Bioscope Catalyst för högupplösta AFM Imaging av biomolekyler

Genom AZoNano Redaktörer

Innehåll

Inledning

Den Bioscope Catalyst tillsammans med optisk mikroskopi ger life science forskare en möjlighet att studera biologiska arter på ett brett spektrum av storlek skalor. Den Bioscope Catalyst har avancerade ingenjörskonst och mekanisk stabilitet, kan därmed hög upplösning tredimensionella bilder av enstaka biomolekyler och biomolekylära komplexa strukturer erhållas. Den avbildning utföras med Bioscope Catalyst ger data på en enda cell nivå genom karakterisering i nukleinsyror och proteiner och membran etc.

Atomkraftsmikroskopi

Den atomkraftsmikroskopi (AFM) teknik ger hög upplösning bildbehandling i nanoskala upplösning på en tredimensionell struktur utan färgning eller beläggning provet. Således AFM poäng jämfört med många andra tekniker genom att studier av biomolekyler och parametrar för biologiska processer på processen själva webbplatsen och med realtid avläsningar. Den Bioscope Catalyst AFM kan användas med ljusmikroskop tekniker för att ge optiskt guidad navigering av sonden och skapa tydliga bilder korrelera AFM och optiska bilddata. Levande celler har studerats med hjälp av Bioscope Catalyst tillsammans med de största slutna, XY avsökning, resultaten var mycket exakt. Resultaten visas i figur 1.

(A)

(B)

Figur 1. (A) Registrerade bild överlagring av en två-kanals konfokala laserskanning fluorescensmikroskopi bild och AFM topografi bild av fibroblast celler märkta med Alexa Fluo 546 Phalloidin (röd) och DAPI (blå). Den Bioscope Catalyst MIRO programvara gör det möjligt registrering av en optisk synfält till AFM skanningsområde. Optisk bilder kan sedan användas för att navigera AFM sonden till en region av intresse att utföra hög upplösning AFM avbildning och / eller mycket känsliga mätningar kraft. (B) regionen av intresse som erhållits från bildöverlägg visar korrelerade AFM och fluorescens datakanaler. Konfokala fluorescens bilder erhölls med en Leica SP5 konfokala system och med en 40x objektiv oljeimmersion. AFM-bilder erhölls med en Bioscope Catalyst drivs i kontakt läge i buffertlösning med MLCT AFM sonder (k ~ 0.01N / m).

Den avancerade mekanisk stabilitet och konstruktion av Bioscope Catalyst gör den lämplig att studera biomolekylära arter också. Det ger konsekventa resultat även när den används med ett inverterat ljusmikroskop, som visas i figur 2.

Figur 2. En 1ìm fas Bild på C60H122 alkan. Den C60H122 är spincast på en HOPG substrat med den resulterande ultratunna alkan skikt uppvisar en lamellstruktur ~ 7.5nm i bredd och ~ 0.4nm i höjd. Bilder förvärvades på en Bioscope Catalyst AFM drivs i Tapping läge med FESP AFM sonder (k ~ 3N / m).

Nukleinsyror

Studera karaktär och uppbyggnad av deoxiribonukleinsyra (DNA) är avgörande för att förstå den lagrade genetiska koden som är till stor hjälp vid genetiska sjukdomar forskning. AFM-baserad avbildning kan ge intermolekylära växelverkan uppgifter av DNA i realtid genom att skapa en nära fysiologisk miljö. För att avbilda de negativa DNA-strängar adsorberas av nyklippt glimmer yta som antingen tas ut av tvåvärda katjoner (Ni ^{+ +} eller Mg ^{+ +)} eller kemiskt modifierad med positivt laddade silan (APS-glimmer). AFM bilder av DNA-molekyler visas i figur 3. Den lilla flöde cell i Bioscope Catalyst ger en gynnsam miljö för att observera de molekyler behöver endast små mängder av provet och inlopp och utlopp underlätta enkel vätska utbyte. Den maximala kraft Tapping tekniken tillsammans med ScanAsyst har ytterligare förbättrat bildkvalitet och ger konsekventa resultat med Catalyst. Figur 3 visar data som erhållits med hjälp av PF Tapping metoden på Bioscope Catalyst .

Figur 3. Tredimensionell topografi bild av pUC plasmid-DNA adsorberas ett glimmer substrat. De enskilda DNA-strängar syns tydligt mot glimmer bakgrunden. Bilder förvärvades på en Bioscope Catalyst AFM drivs PeakForce Tapping i buffert-lösning med hjälp av ScanAsyst Fluid ⁺ AFM sonder (k ~ 0.7N / m). Bild XY-Scale = 2ìm.

Proteiner

Proteinmolekyler är viktiga för att reglera biologiska processer, direkt observation som kastar ljus över relationen mellan struktur och funktion hos biomolekyler. Virus i huvudsak finns i ett protein skal kallas kapsid omfattar detta den virala DNA. När en värd hittas viruset DNA frigörs och det mångdubblar sprida smittan. Virus klassificeras utifrån kapsid struktur som kan studeras i detalj med hjälp av AFM avbildning. Figur 4B visar strukturen av herpes simplex virus erhålls genom AFM avbildning görs med Bioscope Catalyst .

Figur 4. (A) transmissionselektronmikroskop mikroskop av en herpes simplex virus kapsid. Bild med tillstånd från Wouter Roos, Vrije Universiteit, Amsterdam, Nederländerna (Återges med tillstånd Källa:....... Roos et al Proc Natl Acad Sci USA, 2009, Vol 106, 9673-78) (B) A 250Nm AFM Topografi bilden av en enda herpes simplex virus kapsid. Arrangemanget av proteinmolekyler som 3-dimensionella subenheter på ytan av kapsid, som kallas capsomeres, syns tydligt i AFM bilden. AFM-bilder erhölls på Bioscope Catalyst användas i PeakForce Tapping-läge i buffert förhållanden och med hjälp av ScanAsyst Fluid + AFM sonder (k ~ 0.7N / m). Exempel artighet av Wouter Roos och Gijs Wuite, Vrije Universiteit, Amsterdam, Nederländerna.

AFM avbildning är särskilt användbart i studiet av virus uppvisar onormala montering eller aggregering. Detta ger viktig information för forskning om Alzheimers och Parkinsons sjukdom. Figur 5 visar hur AFM avbildning resultat med Bioscope Catalyst på A-a fibrer om Alzheimers sjukdom, som ger information om struktur och nanomechanical egenskaper fiber. Forskare är specifikt letar efter samspelet mellan amyloid protein (Figur 5C) i levande celler.

Figur 5. PeakForce QNM bilder av amyloid fibrer adsorberas en nyligen klyvs glimmer yta. (A) Topografi bilder avslöja några av de fibrer som har en vriden struktur (blå pilar) medan andra inte gör det (röda pilar). (B) Modulus data och (C) uppgifter deformation kanaler erhålls samtidigt till topografin bilden. Dessa bilder visar amyloid ha en lägre elasticitetsmodul (mörkare färgskala) och motsvarande, en högre grad av deformation (ljusare färgskala) än den underliggande glimmer substrat. Det är också konstaterat att den tvinnade amyloid fibrer har en något lägre elasticitetsmodul värde jämfört med de fibrer som inte är vridna (dvs tvinnade fibrer verkar något mörkare än den raka fibrerna i modulus bilden). Bilderna har erhållits på ett Bioscope Catalyst drivs i PeakForce Tapping läge med ScanAsyst AFM sonder (k ~ 0.4N / m). Exempel artighet av Xingfei Zhou, Ningbo University, Kina.

Figur 6 visar hur perfusion scenen inkubatorn (PSI) med Bioscope Catalyst ger den rätta miljön för experiment. Den Bioscope Catalyst AFM , PSI och MIRO programvara lämna fullständiga uppgifter för amyloid fibrer analys.

Figur 6. Inställning av Bioscope Catalyst Perfusion Stage Incubator (PSI). (1) Den ISKA stödjer standard glas botten petriskålar för kompatibilitet med hög NA mål. (2) Flödet diffusorn styr vätskeflödet i laminär sätt över hela provet området, se även vätska utbyte och isolera ljud från flytande in-och utlopp. (3) De perfusion klämman stabiliserar petriskål och innehöll rostfria inlopp och rör utlopp som är i termisk kontakt med värme-scenen för att förvärma inkommande vätska och gas. (4) En silikon baffel tätar mellan petriskål och probhållare, minskar avdunstningen och tillåter kontroll av gasen utrymmet ovanför vätskan. (5) De specialiserade PSI probhållaren innehåller en temperatursensor för lokal uppföljning av temperaturen. Den högra bilden visar PSI färdigmonterade tillsammans med provet värmebord på Bioscope Catalyst AFM.

Membran och membranproteiner

Cellmembran kapsla in cellerna fungerar som separerar skikt mellan celler. De har många funktioner såsom att hålla cytoskelettet på plats, att ge form åt de celler och underlätta material transport till och från cellerna. Studien av membran är lite komplicerad på grund av den hydrofoba domäner under hela membranet. Utmaningen ligger i att studera membranproteiner utan att störa de infödda membranet miljö. AFM behandlar denna utmaning genom vilka studier som kan utföras på vätskan under förhållanden liknande fysiologiska förhållanden. AFM kan ge bilder av levande celler som ger högupplösta bilder av cellmembran och strukturen. Figur 7a visar AFM-bilder av bakteriella membran på ett glimmer substrat. En tvådimensionell kristallina gitter struktur som kallas S-Layer visas, detta skikt ger mekaniskt och kemiskt skydd till cellen. AFM bild uppvisar också små periodiciteter i S lagret gitter, vilket är användbart för biometriska och nanotekniska applikationer.

Figur 7. (A) AFM fas bild av bakteriell S-lager från E. coli. Den bakteriemembran klippts från cellerna och patchar membranet immobiliserade på en nyligen klyvs glimmer yta. Gallret mönstret som bildas av S-lagret proteiner syns tydligt i fas bild och observeras att ha en periodicitet på ~ 18nm. (B) Högupplöst bild av S-lagret gitter periodicitet observeras på en enda membran patch. Bilderna har erhållits på ett Bioscope Catalyst drivs i TappingMode i buffert förhållanden med SNL AFM sonder (k ~ 0.32N / m). Exempel artighet av Hans Oberleithner, Institutet för fysiologi II, universitetet i Münster, Tyskland.

Slutsats

AFM är användbara för att ge högupplösta bilder av molekyler på enskild cellnivå i biomolekylär forskning. Den Bioscope Catalyst tillsammans med AFM ger en möjlighet att studera DNA, proteiner och cellmembran.

Bruker

Bruker Nano ger atomkraftsmikroskop / scanning probe-mikroskop (AFM / SPM) produkter som sticker ut från andra kommersiellt tillgängliga system för robust design och enkel användning, samtidigt som den högsta upplösningen. Den nano mäthuvud, som är en del av alla våra instrument, använder en unik fiberoptisk interferometer för mätning av fribärande nedböjningen, vilket gör installationen så kompakt att den är inte större än en vanlig forskning mikroskop mål.

Denna information kommer, ses över och anpassas från material som Bruker AXS.

För mer information om denna källa besök Bruker AXS .