المانعة الذاتي تجميعها Monolayers على Microelectrodes عن جزيئات حيوية الزخرفه

تبدأ هذه العملية بتصنيع قطب كهربائي دقيق على ركيزة من السيليكون. ثم يتم تشكيل طبقة أحادية مجمعة ذاتياً من البولي إيثيلين جلايكول فوق القطب الكهربائي الدقيق والركيزة لمنع تلوث الأنابيب الدقيقة. بعد ذلك، يتم تحضير أنابيب دقيقة موسومة بالرومين.

أخيرًا، يتم تشكيل الأنيبيبات الدقيقة على الأقطاب الكهربائية المطلية باستخدام الرحلان الكهربائي. مرحبًا، أنا جون نويل من مختبر نانا في قسم الفيزياء ومن مختبر الميكانيكا الحيوية الجزيئية في قسم الهندسة الطبية الحيوية في جامعة تكساس إيه إم. وأنا ويل فري تيزا من قسم الفيزياء ومدير مركز علوم وتكنولوجيا المهارات في جامعة تكساس إيه إم.

أنا خوان كوانج، مدير مختبر الميكانيكا الحيوية الجزيئية في قسم الهندسة الطبية الحيوية بجامعة تكساس إي أند إم. سنعرض لكم اليوم إجراءً لتصنيع أقطاب كهربائية مجهرية مغطاة بطبقة أحادية مجمعة ذاتياً ومضادة للالتصاق. نستخدم هذا الإجراء في مختبرنا لدراسة سحب الأنابيب المجهرية باستخدام الرحلان الكهربائي.

لنبدأ الآن. في البداية، استخدم أداة خدش أو قاطع رقائق لتقطيع رقائق السيليكون إلى قطع بحجم 1 سنتيمتر في 1.5 سنتيمتر لاستخدامها كركائز. الآن، قم بتنظيف الركائز بوضعها في دورق يحتوي على كمية كافية من الأسيتون لتغطيتها، ثم قم بإجراء المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة خمس دقائق دون السماح للركائز بأن تجف.

اشطفها في أسيتون نقي، ثم اشطفها فوراً مرة أخرى في إيزوبروبانول واستخدم النيتروجين لتجفيفها. وباستخدام تقنية الليثوغرافيا الضوئية ذات النبرة الموجبة القياسية أو الليثوغرافيا بالحزمة الإلكترونية، قم بتصنيع الأقطاب الكهربائية الذهبية الدقيقة على الركائز النظيفة. وعند تصميم هندسة النمط، حافظ على قطر كل نمط قطب كهربائي أقل من 100 ميكرون. ولضمان التغطية بواسطة الطبقة أحادية الجزيء ذاتية التجميع من بولي إيثيلين جلايكول تريميثوكسي سيلين أو peg Sam، قم بتضمين وسادات تلامس موضوعة على مسافة تتراوح من 300 إلى 500 ميكرومتر من النمط، مع خط بطول واحد مليمتر يربط الوسادة بالقطب الكهربائي.

بعد تطوير النمط في طبقة المقاوم، استخدم الملاقط لخدش خط في المقاوم من وسادة التلامس إلى حافة الركيزة. عند ترسيب المعدن، سيتيح هذا الخدش التلامس الكهربائي بين القطب وحافة الركيزة. تُستخدم غرفة ترسيب، ويفضل أن تحتوي على مصدرين، لترسيب الطبقة المعدنية.

تتشكل الأقطاب الكهربائية عن طريق ترسيب نانومترين من الكروم، يليه ستة نانومترات من الذهب. ودون كسر الفراغ، يمكن استخدام ميزان بلوري دقيق من الكوارتز مثبت داخل الغرفة لقياس سمك الأغشية أثناء عملية الترسيب. يمكننا الآن البدء في تحضير الطبقة أحادية الجزيء ذاتية التجميع في منطقة جيدة التهوية، مع تسخين الفرن مسبقاً إلى 75 درجة Celsius. يتم تحضير محلول التفعيل عن طريق إضافة 1 مل من peg seline إلى 20 مل من التولوين في بيكر زجاجي سعة 250 مل.

امزج جيداً عن طريق سحب السائل ودفعه بالماصة من خمس إلى 10 مرات، ثم قم بالتقليب باستخدام الماصة لمدة 30 ثانية. ضع عينات النمط في الكأس بحيث يكون جانب النمط موجهاً للأعلى، مع التأكد من غمرها بالكامل في المحلول وتوزيعها بمسافات متساوية في قاع الكأس. ضع الكأس في الفرن واتركه لمدة تتراوح بين 18 إلى 21 ساعة أثناء تشكل الـ Sam.

قم بتجهيز القطب المقابل عن طريق ترسيب واحد نانومتر من الكروم يليه أربعة نانومتر من الذهب على شريحة غطاء زجاجية مقاس 22 في 50 مليمتر. يجب أن يكون القطب المقابل شفافاً تقريباً مع مسحة رمادية فاتحة أو وردية. احفظ القطب المقابل في طبق بتري بحيث يكون الجانب المطلي للأعلى للحفاظ على نظافته.

بعد مرور 18 إلى 21 ساعة في الفرن، أخرج البيكر من الفرن. يجب أن يكون التولوين قد تبخر تاركاً عينات النمط في بقايا لزجة من peg cline. أضف 20 milliliters من التولوين إلى البيكر وانقع العينات لمدة دقيقة إلى دقيقتين.

أخرج العينات من الكأس واغسلها بالتولوين، ثم بالإيزوبروبانول، وفي النهاية جففها باستخدام النيتروجين. في هذه المرحلة، يجب أن تبدو العينات نظيفة وأن تكون طبقة الـ Sam غير مرئية بالعين المجردة. وتكون الـ Sam المُحضرة بهذه الطريقة صالحة للاستخدام لمدة تصل إلى يومين عند تخزينها في ظروف باردة وجافة.

يؤدي عدم نجاح تكوين SAMs إلى ترسب طبقة غائمة أو غير متجانسة اللون على السطح. بعد تحضير SAMs، يمكننا الآن البدء في بلمرة tubulin إلى أنابيب دقيقة. ابدأ بإذابة tubulin غير المسمى و r domine tubulin، ثم اجمعهما فوراً بنسبة اثنين إلى واحد (غير المسمى إلى المسمى) للحصول على أنابيب دقيقة ساطعة.

امزج المكونات جيداً عن طريق السحب والدفع بالماصة عدة مرات. بعد ذلك، قم ببلمرة tubulin لمدة تتراوح من 20 إلى 40 دقيقة في حمام مائي مسخن عند 37 °C بينما تتم عملية بلمرة tubulin. قم بتحضير منظم Taxol عبر خلط 20 µM من Taxol مع منظم pipee.

امزج جيداً عن طريق السحب والدفع بالماصة عدة مرات وباستخدام جهاز مزج العينات (vortex)، ثم ضع الأنبوب في الحمام المائي المسخن عند 37 درجة مئوية. بعد عملية البلمرة، خفف الأنابيب الدقيقة في منظم Taxol الدافئ واحمهِا من الضوء. تحقق من نجاح بلمرة الأنابيب الدقيقة ومن استقرارها تحت إثارة فلورية لعدة دقائق.

بمجرد تصوير الأنيبيبات الدقيقة المُحضرة باستخدام خليط لإزالة الأكسجين مع اكتمال بلمرة tubulin إلى أنيبيبات دقيقة، لنبدأ في تشكيل نمط الـ MTS باستخدام الرحلان الكهربائي. للبدء، قم بقص قطعة من الشريط اللاصق مزدوج الوجه إلى شرائح رفيعة عن طريق وضعها على شريحة زجاجية واستخدام شفرة حلاقة للقص؛ ضع شريحتين من الشريط اللاصق مزدوج الوجه عبر العينة المطلية بـ Sam المشكلة نمطياً، بحيث يكون القطب الكهربائي بين الشريحتين مع امتداد المسار الموصل بشكل عمودي على الشريط.

ضع القطب المقابل على الشريط اللاصق مزدوج الجوانب بحيث يلامس الجانب المعدني الشريط، وبشكل يجعل حافة العينة تبرز عن القطب المقابل بنحو ثلاثة مليمترات. اقطع عدة قطع من سلك نحاسي مغناطيسي معزول بطول 15 سنتيمتر، وأزل سنتمتر واحد من العزل من كلا الطرفين. استخدم قطرة صغيرة من طلاء الفضة لتثبيت سلك في المنطقة الذهبية المكشوفة من الركيزة، مع الحرص على تجنب حدوث اتصال كهربائي مع القطب المقابل.

استخدم الآن طلاء الفضة لتثبيت سلك ثانٍ بالقطب المقابل. يمكن تثبيت أسلاك الأقطاب الملحقة بطلاء الفضة بشكل إضافي بالعينات باستخدام شريط لاصق. بعد ذلك، وباستخدام ماصة، أدخل الأنابيب الدقيقة بالتخفيف المطلوب وصورها بتكبير 20x وحدد موقع النمط على رقاقة السيليكون قبل تطبيق الجهد الكهربائي.

نظرًا لعمق غرفة التدفق، قد تكون هناك حاجة لاستخدام عدسات شيئية ذات مسافة عمل طويلة لتصوير السطح العلوي لغرفة التدفق. يتم تحديد المسافة من سطح العينة إلى السطح العلوي لغرفة التدفق من خلال سمك الشريط، ويجب أن تكون حوالي 60 إلى 100 micrometers. قم بتطبيق جهد كهربائي يصل إلى فولت واحد وراقب هجرة الأنيبيبات الدقيقة.

إذا كان المطلوب هو الاحتجاز العكسي للأنابيب الدقيقة، فاستخدم طلاء الأظافر لسد غرفة التدفق لمنع الانجراف الجانبي، واستخدم جهوداً كهربائية منخفضة تصل إلى حوالي 0.5 فولت. يمكن تتبع الهجرة عن طريق ضبط المستوى العمودي لبؤرة المجهر، ومع تطبيق جهود كهربائية تتراوح بين 0.9 و 1.2 فولت، تتمركز الأنابيب الدقيقة عند أسطح الأقطاب الكهربائية.

سيؤدي الجهد الكهربائي الأعلى إلى تسريع الهجرة وزيادة قوة الالتصاق، ولكن الجهد المفرط سيؤدي إلى حدوث تحليل كهربائي وإزالة البلمرة. الأنيبيبات الدقيقة، لقد أظهرنا لك للتو كيفية تحضير أقطاب كهربائية دقيقة مطلية بطبقة أحادية جزيئية ذاتية التجمع (SAM) لتشكيل أنماط الأنيبيبات الدقيقة، وذلك لأن طلاء SAM يمنع امتصاص الأنيبيبات الدقيقة على الأقطاب الكهربائية الدقيقة. يمكن استخدام هذا الإجراء أيضاً لتشكيل أنماط عكسية للأنيبيبات الدقيقة.

علاوة على ذلك، لا تقتصر هذه العملية على الأنيبيبات الدقيقة فحسب، بل يمكن استخدامها أيضاً لتشكيل الجزيئات الحيوية بشكل عام. هذا كل شيء. شكراً للمشاهدة ونتمنى لكم التوفيق في تجاربكم.