مرفق التكافؤ من جزيئات واحدة للتنظير الطيفي للقوة المستندة إلى AFM
Summary
التعلق التكافؤ من جزيئات التحقيق إلى المجهر القوة الذرية (AFM) نصائح cantilever هو تقنية أساسية للتحقيق في خصائصها الفيزيائية. وهذا يسمح لنا لتحديد قوة التمدد، وقوة الامتزاز وطول البوليمرات عن طريق مطياف قوة جزيء واحد المستندة إلى AFM مع استنساخ عالية.
Abstract
الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM) القائم على الجزيء الواحد هو أداة مثالية للتحقيق في التفاعلات بين البوليمر الواحد والأسطح. لتجربة جزيء واحد صحيح، التعلق التكافؤ من جزيء التحقيق أمر ضروري لأنه فقط عندها يمكن الحصول على مئات من آثار قوة التمديد مع واحد ونفس جزيء واحد. العديد من الآثار هي بدورها ضرورية لإثبات أن يتم التحقيق جزيء واحد وحده. بالإضافة إلى ذلك، يعد التخميل أمرًا حاسمًا لمنع التفاعلات غير المرغوب فيها بين جزيء المسبار الواحد وطرف الكانتيليفر AFM وكذلك بين طرف AFM cantilever والسطح الأساسي. بروتوكول وظيفية المعروضة هنا موثوق بها ويمكن تطبيقها بسهولة على مجموعة متنوعة من البوليمرات. يتم الكشف عن أحداث جزيء واحد مميزة (أي امتدادات والهضاب) في آثار قوة التمديد. من هذه الأحداث ، يمكن الحصول على المعلمات المادية مثل قوة التمدد وقوة الامتزاز وطول الامتزاز. وهذا مهم بشكل خاص للاستقصاء الدقيق للأنظمة المستجيبة للمحفزات على مستوى جزيء واحد. كما النظم المثالية بولي (جلايكول الإيثيلين) (PEG)، بوليx (N-isopropylacrylamide) (PNiPAM) والبوليسترين (PS) وتمتد من SiO x (لPEG و PNiPAM) ومن الأسطح أحادية الطبقات الذاتية التي يتم تجميعها (لPS) في البيئة المائية.N
Introduction
منذ اختراعه في 1980s1، أصبح مجهر القوة الذرية (AFM) واحدة من أهم تقنيات التصوير في العلوم الطبيعية تتميز بدقة النانو المكانية الفرعية ، ودقة قوة sub piconewton وإمكانية القياس في مختلف ظروف المذيبات ودرجة الحرارة2،3،4،5،66.
وبصرف النظر عن التصوير8،9، يستخدم AFM لأداء مطياف قوة جزيء واحد (SMFS) إعطاء نظرة ثاقبة في التفاعلات لاصقة بين البوليمر واحد والأسطح، والخصائص الفيزيائية للبوليمرات واحدة وآليات تتكشف من البروتينات7،,10،11،,,12،,13،,14،,15،,16. في تجربة SMFS العادية ، يتم إحضارها إلى طرف cantilever وظيفية في اتصال مع سطح بحيث البوليمر في AFM تلميح cantilever physisorbs إلى هذا السطح. من خلال سحب تلميح AFM cantilever من السطح ، يتم تحويل تغيير في انحراف Cantilever AFM إلى قوة تؤدي إلى منحنى تمديد القوة4. يمكن تحديد المعلمات الفيزيائية مثل قوة التمدد وقوة الامتزاز وطول الامتزاز على أنها تعتمد على معلمات مختلفة مثل سرعة السحب ، ووقت السُبل على السطح ، وعمق المسافة البادئة في السطح ، ودرجة الحرارة ، والمذيبات17،و 18 والأسطحالمختلفة مثل الركائز الصلبة ، وأفلام البوليمر أو ثنائيات الدهون المدعومة19،20،21،22. وعلاوة على ذلك، يمكن فحص البوليمر في اتجاهات مكانية مختلفة، وبالتالي التحقيق في خصائص الاحتكاك من البوليمر23،,24،,25،,26.
ملحق التكافؤ من البوليمر التحقيق إلى طرف AFM cantilever ضروري لمثل هذه الدراسات. وهكذا ، فإن العائد العالي من أحداث جزيء واحد مع واحد والبوليمر نفسه ملزمة لتلميح AFM cantilever يمنع أي تحيز للنتائج بسبب معايرة ثابت الربيع من cantilever AFM27،28، نقاط التعلق متفاوتة29 أو البوليمرات متفاوتة (مع أطوال كفاف مختلفة) كما هو الحال في تجارب nanofishing30،31،32. أيضا، يمكن منع التفاعلات مع البوليمرات الأخرى، فضلا عن الآثار في المتوسط على نطاق واسع18،,28. للتعلق التكافؤ من البوليمر إلى تلميح AFM cantilever، يمكن تطبيق أنواع مختلفة من التعديلات الكيميائية، وكثير منها يلخص في الكتاب من قبل هيرمانسون33. أمين وthiol القائم على ربط ردود الفعل وكذلك فوق الكيمياء تمثل الأساليب الأكثر استخداما في AFM cantilever تلميح الوظيفية34،35،36،37،38،39،40،41،42. بيك وآخرون40 تظهر كيفية استخدام 1-إيثيل-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC)/NHS الكيمياء لإرفاق بروتين إلى تلميح AFM cantilever. ومع ذلك ، فإن المجموعات الوظيفية المذكورة تميل إلى الربط المتبادل ، مما يؤدي إلى فقدان الوظائف43،44. أيضا، كاربوديميدس تظهر ميلا إلى التحلل المائي السريع في الحل43. مايليميد ومجموعات ثيول عموما أكثر استقرارا ولا تظهر ردود الفعل crosslinking. البروتوكول المقدم هو الأمثل للبروتوكولات المنشورة سابقا الواردة في المراجع35،39.
هنا ، يتم تقديم بروتوكول وظيفيموثوق به يمكن تعديله بسهولة إلى عدد كبير من البوليمرات المختلفة ، بغض النظر عن خصائص مثل طول الكفاف أو hydrophobicity. تم اختيار ثلاثة بوليمرات مختلفة على سبيل المثال: البولي إيثيلين السكري جليكولN(PEG) وبولي (N-isopropylacrylamide) (PNiPAM) وكذلك ارتفاع كتلة المولان البوليستيرين الكاره للماء (PS). من أجل توفير قدرة ملزمة التكافؤ مع جزيء رابط مناسب، تم اختيار البوليمرات الثلاثة ليضم مويتي تيل تيل تيتشيليك كمجموعة نهاية وظيفية. جزيء الرابط نفسه هو عادة البوليمر PEG قصيرة مع اثنين من المواقع النشطة، ومجموعة سيلان في نهاية واحدة ومجموعة maleimide في الطرف الآخر. الأول يتيح المرفق التكافؤ إلى طرف AFM cantilever والأخير رد فعل ملزم مع مجموعة ثيول من البوليمر الكتلة المولية عالية وظيفية. وعلاوة على ذلك، فإن جزيئات رابط PEG غير النشطة بمثابة طبقة تخميل لمنع التفاعلات غير المرغوب فيها بين البوليمر التحقيق وطرف AFM cantilever وكذلك بين طرف AFM cantilever والسطح الأساسي.
Protocol
Representative Results
Discussion
SMFS المستندة إلى AFM هي واحدة من الأدوات الرئيسية للتحقيق في تفاعلات جزيء واحد في فيزياء البوليمر. لتجربة جزيء واحد صحيح، مرفق التكافؤ من البوليمر التحقيق إلى طرف AFM cantilever أمر ضروري.
وتستند العديد من الأعمال السابقة على تجارب الصيد النانوي، ولا سيما لPNiPAM، حيث يتم امتصاص البوليمرات على سطح ومن ثم امتدت عن طريق اختيار عشوائيا لهم من الركيزة باستخدام تلميح AFM cantilever30،31. وهذا قد يغير النتائج ويؤدي إلى سوء تفسير سلوك جزيء واحد. هناك، قد تهيمن الآثار التعاونية على النتائج لأنه لا يمكن استبعاد التفاعلات مع البوليمرات المجاورة. هذا له تأثير كبير على النتائج ، وخاصة بالنسبة للبوليمرات التي تظهر سلوكًا مختلفًا بشكل كبير بكميات كبيرة مقارنة بالجزيئات المعزولة الفردية57،58.
بروتوكول وظيفية المعروضة هنا موثوق بها ويمكن تطبيقها بسهولة على البوليمرات المختلفة، بغض النظر عن طول كفاف، hydrophobicity أو العائق ستريكامن المونومرات. بالإضافة إلى ذلك، يتم توفير التخميل لمنع التفاعلات غير المرغوب فيها بين البوليمر مسبار واحد وطرف AFM cantilever وكذلك بين طرف AFM cantilever والسطح الأساسي. وعلاوة على ذلك، يظهر تقييم منحنيات تمديد القوة التي تبين أحداث التمدد. وهناك، يُقترح إجراء لتحديد منحنيات تمديد القوة الرئيسية. وهذا يوفر وسيلة أفضل للكشف، على سبيل المثال، عن الآثار المتعلقة بدرجات الحرارة على سلوك تمديد القوة. وعلاوة على ذلك، يتم توفير تحليل أحداث الامتزاز جزيء واحد يضم هضاب القوة الثابتة. أيضا ، يتم إعطاء طريقة بسيطة لتصحيح التحف إشارة قوة الجيوب الأنفية في منحنيات تمديد القوة التي قد تضعف نتائج التجربة.
بالمقارنة مع Stetter وآخرون39، يتم تقليل إجراء التشغيل المقدم هنا إلى ثلاث خطوات بدلاً من أربع وتحسين متانة الإجراء. الفائدة الرئيسية لأداء PEGylation وsilanization في خطوة واحدة هو أن يكون رد فعل أفضل للرقابة وزيادة العائد. وعلاوة على ذلك، هناك حاجة إلى عدد أقل من الحلول اللازمة، كما أن هناك حاجة إلى اتخاذ خطوات أقل في الغسل. وهذا يقلل من الجهد والوقت للتحضير ويزيد من قابلية الاستنساخ. وعلاوة على ذلك ، فإن نقل AFM cantilevers هو دائمًا جزء ًا حاسمًا من عملية التشغيل. النقل من حل إلى آخر دائما ً يخاطر بالتأثير بقوة على جودة التشغيل بسبب عمليات النقل من خلال واجهة الهواء والماء أو فقدان أجهزة AFM عن طريق الاستخدام غير السليم لملاقط.
من أجل إثبات التعلق التكافؤ السليم من البوليمر واحد إلى تلميح AFM cantilever شروط مختلفة يجب أن تتحقق. أولاً، مراقبة AFM cantilevers ذات أهمية كبيرة وينبغي أن تكون مستعدة لكل وظيفية. ولا تعتبر عملية التشغيل والخلية السائلة لإجراء التجارب نظيفة إلا إذا أظهر عدد صغير من منحنيات تمديد القوة امتدادات أو هضاب في تجربة التحكم (في الأمثلة المقدمة أقل من 2 في المائة).
نمط واضح تمتد مع عدم وجود مزيد من قطرات أو ماكسيما ضروري للحصول على جزيء واحد المناسبة تمتد الأحداث. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تحليل اعتماد قوة التمزق على معدل تحميل القوة عند التمزق أو الاستجابة المرنة الكاملة لمنحنى التمدد من أجل استبعاد الامتزاز المتزامن للبوليمرات المتعددة59،60. بالنسبة لـ PEG و PNiPAM ، أظهرت 19٪ و 42٪ من منحنيات تمديد القوة التي تم اتخاذها في مواقع مختلفة من السطح نمط ًا ممتدًا من هذا القبيل ، على التوالي. من أجل الحصول على أحداث التمدد ، يجب أن يكون فيزيوبتيون البوليمر إلى السطح الأساسي المعني قويًا. وإلا لوحظ حدث الامتزاز مثل الهضبة. هذا هو أكثر حسما للكشف عن أحداث تمتد في القوات العالية (ما يصل إلى 500 pN أو أكثر). وبما أن هذا الفيزيوبتيون القوي لا يُلبى لكل منحنى تمديد للقوة، فإن غلة مثل هذه الأحداث أقل من أحداث الامتزاز الشبيهة بالهضبة النقية. كبديل، يمكن استخدام مجموعات التمسك بقوة مثل الكاتيشول أو chemisorption بين البوليمر والسطح الأساسي. ومع ذلك ، وهذا يتطلب إدخال المزيد من المجموعات الوظيفية أو مواقع الاقتران في البوليمر61،62.
في الواقع ، فإن الكتلة (أي طول كفاف) من البوليمر يوفر بصمة قيمة. على الرغم من أنه لا يمكن ترجمة الكتلة مباشرة إلى طول كفاف يقاس للأسباب التالية، توزيع الطول قيمة جداً لتعريف الأحداث جزيء واحد. في حالة بوليمر PNiPAM مع تعدد التشتت المنخفض(= 1.28) ، وجدنا اختلافات كبيرة في قيم التمديد لأحداث التمدد التي تم الحصول عليها (وبالتالي في طول البوليمر) في التجارب. ويمكن أن يكون أحد أسباب ذلك هو تحديد طول البوليمر وتوزيعه. في اللونية استبعاد الحجم (SEC)، يتم تحديد الوزن النسبي للبوليمر المستهدف بالمقارنة مع معايير مثل PS أو بولي (ميثاكريلات الميثيل) (PMMA)63. ومن المتوقع أن ينحرف الوزن النسبي المفترض عن الوزن الجزيئي المطلق لأن نصف قطر الهيدرودينامي للبوليمر المستهدف والمعيار يمكن أن يختلف اختلافا كبيرا. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون طبقة سيلان oligomerized بواسطة المياه زائفة في التولوين أثناء عملية وظيفية. يؤدي إرفاق مثل هذه القلة إلى طرف AFM cantilever إلى طبقة أكثر مرونة مع نقاط ارتساء أقل64. أيضا ، قد لا تكون نقطة التعلق من البوليمر إلى طبقة السيليكون بالضرورة في قمة مما يؤدي إلى تحول في قيم الطول المكتشفة29. في حين أن نموذج البوليمر مثل سلسلة wormlike (WLC) أو سلسلة مشتركة بحرية (FJC) نموذج لا يمكن استنساخ سلوك قوة التمديد المعنية لPEG أو PNiPAM بشكل صحيح على مدى كامل نطاق التمديد18،29،41،65،66، مثل هذا النموذج البوليمر قد تكون ذات قيمة لأنظمة البوليمر والبروتين الأخرى10،15،67،68.
يعتبر المرفق الالتكافؤي لبوليمر PS واحد (بطول كفاف يُعد أكثر من 1 ميكرومتر) ناجحًا فقط ، عندما يظهر عدد كبير من منحنيات تمديد القوة هضبة طويلة بما يكفي من القوة الثابتة(الشكل 5). يتم تعريف الهضبة الناتجة عن تحلية بوليمر واحد من خلال قطرة حادة واحدة من قوة ثابتة لخط الأساس في امتداد معين ، كما هو معطى في الشكل 5A. إذا تم إرفاق المزيد من البوليمرات إلى طرف AFM cantilever ، لوحظ تتالي من الهضاب56 (الشكل 5C). طول الهضبة (طول الامتزاز)، وربط مع طول كفاف البوليمر51،يجب أن يكون أطول بكثير من أي ذروة التصاق بسبب التصاق غير محدد من تلميح AFM cantilever إلى السطح الأساسي (هنا حول 200 نانومتر). لا ينبغي تفسير الميزات التي تظهر فقط في منحنى تمديد قوة واحدة. في التجارب المقدمة، أظهر ما لا يقل عن 80 من أصل 100 منحنى هضبة أطول من 200 نانومتر في خريطتين قوة على الأقل في بقعتين مختلفتين على السطح. وعلاوة على ذلك، فإن توزيع أطوال الامتزاز، وذلك باستخدام قطع البعثرة مثل الواردة في الشكل 5B و 5D،تكشف ما إذا كان عدد البوليمرات ملزمة إلى تلميح AFM cantilever. في حالة PS ، كان التوزيع الضيق لقوة الامتزاز والطول المأخوذ من هضاب منحنيات تمديد القوة بمثابة دليل على وجود ارتباط التكافؤ الناجح. وقد أثبت ذلك أخيرانجاح بروتوكول التشغيل. وبالتالي، فإننا نوصي بشدة بعرض هذه القوة والتوزيع اتّهامافيال في المنشورات.
تقييم منحنيات تمديد القوة باستخدام الخوارزميات المضمنة التي تشمل العديد من المعلمات المحددة مسبقًا يجب أن يتم بعناية. والأسباب هي على سبيل المثال أن معدل أخذ العينات الثابت غير مناسب لكل سرعة سحب مطبقة أو أن التنعيم الآلي لمنحنيات تمديد القوة قد يؤدي إلى متوسط التفاصيل الهامة. وعادة ما يمكن للفهم السليم لإجراءات التقييم المعنية أن يمنع الأخطاء في إجراء التقييم، والتي يمكن أن تؤثر بدورها بقوة على النتائج النهائية لتجربة SMFS المستندة إلى AFM.
باختصار ، نقدم بروتوكول وظيفي موثوق به ويمكن تطبيقه بسهولة على مجموعة متنوعة من البوليمرات. وعلاوة على ذلك، يتم تقديم التقييم السليم لمنحنيات قوة الجزيء الواحد، مما يسمح بتحديد المعلمات الفيزيائية مثل قوة التمدد، وقوة الامتزاز وطول الامتزاز. والبروتوكولات والإجراءات المقدمة ذات قيمة بالنسبة للتحقيق في النظم المستجيبة للمحفزات على مستوى الجزيء الواحد.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
B.N.B. و T.H. تعترف بتمويل من دويتشه فورشونججماينشافت (DFG، مؤسسة البحوث الألمانية) في إطار استراتيجية التميز في ألمانيا – EXC-2193/1 – 390951807، gefördert durch يموت دويتشه Forschungsgemeinschaft (DFG) ايم رحمن دير Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder – EXC-2193/1 – 390951807, ومنح HU 997/1-13 (المشروع # 420798410). وتعترف وزارة التعليم العالي والبحث والفنون في ولاية هيسن بالدعم الجزئي في إطار مشروع لوي ووINAPO. نشكر الدكتور فولفغانغ برونر والدكتور أغني زوكاوسكايت من معهد فراونهوفر لفيزياء الحالة الصلبة التطبيقية IAF للتبرع برقائق السيليكون المغلفة بالذهب عالية الجودة.
Materials
| 1-Dodecanethiol (≥98%) | Sigma-Aldrich, USA | 417364-500ML | Used for SAM |
| Ammonia solution (30%) | Roth, Germany | CP17.2 | Used for cleaning |
| Cypher ES | Asylum Research, an Oxford Instruments company, USA | – | AFM |
| Ethanol (≥99.9%) | Roth, Germany | PO76.1 | Solvent |
| Gold coated silicon wafer | Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF, Germany | – | Used for SAM |
| High Resolution Replicating Compound | Microset Products Ltd, UK | 101RF | Bonding agent |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma-Aldrich, USA | H1009 | Used for cleaning |
| Igor Pro | Wavemetrics, USA | – | Software environment |
| Tetra-30-LF-PC | Diener Electronic, Germany | – | Plasma chamber |
| Maleimide-polyethylene glycol-triethoxysilane | Creative PEG works, USA | PHB-1923 | Linker polymer |
| MLCT-Bio-DC | Bruker, USA | MLCT-Bio-DC | AFM cantilever |
| Prime CZ-Si wafer, n-type (Phosphor) TTV < 10 µm | MicroChemicals, Germany | WSA40600250 P1314SNN1 | Silicon wafer |
| Purelab Chorus 1, 18.2 MΩ cm | Elga LabWater, Germany | 10034-540 | Ultrapure water source |
| R3 SA | Vomm GmbH, Germany | 5803 Blank | Tweezers |
| Thiol terminated poly(N-isopropylacrylamide) | Gallei Group, Saarland University, Germany | – | PNiPAM probe polymer |
| Thiol terminated polystyrene | Polymer Source, Canada | P40722-SSH | PS probe polymer |
| Thiol-polyethylene glycol-thiol | Creative PEGWorks, USA | PSB-615 | PEG probe polymer |
| Toluene (99.99%) | Fisher Chemicals | T324-500 | Solvent |
References
- Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, C. Atomic Force Microscope. Physical Review Letters. 56 (9), 930-933 (1986).
- Hugel, T., Seitz, M. The Study of Molecular Interactions by AFM Force Spectroscopy. Macromolecular Rapid Communications. 22 (13), 989-1016 (2001).
- Butt, H. -. J., Cappella, B., Kappl, M. Force measurements with the atomic force microscope: Technique, interpretation and applications. Surface Science Reports. 59 (1-6), 1 (2005).
- Balzer, B. N., Hugel, T., Hashmi, S. Single-Molecule Detection and Manipulation. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. , (2016).
- Krieg, M., et al. Atomic force microscopy-based mechanobiology. Nature Reviews Physics. 1 (1), 41-57 (2019).
- Edwards, D. T., Faulk, J. K., LeBlanc, M. -. A., Perkins, T. T. Force Spectroscopy with 9-μs Resolution and Sub-pN Stability by Tailoring AFM Cantilever Geometry. Biophysical journal. 113 (12), 2595-2600 (2017).
- Alsteens, D., et al. Nanomechanical mapping of first binding steps of a virus to animal cells. Nature Nanotechnology. 12 (2), 177-183 (2017).
- Kodera, N., Yamamoto, D., Ishikawa, R., Ando, T. Video imaging of walking myosin V by high-speed atomic force microscopy. Nature. 468, 72-76 (2010).
- Shibata, M., et al. Real-space and real-time dynamics of CRISPR-Cas9 visualized by high-speed atomic force microscopy. Nature Communications. 8 (1), 1-9 (2017).
- Rief, M., Gautel, M., Oesterhelt, F., Fernandez, J. M., Gaub, H. E. Reversible unfolding of individual titin immunoglobulin domains by AFM. Science. 276 (5315), 1109-1112 (1997).
- Oesterhelt, F., Oesterhelt, D., Pfeiffer, M., Engel, A., Gaub, H. E., Müller, D. J. Unfolding pathways of individual bacteriorhodopsins. Science. 288 (5463), 143-146 (2000).
- Hugel, T., Holland, N. B., Cattani, A., Moroder, L., Seitz, M., Gaub, H. E. Single-molecule optomechanical cycle. Science. 296 (5570), 1103-1106 (2002).
- Yu, H., Siewny, M. G. W., Edwards, D. T., Sanders, A. W., Perkins, T. T. Hidden dynamics in the unfolding of individual bacteriorhodopsin proteins. Science. 355 (6328), 945-950 (2017).
- Erlich, K. R., Sedlak, S. M., Jobst, M. A., Milles, L. F., Gaub, H. E. DNA-free directed assembly in single-molecule cut-and-paste. Nanoscale. 11 (2), 407-411 (2019).
- Rico, F., Russek, A., González, L., Grubmüller, H., Scheuring, S. Heterogeneous and rate-dependent streptavidin-biotin unbinding revealed by high-speed force spectroscopy and atomistic simulations. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (14), 6594-6601 (2019).
- Löf, A., et al. Multiplexed protein force spectroscopy reveals equilibrium protein folding dynamics and the low-force response of von Willebrand factor. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (38), 18798-18807 (2019).
- Kienle, S., Liese, S., Schwierz, N., Netz, R. R., Hugel, T. The effect of temperature on single-polypeptide adsorption. Chemphyschem : a European journal of chemical physics and physical chemistry. 13 (4), 982-989 (2012).
- Kolberg, A., et al. Opposing Temperature Dependence of the Stretching Response of Single PEG and PNiPAM Polymers. Journal of the American Chemical Society. 141 (29), 11603-11613 (2019).
- Balzer, B. N., et al. Cohesion Mechanisms of Polystyrene-Based Thin Polymer Films. Macromolecules. 46 (18), 7406-7414 (2013).
- Balzer, B. N., et al. Adhesion property profiles of supported thin polymer films. ACS Applied Materials & Interfaces. 5 (13), 6300-6306 (2013).
- Stetter, F. W. S., Cwiklik, L., Jungwirth, P., Hugel, T. Single Lipid Extraction: The Anchoring Strength of Cholesterol in Liquid-Ordered and Liquid-Disordered Phases. Biophysical journal. 107 (5), 1167-1175 (2014).
- Schwierz, N., Krysiak, S., Hugel, T., Zacharias, M. Mechanism of Reversible Peptide-Bilayer Attachment: Combined Simulation and Experimental Single-Molecule Study. Langmuir. 32 (3), 810-821 (2016).
- Balzer, B. N., et al. Nanoscale Friction Mechanisms at Solid-Liquid Interfaces. Angewandte Chemie International Edition. 52 (25), 6541-6544 (2013).
- Balzer, B. N., Kienle, S., Gallei, M., von Klitzing, R., Rehahn, M., Hugel, T. Stick-Slip Mechanisms at the Nanoscale. Soft Materials. 12, 106-114 (2014).
- Kühner, F., Erdmann, M., Sonnenberg, L., Serr, A., Morfill, J., Gaub, H. E. Friction of single polymers at surfaces. Langmuir. 22 (26), 11180-11186 (2006).
- Grebíková, L., Gojzewski, H., Kieviet, B. D., Klein Gunnewiek, M., Vancso, G. J. Pulling angle-dependent force microscopy. The Review of Scientific Instruments. 88 (3), 33705 (2017).
- Geisler, M., et al. Hydrophobic and Hofmeister effects on the adhesion of spider silk proteins onto solid substrates: an AFM-based single-molecule study. Langmuir. 24 (4), 1350-1355 (2008).
- Pirzer, T., Hugel, T. Atomic force microscopy spring constant determination in viscous liquids. Review of Scientific Instruments. 80 (3), 35110 (2009).
- Liese, S., et al. Hydration Effects Turn a Highly Stretched Polymer from an Entropic into an Energetic Spring. ACS Nano. 11 (1), 702-712 (2017).
- Cui, S., Pang, X., Zhang, S., Yu, Y., Ma, H., Zhang, X. Unexpected Temperature-Dependent Single Chain Mechanics of Poly(N-isopropyl-acrylamide) in Water. Langmuir. 28 (11), 5151-5157 (2012).
- Liang, X., Nakajima, K. Nanofishing of a Single Polymer Chain: Temperature-Induced Coil-Globule Transition of Poly(N -isopropylacrylamide) Chain in Water. Macromolecular Chemistry and Physics. 219 (3), 1700394 (2018).
- Zhang, W., Zou, S., Wang, C., Zhang, X. Single Polymer Chain Elongation of Poly(N -isopropylacrylamide) and Poly(acrylamide) by Atomic Force Microscopy. The Journal of Physical Chemistry B. 104 (44), 10258-10264 (2000).
- Hermanson, G. T. . Bioconjugate techniques – 3rd Edition. , (2013).
- Leitner, M., et al. Single-molecule AFM characterization of individual chemically tagged DNA tetrahedra. ACS Nano. 5 (9), 7048-7054 (2011).
- Walder, R., et al. Rapid Characterization of a Mechanically Labile α-Helical Protein Enabled by Efficient Site-Specific Bioconjugation. Journal of the American Chemical Society. 139 (29), 9867-9875 (2017).
- Tang, J., et al. High-affinity tags fused to s-layer proteins probed by atomic force microscopy. Langmuir. 24 (4), 1324-1329 (2008).
- Wildling, L., et al. Linking of sensor molecules with amino groups to amino-functionalized AFM tips. Bioconjugate Chemistry. 22 (6), 1239-1248 (2011).
- Maity, S., Viazovkina, E., Gall, A., Lyubchenko, Y. A. A Metal-free Click Chemistry Approach for the Assembly and Probing of Biomolecules. Journal of Nature and Science. 2 (4), 187 (2016).
- Stetter, F. W. S., Kienle, S., Krysiak, S., Hugel, T. Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy. Journal of Visualized Experiments. (96), e52456 (2015).
- Becke, T. D., et al. Covalent Immobilization of Proteins for the Single Molecule Force Spectroscopy. Journal of Visualized Experiments. (138), e58167 (2018).
- Ott, W., et al. Elastin-like Polypeptide Linkers for Single-Molecule Force Spectroscopy. ACS Nano. 11 (6), 6346-6354 (2017).
- Newton, R., et al. Combining confocal and atomic force microscopy to quantify single-virus binding to mammalian cell surfaces. Nature Protocols. 12 (11), 2275-2292 (2017).
- Staros, J. V., Wright, R. W., Swingle, D. M. Enhancement by N-hydroxysulfosuccinimide of water-soluble carbodiimide-mediated coupling reactions. Analytical Biochemistry. 156 (1), 220-222 (1986).
- Grabarek, Z., Gergely, J. Zero-length crosslinking procedure with the use of active esters. Analytical Biochemistry. 185 (1), 131-135 (1990).
- Baird, J. A., Olayo-Valles, R., Rinaldi, C., Taylor, L. S. Effect of Molecular Weight, Temperature, and Additives on the Moisture Sorption Properties of Polyethylene Glycol. Journal of Pharmaceutical Sciences. 99 (1), 154-168 (2010).
- Halperin, A., Kröger, M., Winnik, F. M. Poly(N-isopropylacrylamide) Phase Diagrams: Fifty Years of Research. Angewandte Chemie International Edition. 54 (51), 15342-15367 (2015).
- Barradas, R. G., Fletcher, S., Porter, J. D. The hydrolysis of maleimide in alkaline solution. Canadian Journal of Chemistry. 54 (9), 1400-1404 (1976).
- Kharasch, N., Tarbell, D. S. Chapter 10 – The Mechanism of Oxidation of Thiols to Disulfides. Organic Sulfur Compounds. , 97-102 (1961).
- Folkers, J. P., Laibinis, P. E., Whitesides, G. M. Self-assembled monolayers of alkanethiols on gold: comparisons of monolayers containing mixtures of short- and long-chain constituents with methyl and hydroxymethyl terminal groups. Langmuir. 8 (5), 1330-1341 (1992).
- Hutter, J. L., Bechhoefer, J. Calibration of atomic-force microscope tips. Review of Scientific Instruments. 64 (7), 1868-1873 (1998).
- Krysiak, S., Liese, S., Netz, R. R., Hugel, T. Peptide desorption kinetics from single molecule force spectroscopy studies. Journal of the American Chemical Society. 136 (2), 688-697 (2014).
- Hugel, T., Rief, M., Seitz, M., Gaub, H. E., Netz, R. R. Highly Stretched Single Polymers: Atomic-Force-Microscope Experiments Versus Ab-Initio Theory. Physical Review Letters. 94 (4), 48301 (2005).
- Marchand, P., Marmet, L. Binomial smoothing filter: A way to avoid some pitfalls of least-squares polynomial smoothing. Review of Scientific Instruments. 54 (8), 1034-1041 (1983).
- Horinek, D., et al. Peptide adsorption on a hydrophobic surface results from an interplay of solvation, surface, and intrapeptide forces. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (8), 2842-2847 (2008).
- Friedsam, C., Gaub, H. E., Netz, R. R. Adsorption energies of single charged polymers. EPL (Europhysics Letters). 72 (5), 844-850 (2005).
- Scherer, A., Zhou, C., Michaelis, J., Brauchle, C., Zumbusch, A. Intermolecular Interactions of Polymer Molecules Determined by Single-Molecule Force Spectroscopy. Macromolecules. 38 (23), 9821-9825 (2005).
- Abbott, L. J., Tucker, A. K., Stevens, M. J. Single Chain Structure of a Poly(N-isopropylacrylamide) Surfactant in Water. The Journal of Physical Chemistry B. 119 (9), 3837-3845 (2015).
- Okano, T., Bae, Y. H., Jacobs, H., Kim, S. W. Thermally on-off switching polymers for drug permeation and release. Journal of Controlled Release. 11 (1), 255-265 (1990).
- Sulchek, T., Friddle, R. W., Noy, A. Strength of multiple parallel biological bonds. Biophysical journal. 90 (12), 4686-4691 (2006).
- Sulchek, T. A., et al. Dynamic force spectroscopy of parallel individual Mucin1-antibody bonds. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (46), 16638-16643 (2005).
- Krysiak, S., Wei, Q., Rischka, K., Hartwig, A., Haag, R., Hugel, T. Adsorption mechanism and valency of catechol-functionalized hyperbranched polyglycerols. Beilstein Journal of Organic Chemistry. 11, 828-836 (2015).
- Jobst, M. A., Schoeler, C., Malinowska, K., Nash, M. A. Investigating receptor-ligand systems of the cellulosome with AFM-based single-molecule force spectroscopy. Journal of Visualized Experiments. (82), e50950 (2013).
- Trathnigg, B. Determination of MWD and chemical composition of polymers by chromatographic techniques. Progress in Polymer Science. 20 (4), 615-650 (1995).
- Blass, J., Albrecht, M., Wenz, G., Zang, Y. N., Bennewitz, R. Single-molecule force spectroscopy of fast reversible bonds. Physical Chemistry Chemical Physics. 19 (7), 5239-5245 (2017).
- Oesterhelt, F., Rief, M., Gaub, H. E. Single molecule force spectroscopy by AFM indicates helical structure of poly(ethylene-glycol) in water. New Journal of Physics. 1, 1-11 (1999).
- Xue, Y., Li, X., Li, H., Zhang, W. Quantifying thiol-gold interactions towards the efficient strength control. Nature Communications. 5, 4348 (2014).
- Lyu, X., Song, Y., Feng, W., Zhang, W. Direct Observation of Single-Molecule Stick-Slip Motion in Polyamide Single Crystals. ACS Macro Letters. 7 (6), 762-766 (2018).
- Hugel, T., et al. Elasticity of Single Polyelectrolyte Chains and Their Desorption from Solid Supports Studied by AFM Based Single Molecule Force Spectroscopy. Macromolecules. 34 (4), 1039-1047 (2001).
