تقدم هذه المقالة بروتوكولا لإنتاج الجسيمات النانوية القائمة على البروتين والتي تغير السطح الكارهة للماء إلى محب للماء. الجسيمات النانوية المنتجة عبارة عن مجموعة من البوليمرات المشتركة ثنائي الكتلة gliadin-cyanoacrylate. يؤدي طلاء الرش بالجسيمات النانوية المنتجة إلى تغيير سطح المادة المستهدفة إلى سطح محب للماء.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
بروتوكول لإنتاج الجسيمات النانوية غليادين-cyanoacrylate لمع الماء طلاء
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
تقدم هذه المقالة بروتوكول لإنتاج الجسيمات النانوية البروتين على أساس أن يغير سطح مسعور لمحبة للماء عن طريق رذاذ الطلاء بسيط. وتنتج هذه الجسيمات النانوية عن طريق تفاعل البلمرة من cyanoacrylate ألكيل على سطح بروتين الحبوب (غليادين) الجزيئات. الكيل cyanoacrylate هو مونومر أن يبلمر على الفور في RT عندما يتم تطبيقه على السطح من المواد. يبدأ في رد فعل البلمرة من كميات ضئيلة من الأنواع ضعيف الأساسية أو أليفة النواة على السطح، بما في ذلك الرطوبة. مرة واحدة بلمرة، وتظهر cyanoacrylates ألكيل بلمرة صلة قوية مع المواد الكائن لأن الجماعات النتريل هي في العمود الفقري للبولي (ألكيل cyanoacrylate). تعمل البروتينات أيضا المبادر لهذا البلمرة لأنها تحتوي على مجموعة أمين يمكن أن الشروع في بلمرة cyanoacrylate. إذا تم استخدام البروتين تجميع باعتباره المبادر، وتحيط مجموع البروتين من قبل مسعوربولي (ألكيل cyanoacrylate) سلاسل بعد رد فعل البلمرة من cyanoacrylate ألكيل. من خلال السيطرة على حالة تجريبية، يتم إنتاج جسيمات في نطاق نانومتر. النانوية المنتجة كثف بسهولة على سطح معظم المواد بما في ذلك الزجاج والمعادن والبلاستيك والخشب والجلود، والأقمشة. عندما يتم رش سطح مادة مع تعليق جسيمات متناهية الصغر المنتجة وتشطف بالماء، وهيكل micellar من جسيمات متناهية الصغر يتغير التشكل، ويتعرض البروتينات ماء في الهواء. ونتيجة لذلك، يتغير سطح المغلفة جسيمات متناهية الصغر إلى محبة للماء.
المقدمة
الهدف من هذه المقالة هو إظهار بروتوكول تحضير تعليق الجسيمات النانوية الذي يعدل خاصية ترطيب المواد بواسطة رذاذ بسيط. يتكون تعليق الجسيمات النانوية المقدم من الألكيل سيانوا أكريليت1 وبروتين الحبوب ، جليادين2،3. أثناء عملية التصنيع ، يتم تشكيل مجاميع البروتين في الإيثانول المائي4. ينتج التفاعل اللاحق مع المونومر (الألكيل سيانواكريلات) الجسيمات النانوية التي تتكون من نواة بروتينية محاطة بسلاسل بوليمر خطية [بولي (ألكيل سيانواكريلات)]5.
< p class = 'jove_content'> Poly (alkyl cyanoacrylate) قابلة للتحلل البيولوجي وقد تم استخدامها لإنتاج الجسيمات النانوية عن طريق بلمرة المستحلب6. يبدأ هذا التفاعل تلقائيا بواسطة مجموعات الهيدروكسيل المنفصلة عن الماء أو بواسطة مجموعات محبة للنواة الأخرى في وسط التفاعل7. في حالة التفاعل المقدم في هذه المقالة ، تبدأ مجموعات الأمين الموجودة على سطح مجاميع البروتين تفاعل بلمرة مونومرات الألكيل سيانوا أكريليت5،8. نتيجة لهذا التفاعل ، تتشكل الجسيمات النانوية في وسط التفاعل. جوهر الجسيمات النانوية هو مجاميع البروتين والطبقة الخارجية عبارة عن سلاسل بولي (ألكيل سيانواكريلات) (PACA). الجسيمات النانوية المحضرة لها تقارب قوي في معظم المواد (بتعبير أدق ، أي مادة يمكن أن تمتصها PACA) وتلتصق بسطحها لتشكيل طبقة رقيقة على مقياس نانومتر. طلاء رش بسيط يحول سطح المواد على الفور إلى الماء.Gliadin هو أحد الأجزاء الرئيسية للجلوتين ، وهو موجود في السويداء من القمح. الجليادين عبارة عن بروتينات أحادية بشكل أساسي بأوزان جزيئية تتراوح بين 28,000 و 55,000. الروابط غير التساهمية مثل الروابط الهيدروجينية والروابط الأيونية والروابط الكارهة للماء هي المسؤولة عن تجميع الجليادين2. على الرغم من اختيار الجليادين كمتفاعل في هذه المقالة ، إلا أنه يمكن أيضا استخدام العديد من البروتينات الأخرى لنفس الغرض. ومع ذلك ، يجب تعديل حالة التفاعل وفقا لذلك لأن شرط إحداث التجميع يعتمد على نوع البروتين المراد استخدامه8. بالمقارنة مع البروتينات الأخرى ، فإن الجليادين متاح بسهولة أكبر ، والتنقية بسيطة ، وتكلفة الإنتاج منخفضة. على الرغم من اختيار سيانوا أكريلات الإيثيل (ECA) كمونومر للتفاعل المقدم ، إلا أنه يمكن أيضا استخدام سيانوا أكريلات الألكيل الأخرى لنفس التفاعل. سبب اختيار ECA هو أنه متاح بسهولة بتكلفة منخفضة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. Defatting غليادين التجاري
- قياس 150 مل من الأسيتون مع الاسطوانة وتصب في 250 مل دورق مخروطي.
- مع التحريك مع شريط تدور على محرك مغناطيسي في RT، إضافة 30 غرام من مسحوق غليادين التجاري. ختم فتح قارورة مع رقائق الألومنيوم، والحفاظ على اثارة O / N في غطاء محرك السيارة.
- الترشيح الحل مع ورقة الترشيح.
- غسل الترشيح مع الأسيتون الطازجة (حوالي 50 مل). اسمحوا الوقوف لمدة 10 دقيقة للسماح للالأسيتون لاستنزاف.
- نقل الراشح جنبا إلى جنب مع ورقة الترشيح تحت لطبق كبير مثل صحن مربع ثقافة الخلية. تغطية الصحن كله مع ورقة مرشح كبيرة لإبطاء تبخر الأسيتون المتبقية.
- السماح الترشيح حتى يجف تماما في غطاء محرك السيارة O / N. تخزين غليادين منزوع الدهن في وعاء محكم الهواء في RT.
2. إعداد تنقية غليادين
- قياس 150 مل من واثالثا مع الاسطوانة وتصب في 1000 مل دورق مخروطي.
- قياس 350 مل من الايثانول المطلق مع اسطوانة الفوضى وتصب في نفس 1000 مل دورق مخروطي. يحرك بقوة (800 - 1000 دورة في الدقيقة) مع شريط تدور حتى يتم إنشاء أي فقاعة من خليط حل.
- مع التحريك، إضافة 20 غرام من مسحوق غليادين منزوع الدهن التجاري. إضافة غليادين بكميات صغيرة في وقت لتجنب تشكيل كتل التي تحتوي على الهواء في الوسط. الحفاظ على اثارة O / N.
- نقل الحل كله إلى 1000 مل الفوضى اسطوانة. اسمحوا الوقوف لمدة يومين. خلال هذا الوقت، سيتم عجلت الشوائب في قاع الاسطوانة.
- طاف لنقل المبخر الدوار مع ماصة، وإزالة الإيثانول من طاف قدر الإمكان. مع انخفاض نسبة الإيثانول، ستظهر غليادين في حل مثل مجموع المباراتين.
- تجميد محلول يحتوي على المجاميع غليادين عن طريق غمر / الدورية في الميثانول/ جاف خليط الجليد وتجميد الجافة في -70 درجة مئوية تحت فراغ. قبل التجميد والتجفيف، تأكد من يتم تجميد الحل بالكامل دون أي سائل.
ملاحظة: سوف غليادين تجميد المجفف تشكيل الصلبة التي يسهل اختراقها. - سحق غليادين تجميد المجفف مع هاون ومدقة، وطحن مع طاحونة القهوة للحصول على قوة الدقيقة (<0.5 مم). نقل المنتج في حاوية محكمة الغلق وتخزينها في RT.
رد الفعل 3. البلمرة اللجنة الاقتصادية لأفريقيا مع غليادين
- ضع قارورة التلألؤ (حجم حوالي 20 مل) في وزنها التوازن، والفارغة. إضافة 3.2 غرام من الماء المقطر و 6.8 غرام الايثانول المطلق في القارورة scitillation.
- نقل قارورة التلألؤ الدخول إلى محرك مغناطيسي، ووضع شريط تدور المغناطيسي (20 × 3 مم) في قارورة، ويحرك بقوة (800 - 1000 دورة في الدقيقة) حتى يتم إنشاء أي فقاعة الهواء من خليط الايثانول المائي.
- إضافة 40 ميكرولتر من 4 N حمض الهيدروكلوريك في قارورة مع التحريك. إضافة 20 ملغ من غليادين في قارورة في حين الأمراض المنقولة جنسيا rring، والحفاظ على التحريك حتى يذوب مسحوق غليادين بالكامل في خليط الايثانول المائي.
- بعد التأكد من حل غليادين واضح للعين المجردة، إضافة ببطء 80-100 ميكرولتر من اللجنة الاقتصادية لأفريقيا بينما سرعة التحريك لا يزال 800 - 1000 دورة في الدقيقة.
- خفض سرعة التحريك إلى 500 دورة في الدقيقة، ويستمر التحريك لمدة 1 ساعة. ومع استمرار رد الفعل، ومراقبة تعكر مما يدل على أن رد فعل البلمرة في التقدم.
- عندما يتم إنهاء رد فعل، نقل الحل في أنابيب الطرد المركزي، وتحقيق التوازن بين وزن الأنابيب. الطرد المركزي ناتج التفاعل في 10000 x ج لمدة 20 دقيقة. خلال هذا الوقت، لا تزال رواسب المنتجات الجانبية والجسيمات النانوية في supernantant. العنصر الرئيسي في الناتج الجانبي هو PACA المبلمر المتجانس.
- بعد الطرد المركزي، ونقل تعليق جسيمات متناهية الصغر المنتجة (طاف) مع ماصة إلى قارورة التلألؤ (أو أي حاوية محكمة الغلق)، وتخزينه في RT.
- إعداد 10 غرام من الإيثانول المائي 68٪ بالوزن عن طريق خلط الماء 3.2 غرام و 6.8 غرام الايثانول المطلق في 20 مل التلألؤ القارورة ويحرك حتى يتم إنشاء أي فقاعة من خليط حل.
- إضافة 40 ميكرولتر من 4 N حمض الهيدروكلوريك إلى الخليط مع التحريك الحل. إضافة 50 ميكرولتر من تعليق جسيمات متناهية الصغر في حل الإيثانول استعداد مع التحريك.
- قياس حجم جسيمات متناهية الصغر مع ديناميكية تشتت الضوء (DLS) باستخدام محلول العينة أعد أعلاه واتباع تعليمات الشركة الصانعة.
ملاحظة: حجم المنتج النهائي يجب أن يكون أصغر من 200 نانومتر. إذا كان أكبر من 200 نانومتر، والمنتج لا تكون مستقرة لفترة طويلة من الزمن. ويتم إنتاج الجسيمات النانوية أكبر عندما اللجنة الاقتصادية لأفريقيا العاملات ليست جديدة.
5. فحص المنتج
- إعداد لوحة من الزجاج مثل مرآة اليد. غسل سطح لوحة من الزجاج مع الماء والصابون. RINSE سطح لوحة من الزجاج مع تدفق المياه. تجف تنظيف السطح أو استخدام دون تجفيف للخطوة التالية.
- رش تعليق جسيمات متناهية الصغر التي تم الحصول عليها في 3.6) على جزء من لوحة من الزجاج، وشطف السطح مع المياه المتدفقة على الفور.
- رذاذ الماء النقي على سطح لوحة من الزجاج. مراقبة المغلفة (رش مع تعليق جسيمات متناهية الصغر) طبقة المياه السطحية عقد بينما السطح المصقول واضح.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
النانوية يمكن أن تكون مستعدة في ظروف التفاعل المختلفة. أشكال غليادين تتجمع في مجموعة واسعة من محتوى الإيثانول 5. ومع ذلك، فإن حجم الركام يحتاج إلى أن تكون صغيرة قدر الإمكان لأن طبقة إضافية (أي، بلمرة ECA) ستضاف إلى هذا الركام وهذه العملية تجعل الحجم النهائي أكبر. إذا كان الحجم النهائي من الجسيمات كبير جدا، فإن الجسيمات تكون غير مستقرة، وسوف يكون من السهل عجل. لذلك، تم اختيار 68٪ من الإيثانول المائي كوسيلة رد فعل 4. حج...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
هناك العديد من الخطوات الحاسمة في إنتاج تعليق الجسيمات النانوية. إذا كان الجليادين المنقى يحتوي على شوائب ، فإن التفاعل مع ECA سينتج عنه منتجات جانبية. على الرغم من أنه يمكن إزالة هذه المنتجات غير المرغوب فيها من وسط التفاعل أثناء مرحلة الطرد المركزي ، إلا أنها تقلل من إنتاجية المنتج الرئيسي. إذا لم يظهر محلول الجليادين الذي تم إعداده خلال الخطوة التجريبية 2.3) فصلا واضحا بين المادة الطافية والراسب بعد يومين ، فيجب أن يقف المحلول لفترة أطول. يعد استخدام ECA الطازج أمرا بالغ الأهمية لأن العمر الافتراضي لجمعية الطفولة المب...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
إن ذكر الأسماء التجارية أو المنتجات التجارية في هذا المنشور هو فقط لغرض تقديم معلومات محددة ولا يعني توصية أو تأييدا من وزارة الزراعة الأمريكية. وزارة الزراعة الأمريكية هي مزود تكافؤ الفرص وصاحب العمل.
شكر وتقدير
وبفضل السيد جيسون آدكنز لتقديم المساعدة التقنية للخبراء.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| مونومر إيثيل سيانوا أكريليت (ECA) | K & R International (Laguna Niguel ، CA) | I-1605 | يمكن استخدام أي ECA نقي. |
| Gliadin | MGP Ingredients، Inc (Accison ، KS) | يمكن شراء هدية من شركة | Gliadin من Sigma-Aldrich (القط #: G3375-25G). بدلا من gliadin ، أي تجاري ؛ يمكن استخدام الغلوتين. |
| يمكن | أي | مادة كيميائية من الدرجة الكاشف. | |
| الأسيتون | يمكن استخدام أي | مادة كيميائية من الدرجة الكاشف. | |
| الميثانول | يمكن استخدام أي | مادة كيميائية من الدرجة الكاشف. | |
| الإيثانول (100٪) يمكن | استخدام أي | مادة كيميائية من الدرجة الكاشف. | |
| ورق الترشيح يمكن | استخدام أي | ورق ترشيح أكبر من 10 سم. | |
| طبق مربع لثقافة الخلية | يمكن استخدام أي | طبق أكبر من 20 × 20 سم. | |
| مطحنة قهوة | يمكن استخدام أي | مطحنة قهوة. | |
| المبخر الدوار | يمكن استخدام أي | مبخر دوار. | |
| مجفف التجميد | أي | مجفف تجميد يمكن أن يصل إلى -70 درجة ؛ يمكن استخدام C. | |
| جهاز طرد مركزي | يمكن استخدام أي | جهاز طرد مركزي يمكن أن يطبق 1,000 × جم. | |
| النمام المغناطيسي يمكن | استخدام أي | محرك مغناطيسي يمكنه تحويل قضيب الدوران إلى 1,000 دورة في الدقيقة. | |
| تشتت الضوء الديناميكي (DLS)يمكن | Brookhaven Instruments Corporation | و NanoBrook و Omni Zeta Potential Analyzer | DLS من أي شركة. |
| المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) شركة | Carl Zeiss Inc. | يمكن استخدام أي تسويق محرك بحث. | |
| زاوية التلامس الديناميكية (DCA) | أدوات | يمكن استخدام أي DCA. |
المراجع
- Vauthier, C., Dubernet, C., Fattal, E., Pinto-Alphandary, H., Couvreur, P. Poly(alkylcyanoacrylates) as biodegradable materials for biomedical applications. Adv. Drug Deliver. Rev. 55, 519-548 (2003).
- Wieser, H. Chemistry of gluten proteins. Food Microbiol. 24, 115-119 (2007).
- Bietz, J. A., Wall, J. S. Identity of high molecular weight gliadin and ethanol soluble glutenin subunits of wheat: Relation to gluten structure. Cereal Chem. 57, 415-421 (1980).
- Kim, S. Production of composites by using gliadin as a bonding material. J. Cereal Sci. 54, 168-172 (2011).
- Kim, S., Kim, Y. Production of gliadin-poly(ethyl cyanoacrylate) nanoparticles for hydrophilic coating. J. Nanopart. Res. 16, 1-10 (2014).
- Behan, N., Birkinshaw, C., Clarke, N. Poly n-butyl cyanoacrylate nanoparticles: a mechanistic study of polymerisation and particle formation. Biomaterials. 22, 1335-1344 (2001).
- Nicolas, J., Couvreur, P. Synthesis of poly(alkyl cyanoacrylate)-based colloidal nanomedicines. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 1, 111-127 (2009).
- Kim, S., Evans, K., Biswas, A. Production of BSA-poly(ethyl cyanoacrylate) nanoparticles as a coating material that improves wetting property. Colloid Surface. B. 107, 68-75 (2013).
- Lander, L. M., Siewierski, L. M., Brittain, W. J., Vogler, E. A. A systematic comparison of contact angle methods. Langmuir. 9, 2237-2239 (1993).
- Davies, J., Nunnerley, C. S., Brisley, A. C., Edwards, J. C., Finlayson, S. D. Use of Dynamic Contact Angle Profile Analysis in Studying the Kinetics of Protein Removal from Steel Glass, Polytetrafluoroethylene, Polypropylene, Ethylenepropylene Rubber, and Silicone Surfaces. J. Colloid Interf. Sci. 182, 437-443 (1996).
- Giolando, D. M. Nano-crystals of titanium dioxide in aluminum oxide: A transparent self-cleaning coating applicable to solar energy. Sol. Energy. 97, 195-199 (2013).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
