توليد حبيبات نانوسيلوز البكتيرية المدمجة في المغنيتيت

الملخص

المصدر: أرياس، إس. إل. وآخرون. تصنيع نانوسيللوز بكتيري مغناطيسي وظيفي باستخدام جسيمات أكسيد الحديد النانوي. J. Vis. Exp. (2016)

يوضح هذا الفيديو تخليق جسيمات المغنيتيت النانوية في الموقع داخل بيليكول نانوسيلوز بكتيري ينتج عن بكتيريا البكتيل الزيلينوس. يشرح كيف يتم توليد النانوسيلولوز البكتيري المغناطيسي من خلال حقن أيونات الحديد، والترسيبات القلوية، والتنقية.

البروتوكول

1. تخليق جسيمات أكسيد الحديد النانوية المطلية بالبوليمر وترسبها في غشاء النانوسلولز البكتيري (BNC)

1. قم بفقاعة 1000 مل من الماء عالي النقاء بغاز النيتروجين لإزالة أي أكسجين مذاب من الماء واستبداله بالنيتروجين.
2. استخدم قارورة ذات ثلاث أعناق ذات قاع دائري لتحضير محلول بنسبة مولية 2:1 من الحديد (III) كلوريد سداسي الهيدرات (FeCl_{3.6H 2}O) والحديد (II) كلوريد رباعي الهيدرات (FeCl_{2.4H 2}O) مخفف بماء عالي النقاء منزوع الأكسجين. على سبيل المثال، استخدم 5.4 جرام من FeCl_{3.6H 2}O و1.98 جرام من FeCl 2.4H₂O في 10 مل من ماء عالي النقاء منزوع الأكسجين. إذا أصبح هذا التحضير لزجا جدا وصعب التحريك، استخدم 0.54 جرام من FeCl_{3.6H 2}O و0.198 جرام من FeCl 2.4H₂O في 20 مل من ماء عالي النقاء منزوع الأكسجين.
   ملاحظه: قلل وقت تعرض FeCl_2.4H2 O للهواء عنطريق وزن هذا المركب الكيميائي بأسرع وقت ممكن. بمجرد إدخاله في قارورة قاعية دائرية ذات ثلاثة أعناق، أغلق القارورة ذات الثلاثة أعناق ذات الزاوية الدائرية ذات القاع بحاجز كاف حتى يتم توصيلها بمصدر غاز النيتروجين وأنبوب المكثف.
3. استخدم عنقي الوعاء لتوفير دخول وإخراج مستمر لغاز النيتروجين عن طريق توصيل إمداد غاز النيتروجين بإبرة مثقوبة في حاجز الأنفي وتثبتت على أعقاب الوعاء.
4. ضع 1 حبيبة BNC (قطرها 15.6 مم وسماكة 2-3 مم) في الوعاء مع المتفاعلات. تأكد من أن العينة مغمورة تماما في السائل.
5. اربط رقبة الوعاء المتبقية بأنبوب مكثف. بالإضافة إلى ذلك، استخدم أنبوب تجفيف مملوء بكبريتات الكالسيوم اللامائية فوق أنبوب المكثف. مرر الماء عبر أنبوب المكثف.
6. أغلق جميع وصلات الزجاج بشحم التفريغ.
7. سخن المحلول في حمام زيت السيليكون إلى 80 درجة مئوية باستخدام صفيحة تسخين للتحريك وحافظ على هذه الحرارة حتى الخطوة 1.10. استخدم قضيب تحريك مغناطيسي صغير لخلط المواد المتفاعلة بسرعة 350 دورة في الدقيقة لمدة 5 دقائق. تأكد من أن المحلول الحديدي مشبع بشكل مناسب وأن المواد المتفاعلة مذابة تماما. استمر في تحريك الخليط حتى نهاية التجربة.
   ملاحظه: استخدم ميزان حرارة للتحقق من درجة حرارة زيت السيليكون. يجب أن يكون مستقرا حتى 80 درجة مئوية.
8. زد سرعة التحريك إلى 700 دورة في الدقيقة وأضف (عن طريق الإسقاط) في فترة زمنية مدتها 5 دقائق 5 مل من هيدروكسيد الأمونيوم (NH₄OH، 14٪) إلى 10 مل من المحلول الحديدي باستخدام إبرة تفريغ، والتي تم ثقبها أيضا في حاجز الرحم. بعد إضافة هيدروكسيد الأمونيوم، يتغير لون المحلول من الأصفر/البرتقالي إلى الأسود.
9. استمر في تحريك المحلول عند 80 درجة مئوية لمدة 5 دقائق أخرى. تجنب التحريك عالي السرعة للحفاظ على سلامة العينة. السرعات العالية، أي التي تتجاوز 1000 دورة في الدقيقة، يمكن أن تدمر العينة.
10. خفض درجة حرارة المحلول إلى 30 درجة مئوية باستخدام قاعدة التحكم في درجة الحرارة في أسفل لوحة التسخين المتحركة، واستمر في التحريك لمدة 5 دقائق أخرى. ثم أطفئ الصفيحة الساخنة. في هذه المرحلة، تم دمج جسيمات أكسيد الحديد النانوية (IONPs) في شبكة BNC.
11. قم بتبريد الخليط إلى درجة حرارة الغرفة (RT) وافصل الجسيمات النانوية المغناطيسية (MNPs) وBNC باستخدام مغناطيس دائم قوي (مثل 1 تسلا). للقيام بذلك، انقل الخليط إلى قارورة وعاء ثم، مع إبقاء المغناطيس قريبا من الوعاء، ثبت MNPs وBNC في مكانهما أثناء إخراج السوبرناتان.
    ملاحظه: كن حذرا عند التعامل مع المغناطيسات القوية لأنها قد تكون ضارة إذا استخدمت بشكل خاطئ. في الخطوات (1.12) - (1.14) و(1.16) استخدم الماء عالي النقاء غير المؤكسج الذي تم تحضيره سابقا في (1.1) لمنع الجسيمات من الأكسدة.
12. أعد تعليق الميكانيكات وBNC في ماء بسعة 100 مل. اهز المحلول بلطف لإزالة جميع الميثورات غير الممزوجة بقوة في BNC. قم بإخراج الفائق مرة أخرى عن طريق تثبيت MNPs وBNC في مكانهما باستخدام المغناطيس.
13. اغسل الميكروفونات السطحية وBNC عدة مرات بالماء حتى يصل الفائق إلى درجة حموضة محايدة (pH~7)، كما يتم قياسه باستخدام شريط قياس اللون.
14. افصل ال BNC الوظيفي المغناطيسي أو النانوسلولز البكتيري المغناطيسي (MBNC) عن MNPs باستخدام الملقط وشطف MBNC عدة مرات بالماء حتى يخرج الماء صافيا.
15. قم بتعقيم MBNC عن طريق تعريض الهيكل/الشبكة MBNC للأشعة فوق البنفسجية (110-280 نانومتر).
16. قم بتعقيم 500 مل من ماء عالي النقاء منزوع الأكسجين على درجة حرارة 120 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة وتخزين MBNC في 20 مل من هذا الماء.
17. بشكل غير مكثف، يغمر العينة في 1٪ من البولي إيثيلين جليكول (PEG) وتحرك لمدة ساعتين عند RT (37 درجة مئوية). تحسن هذه العملية التوافق الحيوي واستقرار جسيمات أكسيد الحديد النانوية الترسبة في BNC، وخاصة تلك المعرضة على السطح. سيتم توزيع طلاء PEG عبر شبكة MBNC ثلاثية الأبعاد.
    ملاحظه: الأكسدات الخالية من الصدمات الخالية من الصدمات تأكسد بسهولة في الهواء بسبب نشاطها الكيميائي العالي. على الرغم من أن PEG يعتبر مادة غير قابلة للتحلل الحيوي، إلا أن استقراره الكيميائي يعتمد على الظروف البيولوجية المطبقة مثل محتوى الماء، الرقم الهيدروجيني، درجة الحرارة، وجود الإنزيمات، أنواع الأكسجين التفاعلية، أنواع النيتروجين التفاعلية، وغيرها.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
الجلوكوأسيتوباكتير إكسيلينوس	ATCC	700178
هيكساهيدرات كلوريد الحديد (III)	سيغما ألدريتش	236489-100G
هيدروكسيد الأمونيوم	ماكرون فاين للكيميكاويات	6665-46
بولي (إيثيلين جليكول)، متوسط Mn 400	سيغما ألدريتش	202398-250G
رباعي هيدريد كلوريد الحديد (II)	سيغما ألدريتش	44939-250G
كبريتات الكالسيوم اللامائية	دبليو. إيه. هاموند دريرايت	13001
شحم عالي الفراغ	سيغما ألدريتش	Z273554-1EA
شرائط اختبار الرقم الهيدروجيني	سيغما ألدريتش	P4786-100EA
قارورة تقطير ذات زاوية ثلاثية الرقبة ذات القاع المستدير	سيغما-ألدرتش	CLS4965250
زيت السيليكون لحمامات الزيت	سيغما-ألدرتش	85409-250ML
أنبوب التجفيف	كيمغلاس	CG-1295-01
حاجز الحاجز الأنفي، نوع الكم	كيمغلاس	CG-3022-98
قضيب التحريك المغناطيسي	كيمغلاس	CG-2001-05
المكثف	كيمغلاس	CG-1218-01
متحكم في درجة الحرارة	بريسك هيت	SDC120JC-A
التسخين المتحرك	فيشر ساينتيفك	11-100-49SH