Vorbereitung der funktionalen Kieselsäure mit einer Muskelmodelle Methode

Die Hauptvorteile dieser Methode sind, dass sie schnell, einfach und umweltfreundlich ist und die Anpassung von Materialien ermöglicht. Diese Methode kann Aufschluss darüber geben, wie bioinspirierte Kieselsäure gebildet wird, welche Möglichkeiten es gibt, Biomoleküle einzubauen und wie das Material nach dem Kunststoff behandelt wird. Im Allgemeinen werden Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, Schwierigkeiten haben, da die Kieselsäurebildung schnell erfolgt und eine bestimmte Menge Säure schnell hinzugefügt werden muss, um die optimalen Ergebnisse zu erzielen.

Wir kamen auf die Idee zu dieser Methode, als wir feststellten, wie mild sie ist, so dass die Bedingungen mit Enzymen kompatibel sind. Wir haben uns überlegt, diese Methode zu nutzen, um die Leistung und Stabilität des Enzyms zu verbessern. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da der Schritt der Säureneutralisation für die endgültigen Materialeigenschaften am wichtigsten ist.

Wiegen Sie zunächst 318,2 Milligramm Natriumsilikat-Pentahydrat in einen 180-Milliliter-Kunststoffbehälter und lösen Sie es in 20 Millilitern entionisiertem Wasser auf. In einem zweiten Behälter werden 58,1 Milligramm Pentaethylenhexamin oder PEHA gewogen und in 20 Millilitern entionisiertem Wasser aufgelöst. Subtrahieren Sie diese Wassermenge von dem Volumen des deionisierten Wassers, das für die Auflösung von Natriumsilikat-Pentahydrat verwendet werden soll.

Um eine In-situ-Verkapselung während der Synthese durchzuführen, lösen Sie eine vorgegebene Proteinmasse in fünf Millilitern entionisiertem Wasser auf und stellen Sie die Lösung zur vollständigen Auflösung in den Kühlschrank. Kontrollieren Sie gelegentlich den Auflösungsfortschritt, am besten ohne Rühren. Kombinieren Sie das Natriumsilikat-Pentahydrat und die PEHA-Lösungen in einem der Behälter und fügen Sie ausreichend entionisiertes Wasser hinzu, um das endgültige Lösungsvolumen von 41,5 Millilitern zu erhalten.

Legen Sie die frisch zubereitete Mischung auf eine Rührplatte und fügen Sie ein Rührstäbchen hinzu, um eine gleichmäßige Verrührung zu gewährleisten. Hängen Sie dann eine pH-Sonde in die Rührlösung und notieren Sie den anfänglichen pH-Wert. Beginnen Sie die Synthese mit der Zugabe einer vorgegebenen Menge einmolarer Salzsäure und beobachten Sie die unmittelbare Entwicklung der Trübung.

Der erste kritische Schritt ist die schnelle Zugabe von Säure, um die Bildung von Kieselsäure zu initiieren. Der pH-Wert muss so schnell wie möglich auf sieben gesenkt werden. Wenn eine Verkapselung stattfindet, fügen Sie die Verkapselungslösung hinzu, sobald die Säurezugabe abgeschlossen ist.

Zeichnen Sie dann nach fünf Minuten den pH-Wert auf, um den Abschluss der Reaktion zu bestimmen. Nachdem die Reaktion abgeschlossen ist, modifizieren Sie die Zusammensetzung der produzierten Kieselsäure, indem Sie der Mischung mehr Salzsäure hinzufügen, bis der gewünschte pH-Wert zwischen zwei und sieben erreicht ist, und lassen Sie die Suspension etwa eine Minute lang stabilisieren. Anschließend wird die bioinspirierte Kieselsäuresuspension in 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen umgefüllt und die Suspension dann 15 Minuten lang bei 5.000 g zentrifugiert.

Nach der Zentrifugation den Überstand entfernen und für die weitere Analyse aufbewahren. Füllen Sie die Zentrifugenröhrchen mit entionisiertem Wasser und resuspendieren Sie die Kieselsäure mit einem Vortex-Mischer. Im Falle des Einbaus von Biomolekülen besteht ein kritischer Schritt darin, die Überstände aus der bioinspirierten Kieselsäurewäsche abzugeben, um sie weiter zu analysieren.

Nach zweimaliger Wiederholung der Zentrifugations- und Resuspensionsschritte wird der Überstand entfernt und die Kieselsäure in keramische Tiegel geschabt. Trocknen Sie die Kieselsäure über Nacht bei 85 Grad Celsius in einem Ofen. In einem Fünf-Milliliter-Plastikfläschchen 300 Mikroliter des zuvor hergestellten Molybdänblau-Reagenzes mit drei Millilitern deionisiertem Wasser verdünnen.

Fügen Sie dann 10 Mikroliter Salycinsäure-Testlösung hinzu und schütteln Sie sie, um zu mischen. Fügen Sie nach 15 Minuten 1,6 Milliliter des zuvor hergestellten para-Aminophenolsulfat-Reduktionsmittels hinzu, um den gelben Silcomolybdat-Komplex auf sein blaues Isomer zu reduzieren. Messen Sie anschließend die Absorption der Probe bei 810 Nanometern in einem UV-Vis-Spektralphotometer und berechnen Sie die Siliziumkonzentration anhand einer Kalibrierkurve.

Geben Sie mit Einweg-Pipettenspitzen eine vorher festgelegte Menge Bradford-Reagenz und Probe in jede zugewiesene Küvette. Jede Küvette dreimal umdrehen und 10 Minuten ziehen lassen. Messen Sie anschließend die Extinktion bei 595 Nanometern mit reinem Überstand als Blindwert.

Berechnen Sie die ursprüngliche Extinktion jeder Küvette, indem Sie die Extinktion der Kontrollprobe von jeder Messung subtrahieren. Erstellen Sie nun eine Kalibrierungskurve für jede Reihe von Experimenten, indem Sie die gemessene Absorption gegen die BSA-Konzentration aufzeichnen, um zufällige Schwankungen zu vermeiden, die die Empfindlichkeit des Assays beeinträchtigen könnten. Bestimmen Sie abschließend den Proteingehalt für jede Probe während der Resuspension, um einen möglichen Proteinverlust zu überwachen.

Die Ausbeute der Siliziumdioxid-bildenden Reaktion beträgt typischerweise 58 plus oder minus 6,5 %. Die Molybdänblau-spektroskopische Methode detektierte die Menge an nicht umgesetzten monomeren Silikatspezies sowie solche Spezies, die zu Polysilikaten oder Oligomeren reagierten, es aber nicht geschafft haben, eine ausreichende Größe zu erreichen, um zu koagulieren. Sobald die Koagulation abgeschlossen ist, können die Materialoberflächen durch den Einsatz von Säureelution leicht modifiziert werden, was eine Feinabstimmung der Materialeigenschaften wie Zusammensetzung, Porosität und chemische Aktivität des Additivs ermöglicht. Nach der ersten Zentrifugation wurden etwa 50 % BSA im Überstand nachgewiesen, was sich auf eine Immobilisierungseffizienz von 50 % bezieht.

Da in den folgenden Waschgängen kein BSA nachgewiesen wurde, konnte BSA während der Synthese sicher und ohne Auslaugung eingekapselt werden. Das FTIR-Spektrum des Siliziumdioxids zeigte charakteristische Amidbanden in den Proben mit BSA, nicht jedoch in den Kontrollproben. Bei Zugabe von BSA zu den nicht umgesetzten Reagenzien gab es keine wesentlichen Unterschiede in der Immobilisierungseffizienz oder der Menge an BSA im resultierenden Komposit.

Wenn BSA während der Siliziumdioxidbildung zugesetzt wurde, waren die Immobilisierungseffizienz und die Menge an BSA im Produkt signifikant geringer. Einmal gemeistert, kann diese Technik in weniger als fünf Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Wenn Sie dieses Verfahren versuchen, ist es wichtig, daran zu denken, mit Gewichten und Volumina der Reaktanten genau zu sein und die Säure schnell in einer Dosis hinzuzufügen.

Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Methoden wie FTIR, SCM, Porosimetrie und Enzymassays durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen zu den Materialeigenschaften und der Morphologie sowie der Aktivität der Biomoleküle zu beantworten. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der bioinspirierten Kieselsäurebildung, um eine schnelle, einfache, kontrollierbare und umweltfreundliche Methode zur Synthese von Kieselsäure mit der Möglichkeit der In-situ-Verkapselung von Biomolekülen zu erforschen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Kieselsäure mit einer bioinspirierten Methode synthetisiert, Biomoleküle in situ verkapselt, die Verkapselungseffizienz misst und die postsynthetische Elution der Additive durchführt.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Aminen, Säuren und Biomolekülen äußerst gefährlich sein kann und bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen wie PSA und Verschüttungsschutz getroffen werden sollten.