Summary
ويرد على بروتوكول للغزل موائع جزيئية وتوصيف المجهرية من شعيرات fibroin الحريرية المجددة.
Abstract
البروتوكول يوضح طريقة لمحاكاة عملية الغزل من دودة القز. في عملية الغزل الأصلية، تمكن القناة الغزل المتعاقدة بروتينات الحرير المدمجة وأمرت قوات القص واستطالة. هنا، تم تصميم قناة موائع جزيئية المحاكاة البيولوجية لتقليد الهندسة المحددة من لاصق الغزل من دودة القز. كان مقذوف الغزل fibroin الحريرية المجددة (مراسلون بلا حدود) يخدر بتركيز عال، من خلال microchannel لألياف الجاف-تدور في درجة حرارة الغرفة والضغط. في عملية ما بعد المعالجة، واستخلاص الألياف نسج والمخزنة في المحلول الإيثانول. تم استخدام تكنولوجيا حيود الأشعة السينية واسعة الزاوية (SR-واكسد) الإشعاع السنكروتروني التحقيق المجهرية واحد ألياف منظمة مراسلون بلا حدود، التي كانت ثابتة على حامل عينة مع محور الألياف مراسلون بلا حدود العادي إلى ميكروبيم من الأشعة السينية. كريستالينيتي، كريستاليتي حجم واتجاه الألياف البلورية حسبت من بيانات واكسد. أقواس حيود قرب خط الاستواء لنمط واكسد ثنائي الأبعاد تشير إلى أن الألياف مراسلون بلا حدود ما بعد المعالجة بدرجة عالية توجه.
Introduction
دودة القز والعنكبوت يمكن أن تنتج ألياف الحرير المعلقة من حل البروتين مائي في درجة حرارة الغرفة والضغط. يمكن أن يستحث تدفق القص واكستينسيونال تشكيل مادة الكريستال السائل في الغدة الحرير1. في السنوات الأخيرة، كان هناك اهتمام كبير بمحاكاة عملية الغزل العنكبوت من أجل إنتاج ألياف اصطناعية عالية القوة. ومع ذلك، لا يمكن إنتاج كميات كبيرة من بروتين حرير العنكبوت كفاءة واقتصادياً بتربية العناكب بسبب أكل لحوم البشر. يمكن الحصول على كميات كبيرة من الحرير دودة القز بسهولة بالزراعة. خلاف ذلك، يكون بدودة القز والعنكبوت تكوين العملية والأحماض الأمينية غزل مماثل. ولذلك، يتم تحديد دودة القز الحرير fibroin كبديل تدور الحرير الاصطناعي الحيوان بكثير من الباحثين.
دودة القز والعنكبوت بثق حل البروتين من خلال مجرى الغزل بهم إلى الألياف في الهواء. قوي التحمل عالية المتولدة على طول مجرى الغزل الأكثر احتمالاً تمتد الجزيئات fibroin الحرير إلى تكيف أكثر موسعة2. الحرير الصناعي قد تم نسج الألياف باستخدام التقليدية الغزل الرطب والجاف-الغزل العمليات3،4، التي لا تأخذ في الاعتبار القوات السوائل التي تم إنشاؤها في القناة الغزل.
أولاً، استخدمت النهج موائع جزيئية للتحقيق في الجمعية العامة من بروتين الحرير5،6. ثم درست تلفيق موائع جزيئية لمنظمة مراسلون بلا حدود عن طريق النمذجة الإمالة واكستينسيونال7،قوات8. معامل يونغ والقطر من ألياف مراسلون بلا حدود يمكن ضبطها بالغزل الرطب موائع جزيئية ولكن قوة الشد من الألياف تعادل أقل من 100 MPa7. وأخيراً، أعدت قوة عالية الألياف مراسلون بلا حدود بنجاح باستخدام الأسلوب الجاف-الغزل موائع جزيئية، ولكن قطر الألياف هو فقط 2 ميكرومتر8. في الآونة الأخيرة، استخدمت الغزل الرطب موائع جزيئية بنجاح في إنتاج الألياف الحريرية العنكبوت المؤتلف قوة عالية. الرسم بعد الغزل في الهواء تحسين العيوب الداخلية والسطحية للألياف الاصطناعية9.
في هذه الدراسة، هو عرض موائع جزيئية تحسن الغزل العملية للألياف مراسلون بلا حدود. ويهدف إلى محاكاة عملية الغزل دودة القز الحرير، بما في ذلك المخدر الغزل، القص القوات، وعملية الغزل الجاف. هذا الأسلوب للغزل لا يمكن إنتاج ألياف الحرير الاصطناعي قوة عالية فحسب، بل أيضا يمكن ضبط قطر الألياف. أولاً، مراسلون بلا حدود الغزل منشطات المنفصمة وممدود في قناة بيوميميك مع تحلل أسي ثاني ترتيب. وثانيا، درست تأثيرات الرطوبة النسبية (RH) على مورفولوجيا الألياف والخصائص في عملية الغزل الجاف موائع جزيئية10. مقارنة مغزال الغزل التقليدية، هو الغاية من المحاكاة البيولوجية نظامنا موائع جزيئية ويمكن استخدامها لإنتاج الألياف عالية القوة من الحلول في درجة حرارة الغرفة قبل الجاف أو الرطب الغزل الأسلوب.
سبب عالية الدقة، عالية السطوع، والجسيمات ذات الطاقة العالية من الإشعاع السنكروتروني ميكروفوكوس الأشعة السينية، يمكن استخدامه لوصف المجهرية من ألياف بصرية واحدة يبلغ قطرها عدة ميكرومتر4،11 , 12 , 13 , 14-وهنا استخدمت تقنية واكسد ريال لحساب كريستالينيتي، كريستاليتي حجم واتجاه بلوري من ألياف منظمة مراسلون بلا حدود.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تنبيه: يرجى استشارة جميع صحائف بيانات السلامة المادية ذات الصلة قبل الاستخدام. العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في إعداد صب ذات سمية حادة. الرجاء استخدام معدات الوقاية الشخصية (سلامة النظارات والقفازات ومعطف مختبر، وكامل طول السراويل وأحذية أغلقت تو)-
1-"موائع جزيئية الغزل من منظمة مراسلون بلا حدود المحلول"
- ، إعداد من مراسلون بلا حدود مائي الغزل منشطات 4 ، 15 16
- ديجومينج من دودة القز شرنقة
- ديجوم الشرانق موري بومباي مرتين في Na 2 CO 3 المحاليل (0.5% wt في الماء) عند 100 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة، ويغسل الحرير مع المياه لإزالة سيريسين.
- ديسولفينج شرنقة دودة القز ديجوميد
- الجاف للحرير شرنقة degummed في الهواء؛ ثم حل الحرير شرنقة degummed في مكتبة 9.0 م المحلول بنسبة 01:10 (w/v) عند 40 درجة مئوية ح 2. على سبيل المثال، أضف 10 مل مكتبة كل 1 جرام الحرير ( الشكل 1a).
- سينتريفوجينج وتصفية
- تمييع الحل مراسلون بلا حدود 1.5 مرة من المياه. أجهزة الطرد المركزي وتصفية لإزالة الشوائب. أجهزة الطرد المركزي حل منظمة مراسلون بلا حدود في زجاجات 250 مل عند 4 درجة مئوية لمدة 10 دقيقة في 1,234.8 س زاي تصفية منظمة مراسلون بلا حدود الحل باستخدام عامل تصفية 20 ميكرومتر ومضخة فراغ. ضعف ورقة تصفية سرير من الأفضل النظر في تأثير التجريب.
- دياليزينج
- دياليزي حل منظمة مراسلون بلا حدود في المياه في 5 درجة مئوية لمدة 3 أيام استخدام غشاء semipermeable السليلوز (موكو: 14,000 ± 2,000). الحجم الإجمالي لمنظمة مراسلون بلا حدود الحل هو حوالي 1 لتر، محملة بأكياس الغسيل الكلوي 4. وضع هذه الأكياس الغسيل الكلوي في الدلو، الذي يتم تعبئة مع 10 لتر التناضح العكسي (RO) منزوع الماء.
ملاحظة: ينبغي أن يكون قيمة الرقم الهيدروجيني للمياه أعلى من 6، لتجنب جيلاتيون أثناء عملية الاعتقال. الرقم الهيدروجيني للمياه لا يتطلب تعديل لهذا البروتوكول-
- دياليزي حل منظمة مراسلون بلا حدود في المياه في 5 درجة مئوية لمدة 3 أيام استخدام غشاء semipermeable السليلوز (موكو: 14,000 ± 2,000). الحجم الإجمالي لمنظمة مراسلون بلا حدود الحل هو حوالي 1 لتر، محملة بأكياس الغسيل الكلوي 4. وضع هذه الأكياس الغسيل الكلوي في الدلو، الذي يتم تعبئة مع 10 لتر التناضح العكسي (RO) منزوع الماء.
- التركيز
- تتكثف مراسلون بلا حدود المحلول إلى 20 في المائة بالوزن من تدفق الهواء القسري في 5 ° "جيم إضافة 3 م كاكل" 2 المحلول إلى حل منظمة مراسلون بلا حدود 1.0 مليمول/ز Ca 2 + التركيز النهائي؛ ثم التركيز عن طريق الجو القسري تدفق إلى 38-47% wt.
- تزن قطره واحدة من حل منظمة مراسلون بلا حدود على شريحة زجاجية والجافة ثم ح 2 في فرن في 105 درجة مئوية.
ملاحظة: الوزن في المئة المتبقية الصلبة مقارنة بوزن القطرة قبل التجفيف يتم التركيز الكلي للبروتين وكاكل 2. يتم اشتقاق تركيز منظمة مراسلون بلا حدود بعد خصم كتلة كاكل 2. وكرر أربعة على الأقل أجريت قياسات. وأظهرت دراساتنا السابقة أن تركيز Ca 2 + أثر تأثيراً كبيرا على خصائص انسيابية وسبينابيليتي من المحاليل مراسلون بلا حدود. وفي الوقت نفسه، تطالب إضافة Ca 2 + β--ورقة تشكيل محدودة وتجميع مراسلون بلا حدود 17. في مخدر أصلي لغزل، يعتبر كاكل 2 تلعب دوراً هاما أثناء التخزين من الغزل منشطات لتجنب جيلاتيون قبل الغزل. 18
- ديجومينج من دودة القز شرنقة
- 8 ، إعداد رقاقة موائع جزيئية 19
- إعداد النبائط
- التصميم الصغير في القناة برنامج CAD. طباعة الملف CAD لإنتاج شفافية عالية الدقة 19-
- إعداد العفن
- تنظيف الشريحة الزجاجية
- في غطاء كيميائية، الشريحة الزجاجية في الحل مختلطة من حمض الكبريتيك و 30 المجلد % بيروكسيد الهيدروجين الحل (10:1) لمدة 20 دقيقة على لوحة الساخن يغلي.
تنبيه: الأبخرة حامض الكبريتيك، وفوق أكسيد الهيدروجين بالغة السمية.
- في غطاء كيميائية، الشريحة الزجاجية في الحل مختلطة من حمض الكبريتيك و 30 المجلد % بيروكسيد الهيدروجين الحل (10:1) لمدة 20 دقيقة على لوحة الساخن يغلي.
- غسل الشريحة الزجاجية
- تغسل الشريحة الزجاجية باستخدام المياه، وضربه الجافة بدرجة نقاء عالية النيتروجين.
- فيلم الطلاء
- معطف مقاوم سو-8 الضوء على الشريحة الزجاجية بجهاز طلاء مبنية خصيصا مع وجود فجوة من 100 ميكرومتر بين السطح السفلي لشريط طلاء والسطح العلوي من الزجاج-
- تدور طلاء
- تنتشر مقاوم الضوء على الشريحة الزجاجية لتشكيل فيلم موحدة استخدام المغطى تدور في 40.3 x ز لمدة 30 ثانية. سمك الفيلم موحد هو حوالي 85 ميكرون.
- التصلب
- يصلب مقاوم الضوء في فرن بدرجة حرارة مراقبة البرنامج. رفع درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى 65 درجة مئوية إلى 2 درجة مئوية/دقيقة وعقد في 65 درجة مئوية للحد الأدنى 2 متابعة للحرارة من 65 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية وابق على 95 درجة مئوية عن 15 دقيقة تشغيل إيقاف تشغيل الفرن وتبريد بطبيعة الحال إلى غرفة درجة الحرارة في الفرن.
- الأشعة فوق البنفسجية ضوء التعرض
- فضح الجانب من الزجاج الشريحة مع مقاوم الضوء للأشعة فوق البنفسجية ل 12 s استخدام الشفافية النبائط التصويرية 19.
ملاحظة: وافينومبير الضوء فوق البنفسجي هو 365 نانومتر والطاقة التعرض هو 273.6 مللي جول/سم 2-
تنبيه: اتخاذ تدابير السلامة المناسبة أثناء العمل مع ضوء الأشعة فوق البنفسجية والفرن.
- فضح الجانب من الزجاج الشريحة مع مقاوم الضوء للأشعة فوق البنفسجية ل 12 s استخدام الشفافية النبائط التصويرية 19.
- يصلب مقاوم الضوء كما هو موضح في الخطوة 1.2.2.5.
- النامية
- تنظيف مقاوم الضوء يتم في الحل المطور ليغسل س. 30 الشريحة الزجاجية بالكحول والمطور، بالتناوب بين البلدين، حتى يكون هناك لا هطول الأمطار على الشريحة الزجاجية.
- يصلب مقاوم الضوء في فرن بدرجة حرارة مراقبة البرنامج. رفع درجة الحرارة من درجة حرارة الغرفة إلى 170 درجة مئوية إلى 2 درجة مئوية/دقيقة وابق على 170 درجة مئوية للحد الأدنى 30 تشغيل إيقاف تشغيل الفرن وتبريد بطبيعة الحال إلى درجة حرارة الغرفة في الفرن.
- تنظيف الشريحة الزجاجية
- الطباعة الحجرية الناعمة
- صب 8.8 ز السائل بولي دايمثيل سيلوكسان (PDMS) البوليمر قبل أكثر من العفن وعلاج لمدة 30 دقيقة عند 65 درجة مئوية، و 15 دقيقة في 80 درجة جيم PDMS السائلة قبل البوليمر يتكون من PDMS وعامل المعالجة (عادة في 10:1 (w/w))-
- اللكم
- لكمه ثقب النسخة المتماثلة PDMS في بداية القناة بالحفر. قطر التدريبات 1.2 مم-
- ختم
- ختم النسخة المتماثلة PDMS مع القناة لطبقة PDMS شقة دون نقش بمعالجة بلازما أكسجين على الأسطح من طبقتين PDMS.
ملاحظة: عملية إعداد شاملة للرقاقة يأخذ حوالي 72 h.
- ختم النسخة المتماثلة PDMS مع القناة لطبقة PDMS شقة دون نقش بمعالجة بلازما أكسجين على الأسطح من طبقتين PDMS.
- إعداد النبائط
- الألياف "تلفيق مراسلون بلا حدود"
- حقن المخدر الغزل
- حقن مراسلون بلا حدود الغزل المخدر في microchannel في 2 ميليلتر/دقيقة بمضخة المحاقن.
- تنظيم البيئة
- ضبط الرطوبة النسبية إلى 40 ± 5 RH % أو 50 ± 5% RH باستخدام مرطب. في 40 RH ± 5%، كما-نسج الألياف توطد بسرعة أكبر من 50 ± 5 RH %.
- الألياف "الإنتاج لمنظمة مراسلون بلا حدود"
- اللمس قطره مراسلون بلا حدود بتحديد عند مخرج القناة موائع جزيئية واستخلاص الألياف مراسلون بلا حدود في الهواء ثم بكرة على اسطوانة من خلال فجوة هواء 10 سم بسرعة 3 سم/ثانية ( الشكل 1b ).
- تخزين الألياف مراسلون بلا حدود في مجفف مختومة ل 24 h.
- الألياف بعد العلاج
- استخلاص الألياف نسج 4 مرات في 0.9 مم s -1 في المجلد 80% اتنوالحل ل آلة مبنية خصيصا، وثم الاحتفاظ الألياف تعادل ثابت وتزج الألياف في الحل بالنسبة ح 1. بسبب هذا العلاج، تم تغيير طول الألياف من الأصل 15 ملم إلى 60 ملم.
- بإعداد النموذج لتوصيف
- إصلاح ألياف ما بعد المعالجة في إطار ورقة بطول قياس 10 ملم. على الأقل 20 الألياف هي الحاجة إلى القياس، بما في ذلك في اختبار الشد، ووزارة شؤون المرأة، وفتير وواكسس. أقطار مجموعة ألياف بعد تعادل من 5 إلى 10 ميكرون. الشكل 1 يبين التخطيطي لإنتاج الألياف وتوصيف واكسد. ودرست الخواص الميكانيكية للألياف مراسلون بلا حدود بنظام اختبار المواد في (25 ± 2) درجة مئوية والرطوبة النسبية % (45 ± 5). التمديد معدل وقياس طول يبلغ 2 مم/دقيقة و 1 سم، على التوالي.
- حقن المخدر الغزل
2. الإشعاع السنكروتروني توصيف لبلورات بنية من منظمة مراسلون بلا حدود الألياف
- ، وصف الإشعاع السنكروتروني 4 ، 13 17
- تكيف بيمليني
- ضبط الطول الموجي للأشعة السينية، وحجم البقعة إلى 0.07746 شمال البحر الأبيض المتوسط و 2 من 3 × 2 ميكرومتر، على التوالي.
ملاحظة: يتم تنفيذ البروتوكول باستخدام بيامليني BL15U1 في "مرفق الإشعاع السنكروتروني شانغهاي"-
- ضبط الطول الموجي للأشعة السينية، وحجم البقعة إلى 0.07746 شمال البحر الأبيض المتوسط و 2 من 3 × 2 ميكرومتر، على التوالي.
- موقع الفور الأشعة السينية
- البحث عن موقع الحادث الأشعة السينية.
ملاحظة: يتم ضبط موقع البقعة الأشعة السينية بفني مختبر في "مرفق الإشعاع السنكروتروني".
- البحث عن موقع الحادث الأشعة السينية.
- اختبار العينة القياسية: ثاني أكسيد السيريوم الرباعي (المدير التنفيذي 2)
- اختبار مسحوق 2 المدير التنفيذي عينة قياسية. تميزت مسحوق 2 المدير التنفيذي لحساب مركز الدائرة والمسافة من العينة إلى الكاشف.
- عينة إعداد
- إصلاح خيوط مراسلون بلا حدود بالتوازي مع بعضها البعض في إطار ورقة بقياس طول 10 ملم. الصق ورقة الإطار في مرحلة الاختبار-
ملاحظة: الاحتفاظ الألياف الأفقية.
- إصلاح خيوط مراسلون بلا حدود بالتوازي مع بعضها البعض في إطار ورقة بقياس طول 10 ملم. الصق ورقة الإطار في مرحلة الاختبار-
- واكسد ريال اختبار
- فتح المصراع
- إغلاق باب محطة بيمليني بعد التأكد من أنه لا يوجد أشخاص في الغرفة. فتح المصراع للأشعة السينية شعاع المصدر.
- التركيز
- نقل الألياف قليلاً حتى في التركيز. ضبط مكان الألياف على طول x، y، z التوجيه عن بعد عن طريق برنامج ( الشكل 1 ج)-
- عينة من التعرض
- حرك الألياف صعودا وهبوطاً عن بعد عن طريق برمجيات، حتى يتم على الفور بالأشعة السينية. اضغط على زر ابدأ في البرنامج إلى فضح هذه الألياف إلى بيمليني الأشعة السينية ل 20 s ( الشكل 1 ج)-
- الخلفية الحيود
- اختبار حيود الخلفية الهواء مع وقت التعرض لنقل س. 20 الألياف بعيداً عن المكان بالأشعة السينية عن بعد عن طريق برنامج. اضغط " ابدأ " زر في البرنامج إلى فضح بيمليني الأشعة السينية ل " الجوية المتوسطة " ل 20 س.
- فتح المصراع
- تكيف بيمليني
- معالجة البيانات SR-واكسد 13
- معايرة البرمجيات
- معالجة البيانات واكسد باستخدام FIT2D (V12.077). معايرة مركز الدائرة والمسافة من عينة لكشف استخدام البيانات الحيود مسحوق 2 المدير التنفيذي-
- نمط حيود 2-د
- طرح الخلفية الهواء من نمط حيود الألياف باستخدام FIT2D (V12.077)-
- كريستالينيتي وكريستاليتي حجم
- تكامل كثافة حيود كدالة لنثر زاوية 2θ. تنفيذ deconvolution التكامل كثافة بذروة الآلي البرمجيات (الإصدار 4.12) الفصل 12. وقدرت درجة كريستالينيتي، س ج، من العلاقة:
, حيث أنا c هو مجموع شدة المتكاملة من قمم البلورية، و هو كثافة 4 ، غير متبلور هالة 11 متكامل. دمج أنماط واكسد أظهر العرض ذروة [200], [020]، [002] تأملات. فوهم من هذه القمم واستخدمت لتحديد حجم كريستاليتي على طول أ، ب، ومحاور ج باستخدام شيرر ' s الصيغة 4.
- تكامل كثافة حيود كدالة لنثر زاوية 2θ. تنفيذ deconvolution التكامل كثافة بذروة الآلي البرمجيات (الإصدار 4.12) الفصل 12. وقدرت درجة كريستالينيتي، س ج، من العلاقة:
- تحديد التوجهات كريستاليتي
- حساب لتوجهات كريستاليتي وغير متبلور وفقا التكاملات السمتية من (020) و (210) قمم 11. يمكن حساب اتجاه بلوري كمياً وفقا هيرمان ' s التوجه. هنا، على حد سواء (020) وقمم (210) كانت مزودة بمهمتين الضبابي. واحد أضيق للتوجه البلورية والآخر الأوسع ل المواد غير متبلور المنحى 13. هنا، كانت التوجهات كريستاليتي من ألياف مراسلون بلا حدود مقارنة باستخدام العرض الكامل نصف الحد الأقصى (فوم) من قمم التكاملات السمتية (002)-
- معايرة البرمجيات
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
وأنتجت قوة عالية الألياف مراسلون بلا حدود بنجاح باستخدام موائع جزيئية الغزل الأسلوب. وترد في الشكل 2منحنيات الإجهاد-الانفعال والصور SEM من الألياف مراسلون بلا حدود امتدت C44R40. وقيست على الأقل 10 ألياف في اختبار الشد. وقد اختيرت منحنيات الإجهاد-الانفعال وفقا لمتوسط القيمة لكسر الإجهاد والضغط من الألياف. وترد البيانات واكسد من الألياف في الشكل 3. كريستالينيتي والتوجه البلورية حسبت وفقا للبيانات واكسد. لتعيين نموذج، نحن نستخدم ج وار لتقديم تركيز منظمة مراسلون بلا حدود في منشطات الغزل والرطوبة النسبية، على التوالي. على سبيل المثال، نسج الألياف من وزن 44% مراسلون بلا حدود الغزل المخدر 40 ± 5% RH عين C44R40، التي وضعت بعد رسم بنسبة 4. ألياف أخرى تم تسميته C44R50، و C47R40، و C47R50 وفقا لوصف نفسه.
رقم 1: التخطيطي لتوصيف الإنتاج وهيكل الألياف. () "التحضير لمنظمة مراسلون بلا حدود" الحل، (ب) موائع جزيئية الغزل عملية ألياف منظمة مراسلون بلا حدود، (ج) الإشعاع السنكروتروني الإعداد التجريبية من الألياف واحدة منظمة مراسلون بلا حدود. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: منحنيات الإجهاد-الانفعال من ألياف مراسلون بلا حدود ما بعد المعالجة- قم بإدراج عروض SEM صورة من C44R40. شريط المقياس = 10 ميكرون. وقد تم تعديل هذا الرقم من10. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3: بيانات واكسد ريال من ألياف مراسلون بلا حدود ما بعد المعالجة- أنماط واكسد الأبعاد (A) اثنين من مرحلة ما بعد المعالجة مراسلون بلا حدود واحد ألياف: () C44R40، (ب) C44R50، (ج) C47R40، (د) C47R50، و (ب) ديجوميد الحرير موري (ب) ؛ البيانات واكسد الأبعاد (ج) واحدة من بعد انتهاء معاملة ألياف منظمة مراسلون بلا حدود و degummed الحرير ب-موري ، الذي أنجز في ذروة deconvolution في (د). لقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع10. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
أثناء الغسيل الكلوي الحل مراسلون بلا حدود، قيمة pH حاسمة بالنسبة لعملية تركيز التالية. إذا كانت قيمة الرقم الهيدروجيني المياه أصغر من 6، سيكون من الأسهل جل أثناء عملية تركيز حل منظمة مراسلون بلا حدود. لتجنب جيليشن، يتم إضافة كاكل2 إلى حل منظمة مراسلون بلا حدود. تركيز كاكل2 ميللي مول 1 وزن من منظمة مراسلون بلا حدود.
أعمالنا السابقة أثبتت إمكانية الغزل الجاف موائع جزيئية من محلول مائي مراسلون بلا حدود8. وكان هندسة قناة موائع جزيئية دالة آسيه مبسطة مرحلة واحدة. دودة القز والعنكبوت، كانت دبس الغزل رسم أسفل من خلال مجرى هواء غزل انحدار أسي مرحلتين قبل تشكيل الألياف1،20. هنا، تم تصميم هندسة قناة موائع جزيئية عن طريق محاكاة الدالة تحلل أسي الترتيب الثاني من دودة القز الغزل القناة1. عرض قناة microfluidic يقلل من عرض مكم 2,065 أولى إلى عرض المحطة الطرفية من 265 ميكرومتر، وطول القناة استطالة 21.5 ملم. في المادة السابقة، وكان قطر الألياف مراسلون بلا حدود مرسومة 2 ميكرومتر. وهكذا، كان حزمة من المواضيع منظمة مراسلون بلا حدود لاستخدامها لاختبار الميكانيكية وهيكل توصيف8.
وتبين التجربة أن تركيز منظمة مراسلون بلا حدود، والرطوبة النسبية يؤثر على القطر والمجهرية من الألياف مراسلون بلا حدود في عملية الغزل الجاف. ويبين الألياف مراسلون بلا حدود ونسج في 40% رطوبة نسبية قطرها أكبر وأكثر هياكل بلورية من الألياف ونسج في 50% رطوبة نسبية. ومع ذلك، قد الألياف ونسج في 50% رطوبة نسبية اتجاه بلورية أعلى من ذلك نسج في 40% رطوبة نسبية. قد تكون ذات صلة النتائج معدلات التبخر من المياه في الاردأ مختلفة. يحسن التفاعلات إينتراموليكولار ارتفاع معدل تبخر من المياه في 40% رطوبة نسبية ويسهل انتقال المرحلة سريعة فيبروين الحرير من سول-جل لألياف الحرير صلبة. يؤدي انخفاض معدل تبخر المياه في 50% رطوبة نسبية لمحتوى أعلى من بقايا المياه في الألياف طدت. كمواد تشحيم جزيئي صغير، يسهل توجه fibroin الحرير الماء ويجعل الألياف طدت جزئيا أن تمتد إلى الألياف الدقيقة. هذه العملية تساعدنا على فهم كيف يؤثر الماء على تكوين ألياف الحرير أثناء عملية الغزل الأصلي.
الخواص الميكانيكية للألياف مراسلون بلا حدود ما بعد المعالجة أفضل من تلك للحرير ديجوميد4. وزيدت جذريا بعد بعد العلاج، كريستالينيتيس الألياف. فوم الألياف مراسلون بلا حدود ما بعد المعالجة أصغر من ذلك نسج الألياف. ويشير إلى أنه بعد العلاج يحسن التوجه لبذر بلوري على طول محور الألياف. بيد أن الطابع المعقد لعملية ما بعد العلاج يحد إنتاج ألياف مراسلون بلا حدود مع قوة عالية.
مقارنة مغزال تقليدية، القناة موائع جزيئية مناسبة تماما لتحاكي هندسة غدة الحرير الطبيعي. وفي الوقت نفسه، استخدمت الغزل موائع جزيئية لإنتاج حرير العنكبوت المؤتلف مع الخصائص الميكانيكية المعلقة9. وأدمجت في رقاقة موائع جزيئية الغزل للحث على الجمعية والتوجه للجزيئات البروتينية وييفات مقاطع القص والونجاشونال. ولذلك، من الغزل موائع جزيئية الواعدة في إنتاج الحرير حيوانية عالية الأداء، فضلا عن ألياف اصطناعية أخرى من الحل. ومع ذلك، موائع جزيئية الغزل الأسلوب فقط يمكن أن تنتج خيوط مفردة فإنها لا تستطيع إنتاج عالية من ألياف اصطناعية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
Acknowledgments
هذا العمل يتم تحت رعاية مؤسسة العلوم الطبيعية الوطنية الصينية (21674018)، والبحوث الرئيسية الوطنية وبرنامج التنمية في الصين (2016YFA0201702/2016YFA0201700)، وفي "شو" دعم البرنامج عن طريق "تطوير التعليم في شانغهاي" مؤسسة وشنغهاي البلدية لجنة التعليم (15SG30)، ذو تميز برنامج الأستاذ الشباب (A201302)، أموال البحوث الأساسية للجامعات المركزية، والمشروع 111 (رقم 111-2-04).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| B. mori Cocoons | Farmer in Tongxiang, Zhejiang Province, China | ||
| Sodium carbonate, anhydrous, 99.8% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Lithium bromide, 99.1% | Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Calcium chloride, anhydrous, 96.0% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Ethanol, anhydrous, 99.7% | Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China | 10009218 | Analytically Pure |
| SU-8 photoresist | MicroChem Corp., USA | ||
| Developing solution | MicroChem Corp., USA | ||
| Sylgard 184 | Dow Corning, USA | ||
| Isopropanol | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Concentrated sulfuric acid | Pinghu Chemical Reagent Factory, China | Analytically Pure | |
| 30 vol% hydrogen peroxide | Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Acetone | Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China | Analytically Pure | |
| Oxygen plasma treatment | DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China | ||
| Syringe pump | KD Scientific, USA | KDS 200P | |
| Humidifier | SEN electric | ||
| Driller | Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China | bench drilling machine Z406c | |
| Material testing system | Instron, USA | Model: 5565 | |
| PeakFit | Systat Software, Inc., USA | Version 4.12 |
References
- Asakura, T., et al. Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori. Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).
- Vollrath, F., Knight, D. P. Liquid crystalline spinning of spider silk. Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).
- Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts. Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).
- Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. C. The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process. J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).
- Martel, A., et al. Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy. J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).
- Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. R. Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins. P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).
- Kinahan, M. E., et al. Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties. Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).
- Luo, J., et al. Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip. Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).
- Peng, Q. F., et al. Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip. Sci Rep. 6, (2016).
- Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers. Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).
- Sampath, S., et al. X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks. Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).
- Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties. Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).
- Pan, H., et al. Nanoconfined crystallites toughen artificial silk. J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).
- Zhang, C., et al. Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation. Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).
- Wei, W., et al. Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution. Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).
- Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution. J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).
- Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres. Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).
- Koh, L. D., et al. Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials. Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).
- McDonald, J. C., Whitesides, G. M. Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices. Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).
- Knight, D. P., Vollrath, F. Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line. P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).
