eng
Выпуск #3/2010
Д.Мухин, П.Горелкин, Г.Киселев, И.Яминский.
Практикум по наномеханическим кантилеверным системам
Практикум по наномеханическим кантилеверным системам
Просмотры: 1940
Одно из приоритетных направлений нано- и биотехнологий - разработка новых прецизионных наномеханических кантилеверных систем. Такие устройства используются для изучения процессов формирования монослойных пленок на твердых поверхностях, исследования комплиментарного связывания биомолекул (белки и нуклеиновые кислоты), создания наноструктур на различных поверхностях.
В МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с инновационным предприятием "Академия биосенсоров" разработана первая в России учебно-практическая задача для студентов и аспирантов биологических, физических и химических факультетов вузов страны, обучающая работе с наномеханическими кантилеверными системами.
Предлагается с использованием модельных молекул нуклеиновых кислот Poly-A и Poly-T при постоянных параметрах (концентрация, ионная сила, pH) на качественном уровне практически изучить процессы иммобилизации и гибридизации.
Практикум включает в себя (рис.1) наномеханическую кантилеверную систему «БиоСкан», подключенную к компьютеру для преподавателя с серверной программой, компьютеры для студентов с клиентскими программами, набор реактивов, кантилеверы и методические материалы.
Данные, полученные на приборе "БиоСкан", в режиме реального времени передаются через Интернет или локальную сеть с серверного компьютера преподавателя на компьютеры-клиенты. Студенты обрабатывают результаты, выполняют задания практикума, после чего отправляют полученные результаты преподавателю на проверку.
Перед выполнением задачи в ячейку устанавливаются два кантилевера (200 х 30 х 2 мкм), одна из сторон каждого из них покрыта золотом, что позволяет избирательно модифицировать их поверхность. Одновременное использование двух кантилеверов дает возможность набрать статистику, значительно повысив тем самым точность эксперимента. Ячейка закрывается с помощью специальной герметической системы и помещается в "БиоСкан". В приборе используется проточная система, в результате ячейка промывается дистиллированной водой и буфером Трис-Эдта. Для химической иммобилизации одноцепочечных ДНК на поверхность кантилевера в ячейку вводится раствор SH модифицированных молекул Poly-A, которые, взаимодействуя с молекулами золота, создают на кантилевере монослойную пленку.
Вторая стадия процесса - гибридизация - осуществляется посредством добавления в промытую буфером ячейку раствора Poly-T.
В процессе иммобилизации SH модифицированных молекул Poly-A на золотую поверхность кантилевера получается зависимость его отклонения от времени, аналогичная представленной на рис.2. Из графика видно, что в течение некоторого времени (первые 20 мин) кантилевер не изгибается. На протяжении этого периода плотность адсорбированных молекул настолько мала, что они не взаимодействуют между собой. В дальнейшем наблюдается изгиб кантилевера в сторону золотой поверхности, что свидетельствует о появлении на ней дополнительных сил - межмолекулярных водородных связей (рис.3).
Гибридизация комплементарных молекул Poly-T на модифицированной молекулами Poly-А поверхности кантилевера сопровождается изменением кривой зависимости отклонения кантилевера от времени, аналогичной представленной на рис.4.
Из графика следует, что в ходе гибридизации Poly-A и Poly-T (рис.5) кантилевер изгибается вниз (в сторону кремниевой поверхности). Такой эффект связан с разрушением образованных при иммобилизации водородных связей и увеличением осмотического давления противоионов из раствора на кантилевер.
Таким образом, при выполнении данного практического задания студенты знакомятся с основными принципами работы наномеханических кантилеверных систем и задачами, которые можно решить с их помощью.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (02.512.11.2279), Федерального агентства по образованию (П255),
Программы НАТО "Наука для мира" (CBN.NR.NRSFP 983204), РФФИ (10-02-06030, 10-04-01574) и Корейского института науки
и технологии (KIST-MSU).
Предлагается с использованием модельных молекул нуклеиновых кислот Poly-A и Poly-T при постоянных параметрах (концентрация, ионная сила, pH) на качественном уровне практически изучить процессы иммобилизации и гибридизации.
Практикум включает в себя (рис.1) наномеханическую кантилеверную систему «БиоСкан», подключенную к компьютеру для преподавателя с серверной программой, компьютеры для студентов с клиентскими программами, набор реактивов, кантилеверы и методические материалы.
Данные, полученные на приборе "БиоСкан", в режиме реального времени передаются через Интернет или локальную сеть с серверного компьютера преподавателя на компьютеры-клиенты. Студенты обрабатывают результаты, выполняют задания практикума, после чего отправляют полученные результаты преподавателю на проверку.
Перед выполнением задачи в ячейку устанавливаются два кантилевера (200 х 30 х 2 мкм), одна из сторон каждого из них покрыта золотом, что позволяет избирательно модифицировать их поверхность. Одновременное использование двух кантилеверов дает возможность набрать статистику, значительно повысив тем самым точность эксперимента. Ячейка закрывается с помощью специальной герметической системы и помещается в "БиоСкан". В приборе используется проточная система, в результате ячейка промывается дистиллированной водой и буфером Трис-Эдта. Для химической иммобилизации одноцепочечных ДНК на поверхность кантилевера в ячейку вводится раствор SH модифицированных молекул Poly-A, которые, взаимодействуя с молекулами золота, создают на кантилевере монослойную пленку.
Вторая стадия процесса - гибридизация - осуществляется посредством добавления в промытую буфером ячейку раствора Poly-T.
В процессе иммобилизации SH модифицированных молекул Poly-A на золотую поверхность кантилевера получается зависимость его отклонения от времени, аналогичная представленной на рис.2. Из графика видно, что в течение некоторого времени (первые 20 мин) кантилевер не изгибается. На протяжении этого периода плотность адсорбированных молекул настолько мала, что они не взаимодействуют между собой. В дальнейшем наблюдается изгиб кантилевера в сторону золотой поверхности, что свидетельствует о появлении на ней дополнительных сил - межмолекулярных водородных связей (рис.3).
Гибридизация комплементарных молекул Poly-T на модифицированной молекулами Poly-А поверхности кантилевера сопровождается изменением кривой зависимости отклонения кантилевера от времени, аналогичной представленной на рис.4.
Из графика следует, что в ходе гибридизации Poly-A и Poly-T (рис.5) кантилевер изгибается вниз (в сторону кремниевой поверхности). Такой эффект связан с разрушением образованных при иммобилизации водородных связей и увеличением осмотического давления противоионов из раствора на кантилевер.
Таким образом, при выполнении данного практического задания студенты знакомятся с основными принципами работы наномеханических кантилеверных систем и задачами, которые можно решить с их помощью.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (02.512.11.2279), Федерального агентства по образованию (П255),
Программы НАТО "Наука для мира" (CBN.NR.NRSFP 983204), РФФИ (10-02-06030, 10-04-01574) и Корейского института науки
и технологии (KIST-MSU).
Отзывы читателей
