Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

这种方法的主要优点是快速、简单、环保，并允许定制材料。这种方法可以深入了解仿生二氧化硅是如何形成的、生物分子掺入的可用方法以及合成后材料处理。通常，刚接触这种方法的人会很挣扎，因为二氧化硅形成很快，需要快速添加一定量的酸才能获得最佳效果。

当我们意识到这种方法是多么温和，以至于条件与酶兼容时，我们第一次想到了这种方法。我们想到了使用这种方法来提高酶的性能和稳定性。这种方法的视觉演示至关重要，因为酸中和步骤对于最终材料性能最为重要。

首先，称取 318.2 毫克五水合硅酸钠放入 180 毫升塑料容器中，并溶解在 20 毫升去离子水中。在第二个容器中，称取 58.1 毫克五亚甲基己烷或 PEHA，并溶于 20 毫升去离子水中。从去离子水的体积中减去该量的水，用于溶解五水合硅酸钠。

为了在合成过程中进行原位封装，将预定质量的蛋白质溶解在 5 毫升去离子水中，然后将溶液放入冰箱中完全溶解。偶尔检查溶解进度，最好不要搅拌。将五水合硅酸钠和 PEHA 溶液混合在一个容器中，并加入足够的去离子水，使最终溶液体积为 41.5 毫升。

将新鲜制备的混合物放在搅拌板的顶部，并添加搅拌棒以提供一致的混合。然后，将 pH 探针悬浮在搅拌溶液中并记录初始 pH 值。通过加入预定量的 1 摩尔盐酸开始合成，并观察浑浊度的立即演变。

第一个关键步骤是快速添加酸以启动二氧化硅的形成。需要尽快将 pH 值降低到 7。如果正在进行封装，请在酸添加完成后立即添加封装剂溶液。

然后在 5 分钟后记录 pH 值，以确定反应完成。反应完成后，通过向混合物中添加更多盐酸来改变所得二氧化硅的成分，直到达到所需的 pH 值 2 到 7 之间，并让悬浮液稳定约一分钟。然后，将生物启发二氧化硅悬浮液倒入 50 毫升离心管中，然后以 5， 000 g 离心悬浮液 15 分钟。

离心后，去除上清液并储存以备进一步分析。用去离子水重新填充离心管，并使用涡旋混合器重悬二氧化硅。在生物分子掺入的情况下，一个关键步骤是给予生物启发二氧化硅洗涤的上清液，以便进一步分析。

重复离心和重悬步骤两次后，去除上清液并将二氧化硅刮入陶瓷坩埚中。将二氧化硅放入 85 摄氏度的烤箱中干燥过夜。在 5 mL 塑料瓶中，用 3 mL 去离子水稀释 300 μL 先前制备的钼蓝试剂。

然后，加入 10 微升水杨酸试液，摇匀。15 分钟后，加入 1.6 毫升先前制备的对氨基酚硫酸盐还原剂，将黄色硅钼酸盐络合物还原为蓝色异构体。然后，在 UV-vis 分光光度计中测量 810 纳米处的样品吸光度，并根据校准曲线计算硅浓度。

使用一次性移液器吸头，在每个指定的比色皿中加入预定量的 Bradford 试剂和样品。将每个比色皿倒置 3 次，然后显影 10 分钟。接下来，使用纯上清液作为空白测量 595 纳米处的吸光度。

通过从每次测量中减去对照样品吸光度来计算每个比色皿的原始吸光度。现在，通过绘制测得的吸光度与 BSA 浓度的关系图，为每组实验创建校准曲线，以避免可能影响分析灵敏度的随机波动。最后，确定重悬过程中每个样品的蛋白质含量，以监测可能的蛋白质损失。

二氧化硅形成反应的产率通常为 58 正负 6.5%钼蓝光谱法检测未反应的单体硅酸盐种类以及反应形成聚硅酸盐或低聚物但未达到足够大小以凝结的种类的量。一旦凝结完成，就可以通过使用酸洗脱法轻松改变材料表面，从而可以微调材料特性，例如添加剂的成分、孔隙率和化学活性。第一次离心后，在上清液中检测到约 50% 的 BSA，这与 50% 的固定效率有关。

由于在随后的洗涤中未检测到 BSA，因此在合成过程中可以安全地封装 BSA，而不会发生浸出。二氧化硅的 FTIR 光谱在含 BSA 的样品中显示特征性酰胺条带，但在对照样品中未显示。当 BSA 添加到未反应的试剂中时，所得复合材料的固定效率或 BSA 量没有显著差异。

在二氧化硅形成过程中添加 BSA 时，固定效率和产品中 BSA 的含量显著降低。一旦掌握了这项技术，如果执行得当，可以在不到五分钟的时间内完成。在尝试此程序时，重要的是要记住准确计算反应物的重量和体积，并在一次剂量中快速添加酸。

按照此程序，可以执行其他方法，如 FTIR、SCM、孔隙测定和酶测定，以回答有关材料特性和形态以及生物分子活性的其他问题。经过开发，这项技术为生物启发二氧化硅形成领域的研究人员铺平了道路，以探索一种快速、简单、可控且环保的合成二氧化硅的方法，并具有生物分子原位封装的能力。观看本视频后，您应该对如何使用仿生方法合成二氧化硅、原位封装生物分子、测量封装效率以及进行添加剂的合成后洗脱有很好的了解。

不要忘记，使用胺、酸、生物分子可能非常危险，因此在执行此程序时应始终采取预防措施，例如 PPE 和防止溢出。