分子認識の測定のための先端の Functionalization のアプローチ

AZoNano エディターによって

目録

分子認識の測定の主原則
先端 Functionalization の間に考慮されるべき要因
先端 Functionalization にかかわるステップ
     エステル化および Silanization によるアミノ化
     自己組み立てられた単一層を通したアニメーション
     リンカの分子の導入
結論
Bruker


分子認識の測定の主原則

AFM を使用して分子認識の測定は 2 分子間の相互作用に基づいています。 1 分子は AFM の先端に第 2 分子がサンプル表面に接続する一方接続します (図 1) のグループ A および B を見て下さい。 先端の functionalization は AFM の先端に分子 A を接続することの原因となる複数の化学ステップです。

図 1: AFM の先端は片持梁の偏向が間隔の機能として監視されると同時に拡張の方に表面からそれから引き込められてであり。 カーブの引き込みの部品は (赤で) 先端とサンプル間の付着力を示します。 分子認識力の測定では、受容器の分子 (b) がサンプル表面にある一方、配位子の分子 (a) は AFM の先端に接続します。 リンカの分子 (例えば止め釘) の使用は特性曲線アンバインドのピークでリンカが伸びると同時に起因しま、 A と B 間の特定のアンバインドの相互作用のより容易な識別を可能にします (差込みの代表的なカーブを見て下さい)。

図で 1 右の半分は力間隔のカーブです。 先端はそれにより表面の肯定的なロードを出す表面の近くで最初に接触をするまで、持って来られます。 先端は引き込み、この処置の間に、下りのピークは引き込みのカーブで起こるためにが本当らしいです。 これは付着がサンプルと先端の間で起こったことを示します。 先端サンプル付着は片持梁の偏向の感度およびばねの定数が知られていれば計算することができます。

先端とサンプル間の付着は通常非functionalized 先端を利用している間観察されます。 望ましい特定の相互作用と無指定の相互作用を区別は頻繁に functionalized 先端が分子認識の測定のために使用されるとき挑戦です。 この挑戦を克服するためには、中間分子はリンカを呼出しましたまたはスペースは分子 A と AFM の先端の間で使用されます。 リンカの柔軟性は配位子の分子に結合の受容器にアクセスするために移動性を提供します。

先端 Functionalization の間に考慮されるべき要因

AFM のプローブに分子を接続するのに複数の技術が利用されていたがいくつかの問題は考慮に入れられなければなりません:

  • 適した AFM のプローブの選択は重大、先端および片持バネの定数の鋭さであるキーファクタです。
  • 先端の functionalization 化学の選択は先端と分子間の結合の強さがであるように配位子の分子が表面の受容器と配位子の分子間の相互作用より多く先端に接続されなければならないので重要です。
  • 配位子の表面の密度を減らす技術は単一の結合のイベントを測定するために重大です。
  • 温度、バッファ構成および pH のような要因は結合の分子の結合の作業が変わらないように測定の間に適切ですそして functionalization をひっくり返さなければなりません。

先端 Functionalization にかかわるステップ

先端の functionalization は AFM のプローブの窒化珪素またはケイ素の先端から常に始まります。 2 つの共通のアプローチ、チオールベースの自己組み立てられた単一層を通した即ちアミノ化は (SAM)エステル化によって先端のアミノ化を指示し、または silanization は先端の functionalization に起点を選ぶために使用されます。

エステル化および Silanization によるアミノ化

エステル化および silanization プロセスはプローブを直接 functionalize。 silanization の反作用はシランの試薬の trichlorosilane のグループとシランの試薬の trichlorosilane のグループの間で起こります。 これはそれにより水素結合間の Si O Si 共有結合をおよびシランの分子および先端形作る organosilane の層の開発の、原因となります (図 2A を見て下さい)。 アミノ化はエタノールアミンおよび表面の silanol のグループの反作用によってエステル化によって遂行することができます。

図 2: 先端の functionalization の第一歩は一般に先端の表面にアミングループを (「X」としてここに示されている) もたらすことです。 3 つの方法は広く利用されています: A) シランとの処置; B) エタノールアミンとのエステル化; そして C) チオール金化学を使用して SAM の形成。

自己組み立てられた単一層を通したアニメーション

SAM は図 2C に示すように金によって塗られる先端への alkanethiol の分子の吸着によって生成されます。 金上塗を施してあるプローブはすべての接続された分子の根絶によってリサイクルすることができます。 チオールグループにまた金との高い親和性があり、配位子受容器の相互作用より強い先端配位子の相互作用の形成で保障します。 SAM のアシル鎖は先端の functionalization の強さを高める最密の構造を生成します。 ただし、この技術は大きい半径があり、広く利用できない先端側金によって塗られる AFM のプローブを必要とします。

リンカの分子の導入

次の段階はリンカの分子の導入です。 この段階はまた配位子の分子のの組織的制御を」表面の密度提供します。 これは 2 種類のさまざまなターミナルグループが付いている分子を含んでいる混合された SAM の利用によって達成することができます。 この技術はシクロデキストリンと ferrocene の分子間の相互作用を調査するために混合された SAM の利用によって使用されます。 この段階では金チオール SAM アプローチあれば選ばれるそして適切試薬のような止め釘 (ポリエチレングリコールの)/、 NTA (N アンモニア三酢酸) リンカの分子を組み込み、 SAM を形作るのに使用することができます。 図 3 では、 SAM の大半は triethylene グリコールアルキルチオールから余りが NTA triethylene グリコールアルキルチオールから成っている一方成っています。 tetradentate NTA は本当らしいです金属の陽イオンが付いている六角形の複合体を生成するために。 4 つのキレート化の結束は NI と形作られ、2+ 2 つの結束はヒスチジンのグループを目標とするために使用されます。 従って、 NTA 止め釘チオールの低いパーセントは配位子と結びます。 止め釘チオールは不活性に残り、先端の表面の蛋白質の密度を限定します。

図 3: 混合された SAMs は金上塗を施してある先端で形作られます。 いわゆる NTA- によって終えられた alkanethiols の非常に低いパーセントだけまたペプチッドか蛋白質に属している polyhistidine のグループと相互に作用している陽イオンとのキレート化を確立します。

窒化珪素またはケイ素の先端が ethanoloamine かシランとアミノfunctionalized である他の技術では、別の作戦は使用されます。 この技術では、止め釘のリンカの分子 1 の端は表面のアミノグループと反応します。 これはもう一方の端が蛋白質と結合するようにします。 会社はいろいろな heterobifunctional 止め釘のリンカを使用します。

広く使われた止め釘のリンカは図 4 として示され、表 1. にリストされています。

図 4: 化学的に修正された AFM の先端とあるアミノ酸間の典型的な反作用 (非対称多重処理システム = アスパラギン酸塩、 Glu = グルタミン酸塩、 Ser = セリーン、 Thr = トレオニン、 Cys = システインおよび Lys = リジン)。

表 1. の共通の結合ターゲットおよび一致の反応グループ

結合ターゲット 止め釘の反応グループ 形作られる結束
- COOH (carbonxyl)
     で見つけられる:
     アスパラギン酸塩
     グルタミン酸塩
アミン
(反作用は EDC のアクティブ化を必要とします)
または
ヒドロキシル
アミド
または
エステル
- NH2 (アミン)
     で見つけられる:
     リジン
     シランによって扱われる先端
     エタノールアミンによって扱われる先端
NHS - エステル
または
carboxyl
アミド
または
エステル
- SH (スルフヒドリル)
     で見つけられる:
     システイン
Maleimide
または
carboxyl
Thio - エーテル
または
thio - エステル
- CHO (カルボニル)
     で見つけられる:
     酸化させた炭水化物
ヒドラジッド ヒドラゾン
- オハイオ州 (ヒドロキシル)
     で見つけられる:
     セリーン
     トレオニン
Carboxyl エステル
アビディン
     で見つけられる:
     アビディンによって修正される蛋白質
ビオチン Avitin ビオチンの結束

先端の functionalization の最終段階は配位子の分子の蛋白質のアミノ酸を持つターミナルグループの反作用です。 この段階では機能性の変更を避けるために、知られていたポイントは配位子の機能結合サイトの内で目標とされるべきではないです。

結論

このノートは先端の functionalization の主要なアプリケーションそして作戦を分析しました。 上記の方法は力ボリューム分子認識のマップおよび一点力の測定のために使用されます。 結果の頭文字セットは従って PeakForce QNM イメージ投射モード、高リゾリューションより速く可能になることおよびより量的な分子相互作用のマップと使用されたとき先端の functionalization が有用であることを示します。

Bruker

Bruker の Nano 表面は強いデザインおよび使い易さのための他の商用化されたシステムから際立っている原子力の顕微鏡/スキャンのプローブの顕微鏡 (AFM/SPM) の製品を提供します、間高リゾリューションを維持する。 すべての私達の器械の部品である NANOS 測定ヘッドはこと標準研究の顕微鏡の目的より大きくないセットアップコンパクトをそう作る片持梁偏向を測定するための一義的な光ファイバーの干渉計を用います。

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Comments

  1. Qi Gao Qi Gao Hong Kong S.A.R. says:

    Thanks for writing this. May I ask how to verify the functionalization process? Is there any method to prove that my AFM tip is connected with protein?

The opinions expressed here are the views of the writer and do not necessarily reflect the views and opinions of AZoNano.com.

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