研究目的
利用局部表面等离子体共振（LSPR）生物传感方法研究微管成核过程。
研究成果
LSPR生物传感方法成功实现了对微管成核过程的高空间分辨率和特异性检测。该方法基于整体反应，操作简便且用途广泛，能够实时监测衍射极限以下的成核事件。未来工作可通过使用非球形纳米颗粒提高灵敏度，并将该方法拓展应用于其他生物聚合物。
研究不足
该理论模型为一阶近似，未考虑详细的磁畴壁构型。实验中，采用球形金纳米颗粒时的信噪比较低，部分磁畴壁可能是在成核后附着于金纳米颗粒上，而非直接由其成核形成。若采用非球形纳米颗粒，该方法的灵敏度有望提升。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用径向折射率可变的修正米氏理论建立理论模型，用于预测微管形成过程中金纳米颗粒（AuNPs）的光学响应。实验方法包括通过生物素-中性亲和素相互作用诱导AuNPs的微管成核，并利用紫外-可见光谱监测消光光谱的变化。
2：样本选择与数据来源：
使用纯化的猪微管蛋白，购买生物素化/罗丹明标记的微管蛋白。样本制备包含AuNPs、中性亲和素、微管蛋白和GMPCPP以诱导微管形成。荧光显微镜和紫外-可见光谱提供了微管形成及光谱偏移的数据。
3：实验设备与材料清单：
设备包括配备滨松ORCA-ER CCD相机的奥林巴斯XI-81倒置显微镜、带珀尔帖温度控制器的Cary 60分光光度计及石英比色皿。材料包含80纳米生物素-PEG AuNPs、中性亲和素、Atto655-链霉亲和素、微管蛋白、GMPCPP、紫杉醇、BSA、吐温20及BRB80缓冲液。
4：实验步骤与操作流程：
AuNPs先与中性亲和素和链霉亲和素孵育，再与微管蛋白结合。在37°C下使用GMPCPP诱导微管形成。样本用紫杉醇稳定后，通过荧光显微镜和紫外-可见光谱分析。动力学实验追踪了随时间变化的光谱改变。
5：数据分析方法：
使用Mathematica对消光光谱进行多项式拟合以确定λmax。统计分析通过GraphPad Prism和Excel完成。虽考虑质心波长法，但因噪声问题未采用。
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Spectrophotometer
Cary 60
Agilent Technologies, Inc.
Measure extinction spectra of samples to track changes in LSPR peak wavelength (λmax) during microtubule formation.
Cary 60 UV-Vis Spectrophotometer
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Microscope
Olympus XI-81
Olympus
Image fluorescence samples to visualize microtubule formation and attachment to gold nanoparticles.
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CCD Camera
ORCA-ER
Hamamatsu Photonics
Capture fluorescence images for analysis of microtubule samples.
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Temperature Controller
Peltier temperature controller
Agilent Technologies, Inc.
Control temperature during kinetic experiments in the spectrophotometer.
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Gold Nanoparticles
80 nm biotin-PEG AuNPs
Cytodiagnostics, Inc.
Serve as the core sensing element for LSPR, enabling detection of microtubule nucleation through changes in local refractive index.
暂无现货
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Software
SlideBook 6
Intelligent Imaging Innovations, Inc
Acquire and process microscope images.
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Cuvettes
Quartz cuvettes
FireflySci, Inc.
Hold samples for UV-Vis spectroscopy measurements.
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Tubulin
Biotinylated tubulin
Cytoskeleton, Inc.
Immobilize on gold nanoparticles to promote microtubule nucleation.
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Tubulin
Rhodamine-labeled tubulin
Cytoskeleton, Inc.
Fluorescent labeling for microscopy visualization of microtubules.
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Neutravidin
Thermo Fisher Scientific
Link biotinylated tubulin to biotin-PEG on gold nanoparticles.
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Streptavidin
Atto655-streptavidin
Sigma-Aldirch
Visualize gold nanoparticles under fluorescence microscope.
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Nucleotide
GMPCPP
Jena Bioscience
Induce microtubule nucleation and stabilization.
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Drug
Paclitaxel
Sigma-Aldirch
Stabilize microtubules after formation.
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Protein
BSA
Sigma-Aldirch
Block non-specific interactions on gold nanoparticles.
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Surfactant
Tween 20
Sigma-Aldirch
Reduce non-specific binding in buffer solutions.
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Buffer
BRB80
Provide optimal conditions for microtubule assembly and stability.
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Software
Mathematica
Wolfram Research
Compute extinction spectra and analyze data for λmax determination.
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Software
GraphPad Prism
GraphPad Software
Perform statistical analyses on experimental data.
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Software
Excel
Microsoft
Assist in data analysis and calculations.
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