Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

лекция нкс

404 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

лекция нкс

  1. 1. 1Сканирующая зондовая микроскопияМетоды создания сенсорныхслоев для наномеханическихкантилеверных системСодержание лекции1. Принцип работы наномеханических кантилеверных систем (НКС)2. Режимы работы НКС3. Виды сенсорных покрытий4. Химическая модификация с целью сенсибилизации поверхности датчика.5.Примеры сенсорных покрытий.
  2. 2. Актуальность использования НКС•Миниатюризация аналитического прибора•Минимальное время анализа•Высокая селективность•Малый объем пробы для анализаСоздание рецепторных слоев, в которых предсказуемым образом формируютсямежмолекулярные взаимодействия при детектирование анализируемых веществ
  3. 3. Режимы измеренийИзмерение отклонениякантилевера Измерение сдвигарезонансной частотыПоверхностное натяжениетонких пленокМасса микрообъектовлазерфотодиодкантилевер
  4. 4. Кантилевер с прикрепленной частицей Диасорб-60-С16 массой 78,6±3,9 нг-0,400,40,81,20 100 200 300 400 500 600 700 800Время, сМассасорбированыхпаров,нгДесорбция частицей толуолаДесорбция частицей этанолаЧистый кантилевер в парах толуолаКонстанты десорбции паров органическихвеществ с поверхности частицы Диасорб-60-С16СорбатКонстантадесорбции,1/сХарактерноевремядесорбции, сТолуол0.0158±0.000563±2Этано 0.0312±0.001 32±6Кинетические кривые процессов десорбциипаров толуола и этанола частицей массой78,6±3,9 нгЗависимость массы поглощенных паровтолуола от массы частицы012345670 50 100 150 200Масса частицы сорбента, нгМассапоглощенныхпаров,нгРезонансный режим
  5. 5. • Частота резонатора составила 328,5 МГц.• Присоединение одного цептограмма массы (1 цептограмм (цг) = 10–24–24кг)соответствует уменьшению частоты резонатора на Δf = 0,104 МГц (то естьчувствительность резонатора равна 0,104 МГц/цг).Измерение массы атома золота: схема установки
  6. 6. Измерение массы атома золота:использование нанотрубки в качестве измерительногоэлементаУстройство атомного сенсора массыNature Nanotechnology 3, 533 - 537 (2008)
  7. 7. Измерение массы атома золота: результаты
  8. 8. Режим измерения статическогоизгибаzlEtaf∆−= 22)1(3 ν• f – сила, действующая между соседнимимолекулами,•a – расстояние между молекулами• l и t – длина и толщина прямоугольногокантилевера,• ν и E – коэффициент Пуассона и модульЮнга материала кантилевера,• Δz – величина отклонения кантилевера.
  9. 9. Межмолекулярные взаимодействия вмонослоеОтталкиваниеПритяжениеПри взаимодействии с анализируемым веществом в слое междумолекулами могут возникнуть:
  10. 10. Исследование свойств монослоевнизкомолекулярных веществ1998 г. – проведен контроль самоорганизацииалканотиолов на позолоченной поверхностикантилевера [R. Berger et al, J. Appl. Phys., A,66, 55 (1998)]-4,50E-02-4,00E-02-3,50E-02-3,00E-02-2,50E-02-2,00E-02-1,50E-02-1,00E-02-5,00E-030,00E+005,00E-030 2 4 6 8 10 12 14Время протекания процесса, чПоверхностноенатяжение,Н/мКинетика сорбции тиофенола (10-2M)Кинетика сорбции гексилтиола (10-2M)Хемосорбция 4-аминотиофенола 0,001M концентрациииз метанола-0,0500,050,10,150,20,250,30 2 4 6 8 10 12 14Время протекания процесса, чПоверхностноенатяжение,Н/мХемосорбция 4-аминотиофенола из МеОН Хемосорбция тиофенола и гексантиола из МеОНNSHHHHH HH
  11. 11. Электронный нос на основе НКСдатчиковНа каждый кантилевер нанесенполимер, способный по разномувзаимодействовать тем илииным газом.
  12. 12. Монослои тиолов на золотеCH3(CH2)nSH + Aum => СН3(СН2)nS (Au3+) • Aum-3+1/2H2Химическая реакция тиолов с поверхностью золота:Стадии самоорганизация молекултиола на золоте:
  13. 13. Низкомолекулярные слои на золотеSHONNN CuClCl10AuCH3OH10NNNO S AuCuClClБис-4-(2-пиридилметиленаминофенил)-дисульфид (Лиганд I)4’-(12-меркаптододеканилокси)-[2,2,’;6’,2’’]-терпиридин (Лиганд II)NNS SNNSNAuSNAuAuNNSNAuSNAuAuNNAuCH3OHДля модификации использовались растворы с концентрацией 10-3моль/л
  14. 14. Ионоселективные датчики2000 г. - первый ионоселективный датчикСs+на основе кантилевера[H.-F. Ji et al, Chem. Commun., 457(2000)]Основной объект исследования:1. молекулы сурфактанта бис-4-(2-пиридилметиленаминофинил)дисульфида(лиганда), способные образовыватьхелатный комплекс с ионами тяжелыхдвухвалентных металлов: Co2+, Ni2+, Cu2+2. водные растворы солей: MX2·6H2O (M – Co,Cu, Ni; X – ClO4) (концентрация 10-3М).
  15. 15. 00,10,20,30 50 100 150 200 250t, минσ,Н/мМежмолекулярные силы вмонослояхВозникновение π-πвзаимодействий междусопряженнымиароматическими системамиприводит к притяжениюмолекул в слое1 - Лиганд I 2 - Лиганд II12f/a,
  16. 16. Координационные полиэдрылиганда II - квадрат II – неплоская III – тетраэдрФормы координационных полиэдров хелатных комплексов кобальта никеляи меди с лигандом I:Изменениеконформацииполиэдра
  17. 17. Влияние структурыкоординационного полиэдраНикельМедьКобальт
  18. 18. Замещение хлора на гистидин влигандной оболочкеSO AuNNN CuClCl10L-Histidine HCl H2OCH3OH NNNO S AuCuClNNCOOHNH210NNNO S AuCuClNHNCOOHNH2Cl10-HCl*[S. L. Gao, S. Chen, H. Liu, R. Hou, and Q. Ji, Russian Journal of GeneralChemistry, Vol. 74, No. 3, 2004, pp. 371375]Замещение хлора на гистидин происходит через образование интермедиата*
  19. 19. Изменение структуры лиганднойоболочки металлокомплексаf/a,NNNO S AuCuClNHNCOOHNH2Cl10
  20. 20. Пример нанесения функциональныхгрупп на поверхностькантилеверного датчикаOH OHOHSiSiSi+ N CH2 CH2 Si CH2 CH2 CH2 NH2CH2CH2 CH2CH2OHOOSiCH2N CH2 CH2 NH2(CH2)2(CH2)2OHHOSiSiSiAu + HS CH2 CH2 COOHAu S CH2 CH2 COOHCOO-COO-COO-COO-COO-COO-NH2 NH2 NH2 NH2NH2 NH2NH2NH2
  21. 21. Адсорбции полиэлектролитов наотрицательно заряженной поверхности?Диффузия макромолекул к поверхностиКонформационные измененияR1Образование точек зацепления
  22. 22. Адсорбция 4-ВП на модифицированнуюзолотую поверхностьИзгибIIIIIIФормированиелатеральныхнапряжений вслоеИзменениерезонансной частотыколебаний кварцевогокристалла за счетприроста массыI – Образование точек зацепленияR1II – Конформационные измененияf/a,
  23. 23. Гибридизация молекул ДНКJ. Fritz et al., Science 288, 316 (2000);Два кантилеверамодифицированы различнымиолигонуклеотидами:I. БуферII. Гибридизацияна 1-омкантилевереIII. Гибридизацияна 2-омкантилевере
  24. 24. АптамерыАптамер – олигонуклеотид, которыйпроявляет специфическоесвязывание с молекулой-"мишенью".Обычно аптамеры находят методомвыборки из случайного массивапоследовательностей. Природныеаптамеры встречаются в РНК-переключателях.
  25. 25. Сенсорные слои на основе аптамеровSH- 3’-(CH2)6-GGT TGG TGT GGT TGG-3’ (длина линкера: ~1,1 нм)SH- 3’-(CH2)24-GGT TGG TGT GGT TGG-3’ (длина линкера: ~3,9 нм)~3,5 нм
  26. 26. Измерения в потоке•С(тромбина) = 5 мг/мл,•Объем анализируемого раствора – 250 мкл•Скорость 20 мкл/мин•Связывание аптамера с тромбином осуществлялось в буфере0,1M Трис,0,14М NaCl, 0,02М MgCl2, 0,02М KCl (pH = 7.4)
  27. 27. Связывание аптамер-тромбинФормирование латеральныхнапряжений в слоеИзменение резонансной частотыколебаний кварцевого кристалла засчет прироста массы12312Данные формирования латеральных напряжений и изменения резонансной частоты колебанийкварцевого кристала при адсорбции тромбина на слои: 1 – аптамер с 6 метиленовыми группами,2 – аптамер с 24 метиленовыми группами и 3 – полиаденин.f/a,
  28. 28. Межмолекулярные взаимодействия вслое, содержащем аптамер с 24метиленовыми группами
  29. 29. Возможный механизм межмолекулярныхвзаимодействий в слое с аптамером,содержащим 6 метиленовых группАптамер, связываясь с тромбином меняет свою конформацию
  30. 30. Иммобилизация белков на поверхностькремния и золотаOH OHOHSiSiSi+ N CH2 CH2 Si CH2 CH2 CH2 NH2CH2CH2 CH2CH2OHOOSiCH2N CH2 CH2 NH2(CH2)2(CH2)2OHHOSiSiSiAu + HS NH2 Au S NH2NH2OHC(CH2)3CHOH2ON CH(CH2)3CHON CH(CH2)3CHOH2N-белокБуферN CH(CH2)3CH N белокN CH(CH2)3CHOH2NC(CH2OH)3БуферN CH(CH2)3CH NC(CH2OH)3a)б)в)р
  31. 31. Иммобилизация белков на поверхностьзолота
  32. 32. Иммобилизация фрагментовантител
  33. 33. Модификация кантилевера спомощью микрокапель• sciFLEXARRAYER SX• Nozzle PDC 70, non-coated• Drop volume: ~ 320 pl• Humidity: ~35%• Temperature: 21°C
  34. 34. Анализ онкомаркеров с помощьюНКСWu, Ram H. Datar, Karolyn M. Hansen, ThomasThundat, Richard J. Cote & Arun MajumdarNature Biotechnology 19, 856 - 860 (2001)
  35. 35. Процесс сорбции антител на поверхность,содержащую морфин-0,03-0,025-0,02-0,015-0,01-0,00500,0050 10 20 30 40 50 60 70 80Время протекания процесса, минПоверхностноенатяжение,Н/м Степениразбавленияисходной сывороткикровииммунизированногокролика50015050Процесс сорбции антителна поверхность,содержащую морфин
  36. 36. Процесс диссоциации иммунных комплексов поддействием морфинаПроцесс диссоциациииммунных комплексов срецепторной поверхностипод действием морфина00,0050,010,0150,020,0250 30 60 90Концентрация морфина, мг/млМаксимальныеповерхностныесилы,Н/м-0,02-0,0100,010,020,030,040,050 10 20 30 40 50 60 70 80Время протекания процесса, минПоверхностноенатяжение,Н/мР я д 3Р я д 1Р я д 21 0 л и н е й н ы й ф и л ь т р ( Р я д 1 )7 л и н е й н ы й ф и л ь т р ( Р я д 3 )8 л и н е й н ы й ф и л ь т р ( Р я д 2 )3 мкг/мл10 мкг/мл100 мкг/мл-0,00020,00980,01980 3 6 9 12 15Увеличенная областьЗависимость максимальнойсилы изгиба от концентрацииморфина
  37. 37. Агрегация белков как причинанейродегенеративных заболеваний1997 г. - за обоснование концепции инфекционных-прионныхбелков С. Прусинеру вручена Нобелевская премияСуществуют мнения что до 50 % всех заболеваний человека связаныс нарушениями конформационного строения биополимеров[M.T. Fisher PNAS, 103, 36, p. 13265, (2006)]Неправильная укладка лизоцима приводит к амилоидозу Остегтага(а) Структура молекулылизоцима (Hen Egg-WhiteLysozyme) PDB ID: 1GXV[M. Refaee et al. J.Mol.Biol. 327,857, (2003)](б) Предполагаемый механизмагрегации белка лизоцима[L.C. Serpell et al , Cell. Mol. LifeSci., 53, 871, (1997)]
  38. 38. Исследование агрегации лизоцима-0,065-0,05-0,035-0,02-0,0050,010,0250,040 2 4 6 8 10 12 14Время протекания процесса, чПоверхностноенатяжение,Н/магбвЗависимость от времени поверхностного натяжения пленки лизоцима, находящейся на золотой (г)и кремниевой (а) поверхности кантилевера, помещенной в глициновый буфер pH = 3.0НаправлениеизгибакантилевераСкорость агрегацииприэкспоненциальнойаппроксимации, ч-1.Характерное времяагрегации приэкспоненциальнойаппроксимации, ч.ПоверхностькремнияВ сторонумонослоя 0,167 ± 0,002 6,00 ± 0,10ЗолотаяповерхностьВ сторонумонослоя 0,73 ± 0,01 1,37 ± 0,01Ковалентная иммобилизациялизоцима на поверхностикантилевера
  39. 39. Кантилеверные микрочипы
  40. 40. Непрерывная контрольлекарств в режимереального времениЭкстренный биохимическийанализ у постели больногоПерспективы применения

×