Name: Mikrofluidische trocken-Spinnen und Charakterisierung von regenerierten Seide Fibroin Fasern (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: Erfahren Sie die mikrofluidische Trockenspinnung von regenerierten Seidenfibroinfasen zur Untersuchung von Luftfeuchtigkeitseffekten auf Struktur und Zugfestigkeit. Diese biomimetische Methode ermöglicht präzise Kontrolle des Spinnprozesses.

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Diese Arbeit wird gesponsort von der National Natural Science Foundation of China (21674018), National Key Research und Development Program of China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) und unterstützt durch Shanghai Bildungsentwicklung "Shuguang-Programm" Stiftung und Shanghai Municipal Education Commission (15SG30), unterschieden DHU junge Professor Programm (A201302), die Grundlagenforschung Mittel für den Central-Universitäten und 111-Projekt (No.111-2-04).

Vorsicht: konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter vor Gebrauch. Einige der bei der Vorbereitung des Formteils verwendeten Chemikalien sind akut toxisch. Bitte verwenden Sie persönlichen Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe).
 1. mikrofluidischen Spinning von RSF wässriger Lösung <ol><li>Vorbereitung der RSF wässrigen Spinnen Schmiere 4 , 15 , 16 <ol><li>Degumming der Seidenraupe Kokon <ol><li>Degum Bombyx Mori zweimal in Na 2 CO 3 wässrigen Lösungen (0,5 Gew.-% in Wasser Kokons) bei 100 ° C für 30 min und dann waschen Sie die Seide mit entionisiertem Wasser zu entfernen, die Sericin.</li>
		</ol></li> <li>Auflösend degummed Seidenraupe Cocoon <ol><li>degummed Kokon Seide in Luft trocknen; dann auflösen der degummed Kokon Seide in 9,0 M LiBr wässriger Lösung mit einem Verhältnis von 01:10 (w/V) bei 40 ° C für 2 h. Beispielsweise fügen Sie 10 mL LiBr pro 1 Gramm Seide ( Abbildung 1a).</li>
		</ol></li> <li>Centrifuging und Filterung <ol><li>die RSF-Lösung das 1,5-fache von entionisiertem Wasser verdünnen. Zentrifuge und Filter, um Verunreinigungen zu entfernen. Zentrifuge die RSF-Lösung in 250 mL Flaschen bei 4 ° C für 10 min bei 1,234.8 x g. filtern die RSF-Lösung mit einer 20 µm-Filter und einer Vakuumpumpe. Doppelte Filterpapier Bett empfiehlt sich angesichts des Experimente Effekts.</li>
		</ol></li> <li>Dialyzing <ol><li>Dialyse die RSF-Lösung in entionisiertem Wasser bei 5 ° C für 3 Tage mit einer halbdurchlässigen Membran Zellulose (MWCO: 14.000 ± 2.000). Das Gesamtvolumen der RSF Lösung beträgt etwa 1 L, in 4 Dialysebeutel geladen. Legen Sie diese Dialysebeutel in den Eimer, die gefüllt ist mit 10 L Umkehrosmose (RO) deionisiertes Wasser. 
			Hinweis: Der pH-Wert des deionisiertes Wasser sollte höher als 6 Gelierung während der Konzentrationsprozess zu vermeiden. Der pH-Wert des deionisiertes Wasser erforderte keine Anpassung für dieses Protokoll.</li>
		</ol></li> <li>Konzentration <ol><li>kondensieren die RSF wässrige Lösung bis 20 Gew.-% durch erzwungene Luftzirkulation bei 5 ° C. hinzufügen 3 M CaCl 2 wässrigen Lösung in die RSF-Lösung bis 1,0 Mmol/g Ca 2 + Endkonzentration; dann konzentrieren durch Umluft Fluss, 38-47 WT%.</li>
			<li>Wiegen RSF Lösung einen Tropfen auf einen Objektträger und trocknen Sie es dann für 2 h im Ofen bei 105 ° c 
			Hinweis: Die Gewichtsprozent der verbleibenden festen im Vergleich zu dem Gewicht des Tropfens vor Trocknung die Gesamtkonzentration an Protein und CaCl 2 ist. Die RSF-Konzentration wird nach Abzug der Masse des CaCl 2 abgeleitet. Mindestens vier wiederholte Messungen durchgeführt wurden. Unsere früheren Studien zeigten, dass die Konzentration von Ca 2 + stark die rheologischen Eigenschaften und die Spinnbarkeit der RSF wässrigen Lösungen betroffen. Unterdessen aufgefordert die Zugabe von Ca 2 + die begrenzte Bildung von β-Blatt und die Aggregation von RSF 17. In einer einheimischen Spinnen Schmiere gilt CaCl 2 eine wichtige Rolle bei der Lagerung von Schmiere zur Vermeidung von Gelierung vor dem Spinnen spinnen. 18</li></ol></li></ol></li> <li>Vorbereitung der Mikrofluidik-Chip 8 , 19 <ol><li>Vorbereitung Fotomaske <ol><li>Design den Mikro-Kanal in einem CAD-Programm. Drucken Sie die CAD-Datei um eine hochauflösende Transparenz 19 produzieren.</li>
		</ol></li> <li>Vorbereitung der Formwerkzeugs <ol><li>Reinigung der Glas-Folie <ol><li>In einer chemischen Kapuze, kochen die Objektträger in der gemischten Lösung von konzentrierter Schwefelsäure und 30 Vol % Wasserstoffperoxid-Lösung (10:1) für 20 min auf einer heißen Platte. 
				Achtung: Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid Dämpfe sind extrem giftig.</li>
			</ol></li> <li>Waschen die Objektträger <ol><li>der Objektträger mit entionisiertem Wasser waschen und Fönen mit hochreinen Stickstoff.</li>
			</ol></li> <li>Schichtsfilm <ol><li>SU-8 Photoresist auf Glasobjektträger durch einen speziell angefertigten Streichvorrichtung mit einem Abstand von 100 µm zwischen der unteren Oberfläche der Beschichtung Bar und der oberen Oberfläche des Glases beschichten.</li>
			</ol></li> <li>Spin-Beschichtung <ol><li>verbreiten den Fotolack auf den Objektträger zu bilden einen einheitlichen Film mit einem Spin Coater auf 40,3 x g für 30 s. Die Dicke des einheitlichen Films beträgt etwa 85 µm.</li>
			</ol></li> <li>Erstarrung <ol><li>Photolack in einem Ofen mit einer Temperatur Steuerung Programm zu festigen. Erhöhen Sie die Temperatur von Raumtemperatur bis 65 ° C bei 2 ° C/min und halten bei 65 ° C für 2 min. weiter Hitze von 65 ° C bis 95° C und halten bei 95 ° C für 15 min. Drehen aus dem Ofen nehmen und abkühlen, natürlich um Zimmer Temperatur im Ofen.</li>
			</ol></li> <li>UV Licht Exposition <ol><li>setzen die Seite des Glases mit den Fotolack mit UV-Licht für 12 schieben s mit der Transparenz als einer Fotomaske durch Photolithographie 19. 
				Hinweis: Die Wellenzahl von UV-Licht ist 365 nm und die Exposition Energie ist 273.6 mJ/cm 2. 
				: Vorsicht richtige Sicherheitsmaßnahme beim Arbeiten mit UV-Licht und Ofen.</li>
			</ol></li> <li>Den Fotolack zu festigen, wie unter Schritt 1.2.2.5.</li>
			<li>Entwicklung <ol><li>reinigen den Fotolack Ultraschall in Entwicklerlösung für 30 S. Waschen der Objektträger mit Isopropanol und Entwickler, abwechselnd zwischen den beiden, bis es kein Niederschlag auf den Objektträger ist.</li>
			</ol></li> <li>Den Fotolack in einem Ofen mit einer Temperatur Steuerung Programm zu festigen. Erhöhen Sie die Temperatur von Raumtemperatur bis 170 ° C bei 2 ° C/min und bei 170 ° C für 30 min. Drehen aus dem Ofen nehmen und abkühlen halten Sie natürlich auf Raumtemperatur in den Ofen.</li>
		</ol></li> <li>Weichen Lithographie <ol><li>Schimmel und Heilung für 30 min bei 65 ° C 8,8 g flüssigen Polydimethylsiloxan (PDMS) Pre-Polymer übergießen und 15 min bei 80 ° c flüssig PDMS Pre-Polymer besteht aus PDMS und Härtemittel (in der Regel bei 10:1 (w/w)).</li>
		</ol></li> <li>Lochen <ol><li>Punch ein Loch durch das PDMS-Replikat am Anfang des Kanals durch Bohren. Der Durchmesser des Bohrers beträgt 1,2 mm.</li>
		</ol></li> <li>Abdichtung <ol><li>versiegeln die PDMS-Replik mit dem Kanal zu einem flachen PDMS-Layer ohne Muster durch eine Plasmabehandlung Sauerstoff auf den Oberflächen der beiden Schichten PDMS. 
			Hinweis: Der Gesamtprozess der Erstellung des Chips dauert etwa 72 h.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Herstellung von RSF Faser <ol><li>Injektion von Spinnen Schmiere <ol><li>injizieren der RSF Spinnen Schmiere in der Mikrokanal mit 2 µL/min durch eine Spritzenpumpe.</li>
		</ol></li> <li>Umwelt-Verordnung <ol><li>passen Sie die Relative Luftfeuchtigkeit 40 ± 5 % RH oder 50 ± 5 RH % Einsatz eines Befeuchters. Bei 40 ± 5 RH %, als-gesponnene Faser verfestigt schneller als 50 ± 5 % RH.</li>
		</ol></li> <li>Produktion von RSF Faser <ol><li>berühren die RSF-Drop von einer Nadelspitze am Ausgang des Kanals mikrofluidischen, RSF-Faser in Luft zu zeichnen und dann Rollen Sie es auf eine Walze durch eine 10 cm Luftspalt mit einer Geschwindigkeit von 3 cm/s ( Abbildung 1 b ).</li>
		</ol></li> <li>Speichern die RSF-Fasern in einem versiegelten Exsikkator für 24 h.</li>
		<li>Faser Nachbehandlung <ol><li>zeichnen die als gesponnen Fasern 4 Mal bei 0,9 mm s -1 in 80 Vol % ethanol-Lösung durch eine maßgeschneiderte Maschine, und halten Sie die gezeichneten Faser fixiert und tauchen die Fasern in die Lösung für 1 h. Wegen dieser Behandlung die Länge der Faser änderte sich von ursprünglich 15 mm bis 60 mm.</li>
		</ol></li> <li>Vorbereitung der Probe zur Charakterisierung <ol><li>Post-behandelten Fasern mit einer Länge von 10mm Spurweite auf einem Papier Rahmen zu beheben. Mindestens 20 Fasern sind notwendig für die Messung, namentlich im Zugversuch, SEM, FTIR und WAXS. Die Durchmesser der Post-gezogenen Fasern reichen von 5 bis 10 µm. Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung der Faserproduktion und WAXD Charakterisierung. Die mechanischen Eigenschaften der RSF Fasern wurden von einem materiellen Testsystem bei (25 ± 2) ° C und (45 ± 5) % relativer Luftfeuchte untersucht. Die Erweiterung bewerten und Länge zu messen, wurden jeweils 2 mm/min und 1 cm.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Synchrotronstrahlung Charakterisierung der kristallinen Struktur des RSF Fiber <ol><li>Synchrotronstrahlung Charakterisierung 4 , 13 , 17 <ol><li>Anpassungder <ol><li>Strahlrohr anpassen bzw. die Wellenlänge der Röntgenstrahlen und Punktgröße zu 0,07746 nm und 3 x 2 µm 2. 
			Hinweis: Das Protokoll erfolgt über das BL15U1-Strahlrohr in der Shanghai Synchrotron Radiation Facility.</li>
		</ol></li> <li>Lage des Röntgen-Spot <ol><li>Suchen Sie den Speicherort des x-ray Spots. 
			Hinweis: Die Position des Röntgen-Spots wird eingestellt, indem die Labortechniker in der Synchrotron Radiation Facility.</li>
		</ol></li> <li>Prüfung der Standardprobe: Ceriumdioxid (CeO 2) <ol><li>Standardprobe CeO 2 Pulver zu testen. Der CeO 2 Pulver zeichnete sich um die Mitte des Kreises und die Entfernung von der Probe zum Detektor zu berechnen.</li>
		</ol></li> <li>Probenaufbereitung <ol><li>fixieren die RSF-Filamente parallel zu einander auf dem Papier-Rahmen mit einer Länge von 10 mm Spurweite. Die Testphase der Papier-Rahmen aufkleben. 
			Hinweis: Halten Sie die Faser horizontal.</li>
		</ol></li> <li>SR-WAXD Tests <ol><li>Öffnen Sie den Verschluss <ol><li>Schließen Sie die Tür der Station Strahlrohr, nachdem Sie sichergestellt haben, dass es keine Personen im Raum. Öffnen Sie den Auslöser von x-ray Strahlquelle.</li>
			</ol></li> <li>Focusing <ol><li>bewegen die Faser leicht bis im Fokus. Ändern Sie die Position der Faser entlang der X, y, Z-Richtung aus der Ferne über eine Software ( Abbildung 1 c).</li>
			</ol></li> <li>Probe Exposition <ol><li>die Faser hoch und runter bewegen aus der Ferne über eine Software, bis es auf x-ray vor Ort. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf die Software, die Fiber-to-x-ray Strahlrohr für 20 verfügbar zu machen ( Abbildung 1 c) s.</li>
			</ol></li> <li>Hintergrund Beugung <ol><li>die Beugung des Luft-Hintergrund mit der Belichtungszeit von 20 S. bewegen die Faser von der Röntgen-Markierung aus der Ferne über eine Software zu testen. Drücken Sie die &#34; Start &#34;-Taste auf die Software, um das x-ray Strahlrohr zu entlarven &#34; Luft Medium &#34; für 20 s.</li>
			</ol></li></ol></li></ol></li> <li>SR-WAXD Datenverarbeitung 13 <ol><li>Software Kalibrierung <ol><li>WAXD Daten mit FIT2D (V12.077). Kalibrieren Sie die Mitte des Kreises und der Abstand der Probe zum Detektor anhand der Beugung Daten des CeO 2 Pulvers.</li>
		</ol></li> <li>2-D Beugungsmuster <ol><li>subtrahieren Luft Hintergrund aus der Faser Beugungsmuster mit FIT2D (V12.077).</li>
		</ol></li> <li>Kristallinität und Kristallit Größe <ol><li>die Beugung Intensität als Funktion der Streuung Winkel 2θ zu integrieren. Durchführen Sie Entfaltung der Intensität Integration durch automatisierte Peak Trennung Software (Version 4.12) 12. Der Grad der Kristallinität, x c, wurde aus der Beziehung geschätzt: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56271/56271eq1.jpg" /> , wo ich c ist die Summe der integrierten Intensitäten der kristallinen Gipfel und ich eine ist die integrierte Intensität der amorphe Halo 4 , 11. Die Integration der WAXD Muster zeigte die breite Spitze [200], [020], [002] Reflexionen. Die FWHM dieser Gipfel wurden verwendet, um die Kristallit-Größe entlang zu bestimmen die a, b und C-Achsen mit Scherrer &#39; s Formel 4.</li>
		</ol></li> <li>Bestimmung der Kristallit Orientierungen <ol><li>berechnen die Ausrichtungen der Kristallit und amorphe nach azimutaler Integrationen (020) und (210) Gipfeln 11. Die kristalline Ausrichtung kann quantitativ berechnet werden, nach Herman &#39; s Ausrichtung. Hier, beide (020) und (210) Gipfel wurden mit zwei Gaußschen Funktionen ausgestattet. Der schmalere ist für kristalline Orientierung und breitere derjenige ist für orientierte amorphen Material 13. Hier wurden der Kristallit-Ausrichtung der RSF Fasern verglichen, über die volle Breite am halben Maximum (FWHM) von azimutalen Integrationen (002) Gipfeln.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Während der Dialyse der RSF-Lösung ist der pH-Wert für die folgenden Konzentrationsprozess von entscheidender Bedeutung. Wenn der pH-Wert des deionisiertes Wasser kleiner als 6 ist, wird die RSF-Lösung einfacher während der Konzentrationsprozess Gel. Zur Vermeidung von Gelierung ist CaCl2 RSF-Projektmappe hinzugefügt. Es ist die Konzentration von CaCl2 1 Mmol pro Gewicht der RSF.
Unsere bisherige Arbeit demonstriert die Möglichkeit der mikrofluidischen trocken-Spinnerei e...

Spinne und Seidenraupen produzieren hervorragende Seidenfaser aus wässrigen Proteinlösung bei Umgebungstemperatur und Druck. Scheren und extensionalen Strömung kann die Bildung von Flüssigkristall-Textur in der Spinndrüse1auslösen. In den letzten Jahren gab es ein großes Interesse an imitiert den Spinnprozess der Spinne um künstliche Fasern hoher Festigkeit zu produzieren. Jedoch können nicht große Mengen von Spinne Seide Protein effizient und wirtschaftlich produziert werden durch den Anbau von Spinnen durch Kannibalismus. Erhebliche Mengen der Seidenraupe Seide können leicht durch Landwirtschaft gewonnen werden. Ansonsten haben die Seidenraupe und Spinne eine ähnliche Spinnerei Prozess- und Aminosäure-Zusammensetzung. Daher wird Seidenraupe Seide Fibroin als Ersatz gewählt, tierische Kunstseide spin von vielen Forschern.
Spinne und Seidenraupe Extrudieren Proteinlösung durch ihre Spinnen Luftschacht in Faser in Luft. Hoher Belastung Kräfte entlang der Spinnerei-Kanal am ehesten erstrecken sich die Seide Fibroin Moleküle zu einem ausgedehnteren Konformation2. Kunstseide, die Fasern gesponnen worden, mit herkömmlichen nass Spinnerei und trocken-Spinnerei Prozesse3,4, die nicht berücksichtigen Konto Fluid Kräfte in der Spinnerei-Kanal.
Zunächst dienten mikrofluidischen Ansätze zu untersuchen, die Montage von Seidenprotein5,6. Dann wurde mikrofluidischen Herstellung von RSF untersucht, über die Modellierung der Scheren und extensionalen Kräfte7,8. Youngs Modulus und Durchmesser von RSF Fasern von mikrofluidischen nass Spinnerei abgestimmt werden können, aber die Zugfestigkeit des gezogenen Faser war weniger als 100 MPa-7. Zu guter Letzt hochfesten RSF Fasern wurden erfolgreich vorbereitet mit der mikrofluidischen trocken-Spinnen-Methode, aber der Durchmesser der Faser beträgt nur 2 µm8. Mikrofluidischen nass Spinnerei wurde vor kurzem erfolgreich bei der Herstellung von hochfesten rekombinante Spinne Seide verwendet. Die Post-Spinnerei Zeichnung in Luft verbessert die Oberfläche und interne Defekte Kunstfaser9.
In dieser Studie wird die verbesserte mikrofluidischen Spinnen Prozess für RSF Faser eingeführt. Es zielt darauf ab, den Spinnprozess Seidenraupe Seide, einschließlich die Spinnerei Schmiere, Scheren, Kräfte und trocken-Spinnverfahren zu imitieren. Diese Spinnen-Methode nicht nur hohe Festigkeit künstliche Seide produzieren kann, sondern auch den Durchmesser der Faser anpassen kann. Erstens war die RSF Spinnen Schmiere geschert und länglich in einem Biomimic Kanal mit einer zweiten Bestellung exponentiellen Zerfall. Zweitens wurden die Einflüsse der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) auf die Faser Morphologie und Eigenschaften in mikrofluidischen trocken-Spinnerei Prozess10untersucht. Im Vergleich zu herkömmlichen Spinnerei Spinndüse, unser mikrofluidischen System ist höchst biomimetische und kann zur Herstellung von hochfesten Faser von Lösungen bei Umgebungstemperatur von trockenen oder nass Spinnerei Methode verwendet werden.
Durch den hochauflösenden Hochhelligkeit und energiereiche von Synchrotronstrahlung Mikrofokus Röntgen kann es verwendet werden, zur Charakterisierung der Mikrostruktur einer einzelnen Faser mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern4,11 , 12 , 13 , 14. hier, SR-WAXD Technik wurde verwendet, um die Kristallinität, Kristallit Größe und kristallinen Orientierung der RSF Fasern zu berechnen.

<table><tbody><tr><td>B. mori Cocoons</td><td>Farmer in Tongxiang, Provinz Zhejiang, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumcarbonat, wasserfrei, 99,8%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch reines</td></tr><tr><td>Lithiumbromid, 99,1</td>%<td>Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch reines</td></tr><tr><td>Calciumchlorid, wasserfrei, 96,0</td><td>%Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch reines</td></tr><tr><td>Ethanol, wasserfrei, 99,7 %</td><td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td>10009218</td><td>Analytisch reiner</td></tr><tr><td>SU-8-Fotolack</td><td>MicroChem Corp., USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Entwicklungslösung</td><td>MicroChem Corp., USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Shanghai Lingfeng Chemisches Reagenz Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch reine</td></tr><tr><td>konzentrierte Schwefelsäure</td><td>Pinghu Chemisches Reagenzien, China</td><td></td><td>Analytisch reines</td></tr><tr><td>30 Vol.% Wasserstoffperoxid</td><td>Shanghai Jinlu Chemisches Reagenz Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch reines</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Shanghai Zhengxing Chemisches Reagenzienfabrik, China</td><td></td><td>Analytisch rein</td></tr><tr><td>Sauerstoffplasmabehandlung</td><td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spritzenpumpe</td> <td>&nbsp; KD Scientific, USA</td><td></td><td>KDS 200P</td></tr><tr><td>Luftbefeuchter</td><td>SEN elektrischer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bohrer</td><td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China</td><td></td><td>Tischbohrmaschine Z406c</td></tr><tr><td>Materialprüfsystem</td><td>Instron, USA</td><td></td><td>Modell: 5565</td></tr><tr><td>PeakFit</td><td>Systat Software, Inc., USA</td><td></td><td>Version 4.12</td></tr></tbody></table>

mikrofluidische trocken-spinnen und charakterisierung von regenerierten seide fibroin fasern

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Das Protokoll zeigt eine Methode für die Nachahmung des Spinnprozess der Seidenraupe. In der nativen Spinnverfahren ermöglicht der Auftraggeber Spinnen-Kanal Seidenproteine kompakt und bestellten durch Scheren und Dehnung Kräfte sein. Hier wurde ein biomimetische mikrofluidischen Kanal entwickelt, um die spezifische Geometrie der Spinnerei Rohrleitung der Seidenraupe zu imitieren. Regenerierte Seide Fibroin (RSF) Spinnen dotiert mit hoher Konzentration wurde durch die Microchannel, trocken-Spin Fasern bei Umgebungstemperatur und Druck extrudiert. Dabei nachbehandelt wurden als gesponnen Fasern gezogen und in Ethanol wässriger Lösung gespeichert. Synchrotronstrahlung Weitwinkel Röntgenbeugung (SR-WAXD) Technologie wurde verwendet, um die Mikrostruktur des RSF Einzelfasern, zu untersuchen, die einen Probenhalter mit die RSF-Faser-Achse senkrecht zur Microbeam der Röntgenröhre befestigt waren. Die Kristallinität, Kristallit Größe und kristallinen Ausrichtung der Faser wurden aus den WAXD Daten berechnet. Die Beugung Bögen nahe dem Äquator des Musters zweidimensionale WAXD zeigen, dass die nachbehandelt RSF-Faser eine hohe Orientierung verfügt.

Hohe Festigkeit RSF Fasern wurden erfolgreich mithilfe der mikrofluidischen spinning Methode hergestellt. Die Spannungs-Dehnungs-Kurven und SEM Bilder der gestreckten RSF Fasern C44R40 sind in Abbildung 2dargestellt. Mindestens 10 Fasern wurden im Zugversuch gemessen. Spannungs-Dehnungs-Kurven wurden entsprechend dem durchschnittlichen Wert der Bruch Belastung und Beanspruchung der Fasern gewählt. Die WAXD Daten der Fasern sind in Abbildu...

Ein Protokoll für die mikrofluidischen Spinning und Charakterisierung der Mikrostruktur regenerierten Seide Fibroin Monofilament wird vorgestellt.

Mikrofluidische trocken-Spinnen und Charakterisierung von regenerierten Seide Fibroin Fasern

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, den Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit auf Struktur und Zugeigenschaften von regenerierten Seidenfibroin-Fasern mithilfe einer mikrofluidischen Trocken-Spinnmethode zu untersuchen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen in der biomimetischen Spinnung zu beantworten, beispielsweise bezüglich Scherkräften und des Trockenspinnprozesses. Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass der mikrofluidische Kanal so konzipiert ist, dass er dem Spinnkanal einer Seidenraupe nachempfunden ist.Diese Methode kann Einblicke in den Trockenspinnprozess von Seidenfibroin geben. Sie kann auch für den Nassspinnprozess zur Wiederverkettung von Spinnenseide verwendet werden. Im Allgemeinen haben neue Personen, die mit dieser Methode nicht vertraut sind, Schwierigkeiten.Da es zwei Wochen benötigt, um die Spinnlösung vorzubereiten, und um sicherzustellen, dass sie gute Spineigenschaften aufweist. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist sehr entscheidend. Denn falls Sie unerfahren sind, ist die Spinnlösung äußerst schwierig herzustellen, und die Spindauer ist für Sie von wesentlicher Bedeutung.Beginnen Sie mit dem Entkleben der Bombyx mori-Kokons in einer wässrigen Lösung, die 0,5 % Natriumcarbonat enthält. Inkubieren Sie die untergetauchten Kokons bei 100 Grad Celsius für 30 Minuten. Ersetzen Sie dann die Natriumcarbonatlösung und wiederholen Sie die Inkubation ein zweites Mal.Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, spülen Sie die Seide mit entionisiertem Wasser, um das Sericin zu entfernen. Trocknen Sie die entklebten Kokonseiden an der Luft und tauchen Sie sie anschließend in 9,0-molare Lithiumbromidlösung bei einem Gewichtsverhältnis von 1:10 ein. Inkubieren Sie die Seiden bei 40 Grad Celsius für zwei Stunden, bis die Seiden vollständig gelöst sind.Als Nächstes verdünnen Sie die regenerierte Seidenfibroinlösung in 250-Milliliter-Flaschen mit entionisiertem Wasser um den Faktor 1,5. Zentrifugieren Sie die Lösung und filtrieren Sie sie anschließend mit einer Vakuumpumpe durch eine doppelte Filterpapierlage mit einer Maschenweite von 20 Mikrometern, um Verunreinigungen zu entfernen. Geben Sie 250 Milliliter der filtrierten, regenerierten Seidenfibroinlösung in dialysierfähige Zellulosemembrantüten und dialysieren Sie jede Tüte drei Tage lang in jeweils 10 Litern umkehrosmotisch entionisiertem Wasser bei fünf Grad Celsius.Nach der Dialyse Luftstrom verwenden, um die Lösung auf fünf Grad Celsius auf 20 % des ursprünglichen Gewichts einzudampfen. Anschließend eine dreimolare wässrige Lösung von Calciumchlorid zur konzentrierten Lösung hinzufügen, um eine Endkonzentration von 1,0 Millimol pro Gramm Calciumionen zu erreichen. Danach die regenerierte Seidenfibroin-Lösung erneut durch Luftstrom auf 44 % ihres Ausgangsgewichts eindampfen.Beginnen Sie damit, einen Objektträger 20 Minuten lang in einer Mischlösung aus konzentrierter Schwefelsäure und 30%iger Wasserstoffperoxidlösung im Verhältnis 10:1 zu kochen. Anschließend spülen Sie den Objektträger mit entionisiertem Wasser ab und trocknen ihn mit hochreinem Stickstoff. Danach platzieren Sie den Objektträger in einer speziell angefertigten Beschichtungsvorrichtung mit einem Spalt von 100 Mikrometern zwischen der Unterseite der Beschichtungsstange und der Oberseite des Objektträgers.Füllen Sie den Spalt mit SU-8-Photolack und beschichten Sie anschließend den Photolack durch Schleudern mit 40,3 ×g für 30 Sekunden, um einen gleichmäßigen Film von etwa 85 Mikrometern Dicke zu erzeugen. Danach bringen Sie den Objektträger mit dem Photolack in einen Ofen mit temperaturgesteuerter Programmiereinheit. Erhöhen Sie die Temperatur ausgehend von Raumtemperatur auf 65 Grad Celsius mit einer Rate von zwei Grad Celsius pro Minute und halten Sie die Temperatur bei 65 Grad Celsius für zwei Minuten konstant.Danach die Probe weiter von 65 Grad Celsius auf 95 Grad Celsius mit einer Aufheizrate von zwei Grad Celsius pro Minute erhitzen und die Temperatur bei 95 Grad Celsius 15 Minuten lang halten. An diesem Punkt den Ofen ausschalten und die Probe im Ofen natürlich auf Raumtemperatur abkühlen lassen. Danach die Probe mit dem Photoresist unter ein UV-Licht legen und eine Photomaskierung mit dem geeigneten Mikrokanal über der Probe ausrichten.Belichten Sie die Seite des Objektträgers 12 Sekunden lang mit UV-Licht. Nach der Belichtung legen Sie den Objektträger erneut in den Ofen und erhitzen wie zuvor. Reinigen Sie nach dem Backen den Fotolack 30 Sekunden lang ultraschallunterstützt in Entwicklerlösung. Danach abwechselnd Isopropanol und Entwickler verwenden, um den Objektträger zu waschen, bis keine Niederschläge mehr auf dem Objektträger sichtbar sind. Den Photoresist in einem Ofen mit einer temperaturgesteuerten Programmierroutine aushärten. Die Temperatur von Raumtemperatur auf 170 Grad Celsius mit zwei Grad Celsius pro Minute erhöhen, 30 Minuten bei 170 Grad Celsius halten und anschließend den Ofen ausschalten und den Objektträger im Ofen natürlich auf Raumtemperatur abkühlen lassen.Als Nächstes wird die ausgehärtete SU-8-Form in eine Aluminiumbox gegeben und 8,8 Gramm PDMS-Präpolymer in einer Schichtdicke von etwa fünf Millimetern über die Form gegossen. Das PDMS wird 30 Minuten bei 65 Grad Celsius und 15 Minuten bei 80 Grad Celsius ausgehärtet. Nach der Aushärtung wird mit einem Bohrer mit einem Durchmesser von 1,2 Millimetern ein Loch durch das PDMS-Abbild am Anfang des Kanals gebohrt.Danach das PDMS-Kanalstück mit der Kanalseite nach oben zusammen mit einer zweiten flachen PDMS-Schicht in einen Plasma-Beschichter geben und mit Sauerstoff-Plasma behandeln. Unmittelbar nach der Entnahme aus der Plasma-Kammer die PDMS-Schicht mit dem Kanal mit einer flachen PDMS-Schicht versiegeln. Der Mikrokanal ist nun gebrauchsfertig.Das regenerierte Seidenfibroin-Spinnmittel mit zwei Mikrolitern pro Minute mithilfe einer Spritzenpumpe in den Mikrokanal einspritzen. Die relative Luftfeuchtigkeit im Elektrospinnbereich mit einem Luftbefeuchter auf 40 oder 50 % relative Luftfeuchtigkeit einstellen. Anschließend eine Walze einschalten, sodass sich deren Oberfläche mit drei Zentimetern pro Sekunde bewegt.Sobald die Luftfeuchtigkeit stabilisiert ist, berühren Sie den Tropfen regenerierter Seidenfibroin und ziehen eine Seidenfaser in die Luft. Anschließend legen Sie sie über den 10 Zentimeter langen Luftspalt hinweg auf die Rolle. Die Rolle zieht die verbleibenden Seidenfasern.Nach Beendigung lagern Sie die Fasern 24 Stunden lang in einem verschlossenen Exsikkator. Am nächsten Tag behandeln Sie die Fasern nach, indem Sie sie mit einer selbstgebauten Maschine viermal mit 0,9 Millimetern pro Sekunde in 80 % Ethanol ausziehen. Halten Sie die gezogenen Fasern fest und tauchen Sie sie eine Stunde lang in eine 80 %ige Ethanol-Lösung ein.Fixieren Sie die nachbehandelten Fasern schließlich auf einem Papierrahmen mit einer Messlänge von 10 Millimetern. Gezeigt ist hier eine REM-Aufnahme der endgültig gedehnten regenerierten Seidenfibroin-Faser. Diese Fasern wiesen einen durchschnittlichen Durchmesser von neun Mikrometern auf.Bei der Messung unter Zugbelastung wiesen die Fasern, die unter einer relativen Luftfeuchtigkeit von 40 % gebildet wurden, eine leicht höhere Bruchzugfestigkeit und maximale Dehnung auf, zeigten jedoch eine ähnliche Youngsche Modul wie die Fasern, die unter einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % gebildet wurden. Nach dem Ansehen dieses Videos sollten Sie verstehen, wie man mittels eines biomimetischen mikrofluidischen Chips eine Seidenfaser aus einer wässrigen Seidenlösung trockenspinnen kann.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

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