>Corning</td><td>4580</td><td></td></tr></tbody></table>

engineering molecular recognition with bio-mimetic polymers on single walled carbon nanotubes

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the optical window where biological samples are most transparent. Here, we outline techniques to adsorb amphiphilic polymers and polynucleic acids onto the surface of SWNTs to engineer their corona phases and create novel molecular sensors for small molecules and proteins. These functionalized SWNT sensors are both biocompatible and stable. Polymers are adsorbed onto the nanotube surface either by direct sonication of SWNTs and polymer or by suspending SWNTs using a surfactant followed by dialysis with polymer. The fluorescence emission, stability, and response of these sensors to target analytes are confirmed using absorbance and near-infrared fluorescence spectroscopy. Furthermore, we demonstrate surface immobilization of the sensors onto glass slides to enable single-molecule fluorescence microscopy to characterize polymer adsorption and analyte binding kinetics.

SWNTs yüzey aktif maddeler ve doğrudan sonikasyon ile diyaliz değişimiyle amfifilik polimerlerin her ikisini de kullanarak sulu bir çözelti içinde süspansiyon haline getirildi. Şekil 1 SC, RITC-PEF20-RITC kullanarak askıya demir karbonil katalize yöntemi (HiPCO) kullanılarak yetiştirilen ve, SWNTs gösterir (GT) 15-a-DNA. SDS (veya polimer) bir SWNTs optik yoğunluğu Sonikasyon sonrasında önemli ölçüde artırır ve santrifüj ile saflaştır...

Watch this Scientific Journal Video about Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes at JoVE.com

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

Tek Karbon Nanotüp Bio-mimetik Polimerler ile Mühendislik Moleküler Tanıma

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

engineering-molecular-recognition-with-bio-mimetic-polymers-on-single

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.1K Görüntüleme.  University of California Berkeley. We present a protocol for engineering the corona phase of near infrared fluorescent single walled carbon nanotubes (SWNTs) using amphiphilic polymers and DNA to develop sensors for molecular targets without known recognition elements.

Video: Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Fabrication, Densification, and Replica Molding of 3D Carbon Nanotube Microstructures

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip devices, and their applications. In particular, capabilities for cost-effective fabrication of polymer microstructures were transformed by the advent of soft lithography and other micromolding techniques 1, 2, and this led a revolution in applications of microfabrication to biomedical engineering and biology. Nevertheless, it remains challenging to fabricate microstructures with well-defined nanoscale surface textures, and to fabricate arbitrary 3D shapes at the micro-scale. Robustness of master molds and maintenance of shape integrity is especially important to achieve high fidelity replication of complex structures and preserving their nanoscale surface texture. The combination of hierarchical textures, and heterogeneous shapes, is a profound challenge to existing microfabrication methods that largely rely upon top-down etching using fixed mask templates. On the other hand, the bottom-up synthesis of nanostructures such as nanotubes and nanowires can offer new capabilities to microfabrication, in particular by taking advantage of the collective self-organization of nanostructures, and local control of their growth behavior with respect to microfabricated patterns. 
Our goal is to introduce vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), which we refer to as CNT "forests", as a new microfabrication material. We present details of a suite of related methods recently developed by our group: fabrication of CNT forest microstructures by thermal CVD from lithographically patterned catalyst thin films; self-directed elastocapillary densification of CNT microstructures; and replica molding of polymer microstructures using CNT composite master molds. In particular, our work shows that self-directed capillary densification ("capillary forming"), which is performed by condensation of a solvent onto the substrate with CNT microstructures, significantly increases the packing density of CNTs. This process enables directed transformation of vertical CNT microstructures into straight, inclined, and twisted shapes, which have robust mechanical properties exceeding those of typical microfabrication polymers. This in turn enables formation of nanocomposite CNT master molds by capillary-driven infiltration of polymers. The replica structures exhibit the anisotropic nanoscale texture of the aligned CNTs, and can have walls with sub-micron thickness and aspect ratios exceeding 50:1. Integration of CNT microstructures in fabrication offers further opportunity to exploit the electrical and thermal properties of CNTs, and diverse capabilities for chemical and biochemical functionalization 3.

We present methods for fabrication of patterned microstructures of vertically aligned carbon nanotubes (CNTs), and their use as master molds for production of polymer microstructures with organized nanoscale surface texture. The CNT forests are densified by condensation of solvent onto the substrate, which significantly increases their packing density and enables self-directed formation of 3D shapes.

3D Karbon Nanotube mikroyapılar, Üretimi, Yoğunlaştırma ve Replica Kalıp

The introduction of new materials and processes to microfabrication has, in large part, enabled many important advances in microsystems, lab-on-a-chip ...

Mühendislik

Polymer Microarrays for High Throughput Discovery of Biomaterials

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a combinatorial library of materials to be screened in a parallel, high throughput format1. Herein is described the formation and characterization of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique 2. This involves mixing monomers at varied ratios to produce a library of monomer solutions, transferring the solution to a glass slide format using a robotic printing device and curing with UV irradiation. This format is readily amenable to many biological assays, including stem cell attachment and proliferation, cell sorting and low bacterial adhesion, allowing the ready identification of 'hit' materials that fulfill a specific biological criterion3-5. Furthermore, the use of high throughput surface characterization (HTSC) allows the biological performance to be correlated with physio-chemical properties, hence elucidating the biological-material interaction6. HTSC makes use of water contact angle (WCA) measurements, atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). In particular, ToF-SIMS provides a chemically rich analysis of the sample that can be used to correlate the cell response with a molecular moiety. In some cases, the biological performance can be predicted from the ToF-SIMS spectra, demonstrating the chemical dependence of a biological-material interaction, and informing the development of hit materials5,3.

A description of the formation of a polymer microarray using an on-chip photopolymerization technique. The high throughput surface characterization using atomic force microscopy, water contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy and time of flight secondary ion mass spectrometry and a cell attachment assay is also described.

Biyomalzemelerin Yüksek Verimli Discovery için Polimer Mikroarray&#39;ler

The discovery of novel biomaterials that are optimized for a specific biological application is readily achieved using polymer microarrays, which allows a ...

Biyomühendislik

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

Yüzey EBL Fabrikasyon Nanostructured Alt Tabakalar Kullanma biyomoleküllerin Raman Spektroskopisi Algılama Geliştirilmiş

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous solution. In a carbon nanotube/PEO105-PPO70-PEO105 (poloxamer 407) aqueous solution, the amphiphilic poloxamer 407 adsorbs onto the carbon nanotube surfaces and self-assembles into continuous layers, driven by intermolecular interactions between constituent molecules. The addition of 5-methylsalicylic acid changes the self-assembled structure from spherical-micellar to a cylindrical morphology. The fabricated poloxamer 407/carbon nanotube hybrid particles exhibit thermo-responsive structural features so that the density and thickness of poloxamer 407 layers are also reversibly controllable by varying temperature. The detailed structural properties of the poloxamer 407/carbon nanotube particles in suspension can be characterized by small-angle neutron scattering experiments and model fit analyses. The distinct curve shapes of the scattering intensities depending on temperature control or addition of aromatic additives are well described by a modified core-shell cylinder model consisting of a carbon nanotube core cylinder, a hydrophobic shell, and a hydrated polymer layer. This method can provide a simple but efficient way for the fabrication and in-situ characterization of carbon nanotube-based nano particles with a structure-tunable encapsulation.

A method for the functionalization of carbon nanotubes with structure-tunable polymeric encapsulation layers and structural characterization using small-angle neutron scattering is presented.

Küçük açılı Nötron Saçılma tarafından Thermo-geri dönüşümlü Blok Kopolimer ve Karakterizasyonu Tek duvarlı Karbon Nanotüpler işlevselleştirilmesi

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous ...

Kimya

Repression of Multiple Myeloma Cell Growth In Vivo by Single-wall Carbon Nanotube (SWCNT)-delivered MALAT1 Antisense Oligos

The single-wall carbon nanotube (SWCNT) is a new type of nanoparticle, which has been used to deliver multiple kinds of drugs into cells, such as proteins, oligonucleotides, and synthetic small-molecule drugs. The SWCNT has customizable dimensions, a large superficial area, and can flexibly bind with drugs through different modifications on its surface; therefore, it is an ideal system to transport drugs into cells. Long noncoding RNAs (lncRNAs) are a cluster of noncoding RNA longer than 200 nt, which cannot be translated to protein but play an important role in biological and pathophysiological processes. Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1 (MALAT1) is a highly conserved lncRNA. It was demonstrated that higher MALAT1 levels are related to the poor prognosis of various cancers, including multiple myeloma (MM). We have revealed that MALAT1 regulates DNA repair and cell death in MM; thus, MALAT1 can be considered as a therapeutic target for MM. However, the efficient delivery of the antisense oligo to inhibit/knockdown MALAT1 in vivo is still a problem. In this study, we modify the SWCNT with PEG-2000 and conjugate an anti-MALAT1 oligo to it, test the delivery of this compound in vitro, inject it intravenously into a disseminated MM mouse model, and observe a significant inhibition of MM progression, which indicates that SWCNT is an ideal delivery shuttle for anti-MALAT1 gapmer DNA.

Repression of Multiple Myeloma Cell Growth In Vivo by Single-wall Carbon Nanotube SWCNT-delivered MALAT1 Antisense Oligos

This manuscript describes the synthesis of a single-wall carbon nanotube (SWCNT)-conjugated MALAT1 antisense gapmer DNA oligonucleotide (SWCNT-anti-MALAT1), which demonstrates the reliable delivery of the SWCNT and the potent therapeutic effect of anti-MALAT1 in vitro and in vivo. Methods used for synthesis, modification, conjugation, and injection of SWCNT-anti-MALAT1 are described.

Multipl Miyelom hücre büyümesini Vivo tek-duvar karbon nanotüp (SWCNT) tarafından yapılan bir baskı-MALAT1 antianlamlı Oligos teslim

The single-wall carbon nanotube (SWCNT) is a new type of nanoparticle, which has been used to deliver multiple kinds of drugs into cells, such as ...

Kanser Araştırmaları

Fabrication of Carbon Nanotube High-Frequency Nanoelectronic Biosensor for Sensing in High Ionic Strength Solutions

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them good candidates for high sensitivity biosensors. When a charged molecule binds to such a sensor surface, it alters the carrier density5 in the sensor, resulting in changes in its DC conductance. However, in an ionic solution a charged surface also attracts counter-ions from the solution, forming an electrical double layer (EDL). This EDL effectively screens off the charge, and in physiologically relevant conditions ~100 millimolar (mM), the characteristic charge screening length (Debye length) is less than a nanometer (nm). Thus, in high ionic strength solutions, charge based (DC) detection is fundamentally impeded6-8.
We overcome charge screening effects by detecting molecular dipoles rather than charges at high frequency, by operating carbon nanotube field effect transistors as high frequency mixers9-11. At high frequencies, the AC drive force can no longer overcome the solution drag and the ions in solution do not have sufficient time to form the EDL. Further, frequency mixing technique allows us to operate at frequencies high enough to overcome ionic screening, and yet detect the sensing signals at lower frequencies11-12. Also, the high transconductance of SWNT transistors provides an internal gain for the sensing signal, which obviates the need for external signal amplifier.
Here, we describe the protocol to (a) fabricate SWNT transistors, (b) functionalize biomolecules to the nanotube13, (c) design and stamp a poly-dimethylsiloxane (PDMS) micro-fluidic chamber14 onto the device, and (d) carry out high frequency sensing in different ionic strength solutions11.

We describe the device fabrication and measurement protocol for carbon nanotube based high frequency biosensors. The high frequency sensing technique mitigates the fundamental ionic (Debye) screening effect and allows nanotube biosensor to be operated in high ionic strength solutions where conventional electronic biosensors fail. Our technology provides a unique platform for point-of-care (POC) electronic biosensors operating in physiologically relevant conditions.

Yüksek İyonik Güç Çözümleri Algılama için karbon Nanotube Yüksek Frekans nanoelektronik Biyosensör Fabrikasyon

The unique electronic properties and high surface-to-volume ratios of single-walled carbon nanotubes (SWNT) and semiconductor nanowires (NW) 1-4 make them ...

Self-assembling Morphologies Obtained from Helical Polycarbodiimide Copolymers and Their Triazole Derivatives

A facile method for the preparation of polycarbodiimide-based secondary structures (e.g., nano-rings, &#34;craters,&#34; fibers, looped fibers, fibrous networks, ribbons, worm-like aggregates, toroidal structures, and spherical particles) is described. These aggregates are morphologically influenced by extensive hydrophobic side chain-side chain interactions of the singular polycarbodiimide strands, as inferred by atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. Polycarbodiimide-g-polystyrene copolymers (PS-PCDs) were prepared by a combination of synthetic methods, including coordination-insertion polymerization, copper(I)-catalyzed azide alkyne cycloaddition (CuAAC) &#34;click&#34; chemistry, and atom transfer radical polymerization (ATRP). PS-PCDs were found to form specific toroidal architectures at low concentrations in CHCl3. To determine the influence of a more polar solvent medium (i.e., THF and THF/EtOH) on polymer aggregation behavior, a number of representative PS-PCD composites have been tested to show discrete concentration-dependent spherical particles. These fundamental studies are of practical interest to the development of experimental procedures for desirable architectures by directed self-assembly in thin film. These architectures may be exploited as drug carriers, whereas other morphological findings represent certain interest in the area of novel functional materials.

Here, we present a protocol to prepare and visualize secondary structures (e.g., fibers, toroidal architectures, and nano-spheres) derived from helical polycarbodiimides. The morphology characterized by both atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) was shown to depend on molecular structure, concentration, and the solvent of choice.

Sarmal polikarbodiimidden Kopolimer ve Bunların Triazole Türevleri elde edilen kendinden montaj morfolojileri

A facile method for the preparation of polycarbodiimide-based secondary structures (e.g., nano-rings, &#34;craters,&#34; fibers, looped fibers, fibrous ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a free-radical polymerization strategy to enable the modulation of the nanotube surface properties and produce supramolecular self-assembly of the nanostructures. First, a selective hydroxylation of the pristine nanotubes through a biphasic catalytically mediated oxidation reaction creates superficially distributed reactive sites at the sidewalls. The latter reactive sites are subsequently modified with methacrylic moieties using a silylated methacrylic precursor to create polymerizable sites. Those polymerizable groups can address further polymerization of styrene to produce a hybrid nanomaterial containing PS chains grafted to the nanotube sidewalls. The polymer-graft content, amount of silylated methacrylic moieties introduced and hydroxylation modification of the nanotubes are identified and quantified by Thermogravimetric Analysis (TGA). The presence of reactive functional groups hydroxyl and silylated methacrylate are confirmed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Polystyrene-grafted carbon nanotube solutions in tetrahydrofuran (THF) provide wall-to-wall collinearly self-assembled nanotubes when cast samples are analyzed by transmission electron microscopy (TEM). Those self-assemblies are not obtained when suitable blanks are similarly cast from analogous solutions containing non-grafted counterparts. Therefore, this method enables the modification of the nanotube anisotropic patchiness at the sidewalls which results into spontaneous auto-organization at the nanoscale.

A procedure for the synthesis of polystyrene-grafted multiwalled carbon nanotubes using successive chemical modification steps to selectively introduce the polymer chains to the sidewalls and their self-assembly via anisotropic patchiness is presented.

Multiwalled karbon nanotüpler kendinden montajlı etkinleştirmek için polistiren ve Anizotropik seçimdeki aşılama

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of flexible polymers nor of rigid rods. Underlying filaments remain outstretched due to their non-vanishing backbone stiffness, which is quantified via the persistence length (lp), but they are also subject to strong thermal fluctuations. Their finite bending stiffness leads to unique, non-trivial collective mechanics of bulk networks, enabling the formation of stable scaffolds at low volume fractions while providing large mesh sizes. This underlying principle is prevalent in nature (e.g., in cells or tissues), minimizing the high molecular content and thereby facilitating diffusive or active transport. Due to their biological implications and potential technological applications in biocompatible hydrogels, semiflexible polymers have been subject to considerable study. However, comprehensible investigations remained challenging since they relied on natural polymers, such as actin filaments, which are not freely tunable. Despite these limitations and due to the lack of synthetic, mechanically tunable, and semiflexible polymers, actin filaments were established as the common model system. A major limitation is that the central quantity lp cannot be freely tuned to study its impact on macroscopic bulk structures. This limitation was resolved by employing structurally programmable DNA nanotubes, enabling controlled alteration of the filament stiffness. They are formed through tile-based designs, where a discrete set of partially complementary strands hybridize in a ring structure with a discrete circumference. These rings feature sticky ends, enabling the effective polymerization into filaments several microns in length, and display similar polymerization kinetics as natural biopolymers. Due to their programmable mechanics, these tubes are versatile, novel tools to study the impact of lp on the single-molecule as well as the bulk scale. In contrast to actin filaments, they remain stable over weeks, without notable degeneration, and their handling is comparably straightforward.

Semiflexible polymers display unique mechanical properties that are extensively applied by living systems. However, systematic studies on biopolymers are limited since properties such as polymer rigidity are inaccessible. This manuscript describes how this limitation is circumvented by programmable DNA nanotubes, enabling experimental studies on the impact of filament rigidity.

DNA nanotüpler Semiflexible polimerler eğitim için çok yönlü bir araç olarak

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

<meta charset="utf8"></head><body>Diskrimatif RNA ve DNA Analizi için Hassas DNA Nanomakineleri

DNAzyme 10-23 - Based Nanomachines for Nucleic Acid Recognition

DNAzyme-based nanomachines (DNM) for the detection of DNA and RNA sequences (analytes) are multifunctional structures made of oligonucleotides. Their functions include tight analyte binding, highly selective analyte recognition, fluorescent signal amplification by multiple catalytic cleavages of a fluorogenic reporter substrate, and fluorogenic substrate attraction for an increase in sensor response. Functional units are attached to a common DNA scaffold for their cooperative action. The RNA-cleaving 10-23 DNMs feature&#160;improved sensitivity in comparison with non-catalytic hybridization probes. The stability of the DNM and the increased chances of substrate recognition are provided&#160;by a double-stranded DNA fragment,&#160;a tile. DNM can differentiate two analytes with a single nucleotide difference in a folded RNA and a double-stranded DNA and detect analytes at concentrations ~1000 times lower than other protein-free hybridization probes. This article presents the concept behind the diagnostic potential of DNA-nanomachine activity and overviews DNM design, assembly, and application&#160;in nucleic acid detection assays.

<meta charset="utf8"></head><body>Yazar Gündemi: DNA Nanosensörlerindeki Gelişmeler - Moleküler Algılamada Hassasiyet ve Seçicilik Zorluklarının Ele Alınması

The DNAzyme-based nanomachines can be used for highly selective and sensitive detection of nucleic acids. This article describes a detailed protocol for the design of DNAzyme-based nanomachines with a 10-23 core using free software and their application in the detection of an Epstein-Barr virus fragment as an example.

DNAzyme 10-23 - Nükleik Asit Tanıma için Tabanlı Nanomakineler

DNAzyme-based nanomachines (DNM) for the detection of DNA and RNA sequences (analytes) are multifunctional structures made of oligonucleotides. Their ...