Name: Seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: Aprende el método de hilado seco microfluídico para producir fibras de fibroína de seda regenerada. Este protocolo permite controlar la humedad relativa y caracterizar propiedades mecánicas para aplicaciones en biomateriales.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Este trabajo está patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (21674018), el nacional clave de investigación y programa de desarrollo de China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) y el "programa de Shuguang" apoyado por el desarrollo de la educación de Shangai Comisión de Educación Municipal Fundación y Shanghai (15SG30), DHU distinguido joven profesor programa (A201302), los fondos de investigación para las universidades Central y el proyecto 111 (No.111-2-04).

PRECAUCIÓN: consulte todas las hojas de datos seguridad del material pertinentes antes de su uso. Varios de los productos químicos utilizados en la preparación de la moldura están agudo tóxicos. Utilice equipo de protección personal (gafas, guantes, bata, pantalón largo y zapatos cerrados).
 1. microfluídicos Spinning de RSF solución acuosa <ol><li>Preparación de RSF acuosa spinning droga 4 , 15 , 16 <ol><li>Descrudado del gusano de seda capullo <ol><li>Degum capullos de Bombyx mori dos veces en Na 2 CO 3 acuosas (0,5% en peso en agua) a 100 ° C por 30 min y luego lavar la seda con agua desionizada para eliminar el sericina.</li>
		</ol></li> <li>Dissolving de capullo de gusano de seda degummed <ol><li>secar las sedas capullo desgomado en aire, disolver las sedas capullo desgomado en LiBr de 9,0 M solución acuosa con una proporción de 1:10 (p/v) a 40 ° C por 2 h. Por ejemplo, agregar 10 mL de LiBr por 1 gramo de seda ( Figura 1a).</li>
		</ol></li> <li>Centrifuging y filtrado <ol><li>diluir la solución de RSF 1.5 veces por agua desionizada. Centrífuga y filtro para quitar impurezas. Centrifugar la solución RSF en botellas de 250 mL a 4 ° C por 10 min a 1,234.8 x g. filtrar la solución RSF usando un filtro μm 20 y una bomba de vacío. Cama doble de papel de filtro es preferible considerar el efecto de la experimentación.</li>
		</ol></li> <li>Dialyzing <ol><li>dializarse la solución RSF en agua desionizada a 5 ° C por 3 días utilizando una membrana semipermeable de celulosa (MWCO: 14.000 ± 2.000). El volumen total de solución RSF es aproximadamente de 1 L, cargado en 4 bolsas de diálisis. Poner estas bolsas de diálisis en el cubo, que se llena con 10 L inversa ósmosis desionizada. 
			Nota: El valor de pH del agua desionizada debe ser superior a 6, para evitar la gelificación durante el proceso de concentración. El pH del agua desionizada no requieren ajuste de este protocolo.</li>
		</ol></li> <li>Concentración <ol><li>condensar la solución acuosa de RSF al 20% de peso por circulación de aire forzado en solución acuosa de 5 ° C. Añadir 3 M CaCl 2 en la solución RSF a 1,0 mmol/g concentración de Ca 2 + final; luego concentrado por aire forzado flujo a % en peso de 38-47.</li>
			<li>Pesar una gota de solución RSF sobre un portaobjetos de vidrio y luego secarla por 2 h en un horno a 105 ° C. 
			Nota: El peso por ciento de los restantes sólido en comparación con el peso de la gota antes de secado es la concentración total de proteína y CaCl 2. La concentración de RSF se deriva después de la deducción de la masa de CaCl 2. Por lo menos cuatro repitió las mediciones se realizaron. Nuestros estudios anteriores demostraron que la concentración de Ca 2 + afectado grandemente las propiedades reológicas y entallabilidad de las soluciones acuosas de RSF. Mientras tanto, la adición de Ca 2 + incitó la limitada formación de β-hoja y la agregación de RSF 17. En una droga nativa spinning, CaCl 2 se considera desempeñar un papel importante durante el almacenamiento de droga para evitar la congelación antes de giro de giro. 18</li></ol></li></ol></li> <li>preparación de chip microfluídico 8 , 19 <ol><li>preparación de fotomáscara <ol><li>diseñar el canal de micro en un Programa de CAD. Imprimir el archivo CAD para producir una alta resolución transparencia 19.</li>
		</ol></li> <li>Preparar el molde <ol><li>limpieza del portaobjetos de cristal <ol><li>en una campana química, hervir el portaobjetos de cristal en la solución mezclada de ácido sulfúrico concentrado y 30 vol % peróxido de hidrógeno solución (10:1) durante 20 min sobre una placa caliente. 
				PRECAUCIÓN: los vapores de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno son extremadamente tóxicos.</li>
			</ol></li> <li>Lavar el portaobjetos de cristal <ol><li>lavar el portaobjetos de vidrio con agua desionizada y secarlo con nitrógeno de alta pureza.</li>
			</ol></li> <li>Película de la capa <ol><li>el photoresist SU-8 en la diapositiva de cristal por un dispositivo de capa a la medida con una separación de 100 μm entre la superficie inferior de la barra de capa y la superficie superior del vidrio de la capa.</li>
			</ol></li> <li>Capa de la vuelta <ol><li>extender el fotoprotector en lo portaobjetos de vidrio para formar una película uniforme con un recubridor spin a 40,3 x g por 30 s. El espesor de la película uniforme es el μm cerca de 85.</li>
			</ol></li> <li>Solidificación <ol><li>solidificar la fotoresistencia en un horno con una temperatura de control de programa. Elevar la temperatura de la temperatura ambiente hasta 65 ° C a 2 ° C/min y mantener a 65 ° C por 2 min continuar al calor para arriba de 65 ° C a 95° C y presionado a 95 ° C por 15 min vuelta apagado del horno y enfriar naturalmente a sala de temperatura en el horno.</li>
			</ol></li> <li>ULTRAVIOLETA exposición de luz <ol><li>exponer al lado de vidrio Deslice con la fotoprotección a la luz ultravioleta de 12 s utilizando la transparencia como un photomask por Fotolitografía 19. 
				Nota: La proporción de la luz ultravioleta es 365 nm y la energía de exposición es 273.6 mJ/cm 2. 
				PRECAUCIÓN: Toma medida de seguridad apropiada mientras se trabaja con luz UV y el horno.</li>
			</ol></li> <li>Solidificar la fotoresistencia como se describe en el paso 1.2.2.5.</li>
			<li>Desarrollo <ol><li>limpiar la fotoresistencia ultrasonidos en la solución de revelado para 30 s. lavar el portaobjeto por isopropanol y desarrollador, alternando entre los dos, hasta que no haya ninguna precipitación en el portaobjetos de cristal.</li>
			</ol></li> <li>Solidificar la fotoresistencia en un horno con una temperatura de control de programa. Elevar la temperatura de la temperatura a 170 ° C a 2 ° C/min y pulsado a 170 ° C durante 30 minutos a su vez fuera del horno y enfriar naturalmente a la temperatura en el horno.</li>
		</ol></li> <li>Litografía blanda <ol><li>Pour polímero antes de 8,8 g líquido polydimethylsiloxane (PDMS) sobre el molde y curación durante 30 min a 65 ° C y 15 min al polímero antes de 80 ° C. PDMS líquido consta de PDMS y agente de curado (normalmente en 10:1 (w/w)).</li>
		</ol></li> <li>Perforación <ol><li>perforar un agujero a través de la réplica PDMS al principio del canal con un taladro. El diámetro de la broca es de 1,2 mm.</li>
		</ol></li> <li>Sellado <ol><li>sello de la réplica PDMS con el canal a una capa PDMS plana sin patrón por un tratamiento de plasma de oxígeno en las superficies de las dos capas PDMS. 
			Nota: El proceso general de preparación de la viruta tiene unos 72 h.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Fabricación de RSF fibra <ol><li>inyección de spinning droga <ol><li>inyectar la RSF spinning droga en los microcanales de 2 μl/min por una bomba de jeringa.</li>
		</ol></li> <li>Reglamento de medio ambiente <ol><li>ajustar la humedad relativa a 40 ± 5% RH o 50 ± 5% RH usando un humidificador. A 40 hr ± 5%, como hilado fibra solidificó más rápido que 50 ± 5% RH.</li>
		</ol></li> <li>Fibra producción de RSF <ol><li>toque la gota RSF por un puntito a la salida del canal microfluídico, extraer fibra RSF en el aire, y luego la carrete sobre un rodillo a través de un boquete de aire de 10 cm a una velocidad de 3 cm/s ( Figura 1b ).</li>
		</ol></li> <li>Tienda las fibras de la RSF en un desecador sellado por 24 h.</li>
		<li>Tratamiento de post de fibra <ol><li>dibuja las fibras como girar 4 veces a 0.9m m s -1 en 80 vol % ethanol la solución por una máquina a la medida y luego mantenga la fibra dibujada fijo y sumerja las fibras en la solución durante 1 h. Debido a este tratamiento, la longitud de la fibra cambiada de originalmente 15 mm a 60 mm.</li>
		</ol></li> <li>Preparación de la muestra para la caracterización <ol><li>fijar las fibras post-tratadas en un marco de papel con una longitud de 10mm de calibre. Al menos 20 fibras son necesidad de medida, incluidos en el ensayo de tracción, SEM, FTIR y WAXS. Los diámetros de la gama de fibras post-dibujado de 5 a 10 μm. figura 1 muestra el esquema de la producción de la fibra y WAXD caracterización. Las propiedades mecánicas de las fibras RSF fueron examinadas por un sistema de prueba material (25 ± 2) ° C y (45 ± 5) % de humedad relativa. La extensión de la tarifa y medidor de longitud fueron de 2 mm/min y 1 cm, respectivamente.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Radiación de sincrotrón caracterización de cristalina estructura de RSF fibra <ol><li>caracterización de la radiación del sincrotrón 4 , 13 , 17 <ol><li>ajuste de línea <ol><li>ajustar la longitud de onda de los rayos x y tamaño de punto a 0,07746 nm y 2 de 3 x 2 μm, respectivamente. 
			Nota: El protocolo se lleva a cabo mediante la línea de BL15U1 en las instalaciones de Radiación Sincrotrón Shanghai.</li>
		</ol></li> <li>Ubicación del punto de rayos x <ol><li>encontrar la ubicación del punto de rayos x. 
			Nota: La ubicación del punto de rayos x es ajustada por el técnico de laboratorio en las instalaciones de radiación sincrotrón.</li>
		</ol></li> <li>Pruebas de muestra estándar: dióxido del cerio (CeO 2) <ol><li>prueba un muestra estándar CeO 2 en polvo. El CeO 2 polvo fue caracterizado para calcular el centro del círculo y la distancia entre la muestra y el detector de.</li>
		</ol></li> <li>Preparación de la muestra <ol><li>fijar los filamentos RSF en paralelo entre sí en el marco de papel con una longitud de 10 mm de calibre. Pegar el marco de papel en la etapa de pruebas. 
			Nota: Mantenga la fibra horizontal.</li>
		</ol></li> <li>SR WAXD pruebas <ol><li>Abra el obturador <ol><li>cerrar la puerta de la estación de la línea después de asegurarse de que no hay ninguna persona en la habitación. Abra el obturador de la fuente del haz de rayos x.</li>
			</ol></li> <li>Enfoque <ol><li>mover la fibra ligeramente hasta que en el enfoque. Ajuste la ubicación de la fibra a lo largo de la x, y, dirección de z remotamente a través de un software ( figura 1C).</li>
			</ol></li> <li>Exposición de la muestra <ol><li>mover la fibra arriba y abajo remotamente mediante un software, hasta que en el lugar de rayos x. Presione el botón start en el software para exponer la fibra a la línea de rayos x por 20 s ( figura 1C).</li>
			</ol></li> <li>Fondo difracción <ol><li>la difracción del fondo del aire con el tiempo de exposición de 20 s. mueve la fibra de la lugar de rayos x remotamente a través de un software de prueba. Prensa el &#34; Inicio &#34; botón en el software para exponer la línea de rayos x para &#34; medio de aire &#34; para 20 s.</li>
			</ol></li></ol></li></ol></li> <li>Procesamiento de datos SR-WAXD 13 <ol><li>calibración del Software <ol><li>los datos WAXD usando FIT2D (V12.077). Calibrar el centro del círculo y la distancia de la muestra al detector utilizando los datos de la difracción del polvo CeO 2.</li>
		</ol></li> <li>Patrón de difracción 2-D <ol><li>restar el fondo de aire desde el patrón de difracción de fibra con FIT2D (V12.077).</li>
		</ol></li> <li>Tamaño de cristalinidad y cristalito <ol><li>integrar la intensidad de la difracción como una función de dispersión de ángulo 2θ. Realizar una deconvolución de la integración de la intensidad de pico automático separación software (versión 4.12) 12. Se estimó el grado de cristalinidad, x c, de la relación: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56271/56271eq1.jpg" /> , donde yo c es la suma de las intensidades integradas de los picos de cristalinos y un es la intensidad integrada de los amorfos halo 4 , 11. La integración de los patrones WAXD demostró la anchura del pico de la [200], [020], [002] reflexiones. El FWHM de estos picos fueron utilizados para determinar el tamaño de cristalito a lo largo de la a, b y c ejes utilizando Scherrer &#39; fórmula s 4.</li>
		</ol></li> <li>Determinación de las orientaciones de cristalito <ol><li>calcular las orientaciones de los cristalitos y amorfa según azimuthal integraciones de (020) y (210) picos 11. La orientación cristalina puede calcularse cuantitativamente según Herman &#39; orientación s. Aquí, ambos (020) y picos (210) fueron equipados con dos funciones Gaussian. El más estrecho es de orientación cristalina y el otro más amplio es para el material amorfo orientada 13. Aquí, las orientaciones del cristalito de fibras RSF fueron comparadas usando todo el ancho en el medio máximo (FWHM) de los picos de integraciones azimutal (002).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Asakura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+observations+on+the+structure+and+function+of+the+spinning+apparatus+in+the+silkworm+Bombyx+mori%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori.</a> Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).</li>
<li>Vollrath, F., Knight, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystalline+spinning+of+spider+silk%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Liquid crystalline spinning of spider silk.</a> Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).</li>
<li>Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200800582/abstract">Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts.</a> Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).</li>
<li>Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/jm/c2jm32576d">The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process.</a> J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).</li>
<li>Martel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+Fiber+Assembly+Studied+by+Synchrotron+Radiation+SAXS%2FWAXS+and+Raman+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy.</a> J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).</li>
<li>Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assembly+mechanism+of+recombinant+spider+silk+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins.</a> P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).</li>
<li>Kinahan, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+silk%3A+using+microfluidics+to+fabricate+silk+fibers+with+controllable+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties.</a> Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).</li>
<li>Luo, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tough+silk+fibers+prepared+in+air+using+a+biomimetic+microfluidic+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biol+Macromol%22%5BJournal%5D)">Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip.</a> Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).</li>
<li>Peng, Q. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recombinant+spider+silk+from+aqueous+solutions+via+a+bio-inspired+microfluidic+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip.</a> Sci Rep. 6, (2016).</li>
<li>Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S100200711500091X">Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers.</a> Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).</li>
<li>Sampath, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((X-ray+diffraction+study+of+nanocrystalline+and+amorphous+structure+within+major+and+minor+ampullate+dragline+spider+silks%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks.</a> Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).</li>
<li>Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+Behavior+of+Bombyx+mori+silk%3A+Evolution+of+crystalline+parameters%2C+molecular+structure%2C+and+mechanical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties.</a> Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).</li>
<li>Pan, H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/TB/c3tb21148g">Nanoconfined crystallites toughen artificial silk.</a> J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).</li>
<li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/is/content/articlepdf/2012/ra/c6ra22544f">Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation.</a> Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).</li>
<li>Wei, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493111001950">Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).</li>
<li>Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/259437154_A_simple_process_for_dry_spinning_of_regenerated_silk_fibroin_aqueous_solution">A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).</li>
<li>Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/1432891714Z.000000000397">Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres.</a> Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).</li>
<li>Koh, L. D., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Enyi_YE/publication/272199400_Structures_Mechanical_Properties_and_Applications_of_Silk_Fibroin_Materials/links/569c445708ae6169e5627d01.pdf">Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials.</a> Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).</li>
<li>McDonald, J. C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%28dimethylsiloxane%29+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices.</a> Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).</li>
<li>Knight, D. P., Vollrath, F. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1689793/">Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line.</a> P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Durante la diálisis de la solución RSF, el valor del pH es fundamental para el proceso de concentración. Si el valor del pH del agua desionizado es menor que 6, la solución RSF será más fácil durante el proceso de concentración del gel. Para evitar la gelificación, CaCl2 se agrega a la solución RSF. La concentración de CaCl2 es de 1 mmol por peso de RSF.
Nuestro trabajo previo demostró la posibilidad de microfluidos seco-spinning de una solución acuosa de RSF<sup class="x...

Araña y el gusano de seda pueden producir fibra de seda pendiente de solución acuosa de proteína a temperatura y presión. Flujo extensional y corte puede inducir la formación de la textura de cristal líquido en la glándula de seda1. En los últimos años ha habido un gran interés en imitar el proceso de hilado de la araña para producir fibras artificiales de alta resistencia. Sin embargo, grandes cantidades de proteína de seda de araña pueden producir eficientemente y económicamente por agricultura arañas debido al canibalismo. Grandes cantidades de seda de gusano de seda pueden obtenerse fácilmente por cultivo. De lo contrario, el gusano de seda y la araña tienen una composición similar de proceso y del aminoácido de spinning. Por lo tanto, fibroína de seda de gusano de seda es seleccionada como un sustituto a hilar seda animal artificial por muchos investigadores.
Araña y el gusano de seda sacan solución proteica a través de su conducto de spinning en fibra en el aire. Las fuerzas de alta tensión generadas a lo largo del conducto de spinning más probable estiran las moléculas de fibroína de seda para una conformación más extendida de2. Seda artificial fibras han sido hiladas mediante hilatura convencional de húmedo y seco-spinning procesos3,4, que no toman en cuenta las fuerzas fluidas generadas en el conducto de spinning.
En primer lugar, se utilizaron enfoques de microfluidos para investigar el conjunto de proteínas de seda5,6. Entonces, microfluidos fabricación de RSF se estudió mediante el corte y extensional fuerzas7,8de modelado. Módulo de Young y diámetro de las fibras RSF pueden ajustarse por hilatura húmeda microfluídicos, pero resistencia a la tracción de la fibra dibujada era menos de 100 MPa7. Por último, fibras de alta resistencia RSF con éxito fueron preparadas utilizando el método de microfluidos seco-spinning, pero el diámetro de la fibra es sólo de 2 μm8. Recientemente, hilado húmedo microfluídicos fue utilizado con éxito en la producción de fibra de seda de araña recombinante de alta resistencia. El post-giro dibujo en el aire había mejorado los defectos superficiales e internos de fibra artificial9.
En este estudio, se introduce la microfluídica mejorada spinning proceso de fibra RSF. Su objetivo es imitar el proceso de hilado de seda de gusano de seda, como la droga de giro, fuerzas y proceso seco-que hace girar de la corte. Este método de spinning no sólo puede producir fibra de seda artificial de alta resistencia, pero también puede ajustar el diámetro de la fibra. En primer lugar, el RSF spinning droga fue cortado y alargado en un canal biomimic con un decaimiento exponencial de segundo orden. En segundo lugar, las influencias de la humedad relativa (HR) sobre la morfología de la fibra y propiedades fueron estudiadas en la microfluídica seco-spinning proceso10. En comparación con la hilera de hilatura convencional, nuestro sistema de microfluidos es altamente biomiméticos y puede ser utilizado para producir fibra de alta resistencia de las soluciones a temperatura ambiente por el seco o mojado método de giro.
Debido a la alta resolución, alto brillo y alta energía de la radiación del sincrotrón microfocus rayos x, puede ser utilizado para caracterizar la microestructura de una sola fibra con un diámetro de varios micrómetros4,11 , 12 , 13 , 14. aquí, SR WAXD técnica fue utilizada para calcular la cristalinidad, tamaño del cristalito y orientación cristalina de fibras RSF.

<table><tbody><tr><td>B. mori Agricultor de capullos</td><td>en Tongxiang, provincia de Zhejiang, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Carbonato de sodio, anhidro, 99,8%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td> Bromuro de litio <td>analíticamente puro</td></tr><tr><td>, 99,1%</td><td>Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China</td><td></td> Cloruro de calcio <td>analíticamente puro</td></tr><tr><td>, anhidro, 96,0%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Etanol analíticamente puro</td></tr><tr><td>, anhidro, 99.7%</td><td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td>10009218</td><td>Analíticamente puro</td></tr><tr><td>SU-8 fotorresistente</td><td>MicroChem Corp., EE. UU.</td> Solución en desarrollo MicroChem Corp., EE. UU<td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td>.<td></td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning, EE. UU.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido sulfúrico concentrado</td> analíticamente puro <td>Fábrica de reactivos químicos de Pinghu, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Peróxido de hidrógeno de 30 vol%</td> analíticamente puro <td>Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Acetona analíticamente pura</td></tr><tr><td></td><td>Shanghai Zhengxing Fábrica de reactivos químicos, China</td><td></td><td>Analíticamente puro</td></tr><tr><td>Tratamiento de plasma de oxígeno</td><td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bomba de jeringa</td><td>&nbsp; KD Scientific, EE. UU.</td><td></td> Humidificador <td>KDS 200P</td></tr><tr><td>Perforador</td><td>eléctrico</td><td></td><td></td>SEN</tr><tr><td></td><td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China</td><td></td><td>perforadora de banco Z406c</td></tr><tr><td>Sistema de prueba de materiales</td><td>Instron, EE. UU</td><td></td>. <td>Modelo: 5565</td></tr><tr><td>PeakFit</td><td>Systat Software, Inc., EE. UU</td><td></td>. <td>Versión 4.12</td></tr></tbody></table>

seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

El protocolo muestra un método para imitar el proceso de hilado del gusano de seda. En el proceso de hilado nativo, el contratante conducto de spinning permite las proteínas seda compacto y ordenado por las fuerzas de cizallamiento y el alargamiento. Aquí, un canal de microfluidos biomiméticos fue diseñado para imitar la geometría específica del conducto giro del gusano de seda. Giro regenerado fibroína de seda (RSF) dopado con alta concentración, se saca a través de microcanales a las fibras del seco-centrifugado a temperatura ambiente y presión. En el proceso de los tratados, las fibras de hilado como fueron dibujadas y almacenadas en la solución acuosa de etanol. Tecnología de difracción de rayos x de gran angular (SR-WAXD) radiación del sincrotrón fue utilizada para investigar la microestructura de solo fibras RSF, que fueron fijados a un soporte de muestra con el eje de la fibra RSF el microhaz de la radiografía normal. La cristalinidad, tamaño del cristalito y orientación cristalina de la fibra se calculan a partir los datos WAXD. Los arcos de difracción cerca del Ecuador del patrón bidimensional WAXD indican que la fibra post tratada de RSF tiene un grado alto de orientación.

Fibras de alta resistencia RSF fueron producidas con éxito usando el método de giro de microfluidos. Las curvas tensión-deformación e imágenes de SEM de las fibras estiradas de RSF C44R40 se muestran en la figura 2. Por lo menos 10 fibras fueron medidos en el ensayo de tracción. Curvas tensión-deformación fueron escogidas según el valor promedio de la última hora tensión y la tensión de las fibras. Los datos WAXD de las fibras se muestran en la <strong class=...

Se presenta un protocolo para el spinning de microfluidos y caracterización de la microestructura de monofilamento de fibroína de seda regenerado.

Seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda

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

El objetivo general de este experimento es observar el efecto de la humedad relativa en la estructura y propiedades tensiles de fibras de fibroína de seda regenerada utilizando un método de hilado en seco por microfluídica. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el hilado biomimético, tales como las fuerzas de cizallamiento y el proceso de hilado en seco. La principal ventaja de esta técnica es que el canal microfluídico está diseñado para imitar el conducto de hilado de un gusano de seda.Este método puede proporcionar información sobre el proceso de hilado en seco de fibroína de seda. También puede utilizarse en el proceso de hilado húmedo de seda de araña recombinante. En general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades. Debido a que se necesitan dos semanas para preparar la solución de hilado y también para asegurar que tenga buenas propiedades de hilado. La demostración visual de este método es muy importante. Porque, si usted carece de experiencia, resulta muy difícil preparar la solución de hilado, y el tiempo de hilado es fundamental para su realización.Comience desengomando los capullos de Bombyx mori en una solución acuosa que contenga carbonato de sodio al 0,5%. Incube los capullos sumergidos a 100 grados Celsius durante 30 minutos. Luego, reemplace la solución de carbonato de sodio y repita la incubación por segunda vez.Una vez finalizado, lave la seda con agua desionizada para eliminar la sericina. Seque las sedas de capullo desengomadas al aire y luego sumérjalas en bromuro de litio 9,0 molar en una proporción de peso a peso de 1:10. Incube las sedas a 40 grados Celsius durante dos horas hasta que las sedas se disuelvan completamente.A continuación, diluya la solución regenerada de fibroína de seda 1,5 veces en botellas de 250 mililitros utilizando agua desionizada. Centrifugue la solución y luego utilice una bomba de vacío para filtrarla a través de un lecho doble de papel filtro con un tamaño de malla de 20 micrones para eliminar cualquier impureza. Coloque 250 mililitros de la solución filtrada de fibroína de seda regenerada en bolsas de diálisis de membrana semipermeable de celulosa y realice la diálisis de cada bolsa en 10 litros de agua desionizada por ósmosis inversa a cinco grados Celsius durante tres días.Después de la diálisis, utilice un flujo de aire forzado para condensar la solución a cinco grados Celsius hasta el 20 % del peso original. A continuación, agregue una solución acuosa tres molar de cloruro de calcio a la solución condensada para alcanzar una concentración final de 1,0 milimoles por gramo de iones de calcio. Nuevamente, concentre la solución regenerada de fibroína de seda mediante flujo de aire forzado hasta el 44 % de su peso inicial.Comience hirviendo una lámina de vidrio durante 20 minutos en una solución mixta de ácido sulfúrico concentrado y solución de peróxido de hidrógeno al 30 % en una proporción de 10:1. Una vez finalizado, lave la lámina de vidrio con agua desionizada y luego séquela con nitrógeno de alta pureza. A continuación, coloque la lámina de vidrio en un dispositivo de recubrimiento personalizado con una separación de 100 micrómetros entre la superficie inferior de la barra de recubrimiento y la superficie superior de la lámina de vidrio.Llene el espacio con resistencia fotolitográfica SU-8 y luego aplique la resistencia mediante centrifugación a 40,3 veces la gravedad durante 30 segundos para formar una película uniforme de aproximadamente 85 micrómetros de espesor. A continuación, coloque la portaobjetos con la resistencia fotolitográfica en un horno con un programa de control de temperatura. Eleve la temperatura desde la temperatura ambiente hasta 65 grados Celsius a una velocidad de dos grados Celsius por minuto y mantenga la temperatura a 65 grados Celsius durante dos minutos.Luego, continúe calentando la lámina de 65 grados Celsius a 95 grados Celsius a una velocidad de dos grados Celsius por minuto, y mantenga la temperatura a 95 grados Celsius durante 15 minutos. En este punto, apague el horno y deje que la lámina se enfríe naturalmente hasta la temperatura ambiente dentro del horno. A continuación, coloque la lámina con la resistencia fotográfica bajo una luz UV y alinee una máscara fotolitográfica que contenga el microcanal adecuado sobre la lámina.Exponga el lado del portaobjetos a la luz UV durante 12 segundos. Tras la exposición, coloque nuevamente el portaobjetos en el horno y caliente como antes. Después del horneado, limpie el fotoresistente ultrasónicamente en solución reveladora durante 30 segundos.Luego, use isopropanol y revelador alternativamente para lavar la portaobjetos hasta que no haya precipitado sobre la superficie del vidrio. Solidifique el fotoresistente en un horno con un programa de control de temperatura. Eleve la temperatura desde la temperatura ambiente hasta 170 grados Celsius a razón de dos grados Celsius por minuto, mantenga a 170 grados Celsius durante 30 minutos, y luego apague el horno y enfríe lentamente hasta la temperatura ambiente dentro del horno.A continuación, coloque el molde de SU-8 curado dentro de una caja de aluminio y vierta 8,8 gramos de prepolímero de PDMS sobre el molde hasta una altura de aproximadamente cinco milímetros. Cure el PDMS durante 30 minutos a 65 grados Celsius y 15 minutos a 80 grados Celsius. Una vez curado, utilice una broca de 1,2 milímetros de diámetro para perforar un orificio a través del replicado de PDMS al comienzo del canal.Luego, coloque el canal de PDMS con la cara hacia arriba junto con una segunda capa plana de PDMS en un recubridor de plasma, y trátelos con plasma de oxígeno. Selle inmediatamente la capa de PDMS con el canal a una capa plana de PDMS tras retirarlos de la cámara de plasma. El microcanal ya está listo para usarse.Inyecte la disolución regenerada de fibroína de seda en el microcanal a dos microlitros por minuto utilizando una bomba de jeringa. Ajuste la humedad relativa en el área de electrohilado a 40 o 50 % de humedad relativa utilizando un humidificador. Luego, encienda un rodillo para que la superficie se mueva a tres centímetros por segundo.Una vez que la humedad se haya estabilizado, toque la gota de fibroína de seda regenerada y extraiga una fibra de seda hacia el aire. A continuación, colóquela sobre el rodillo a través del espacio aéreo de 10 centímetros. El rodillo extraerá las fibras de seda restantes.Una vez finalizado, guarde las fibras en un desecador sellado durante 24 horas. Al día siguiente, someta las fibras a un tratamiento posterior extrayéndolas cuatro veces a 0,9 milímetros por segundo en etanol al 80 % mediante una máquina construida a medida. Mantenga la fibra extraída fija e inmersa en la solución de etanol al 80 % durante una hora.Finalmente, sujete las fibras post-tratadas en un marco de papel con una longitud de calibre de 10 milímetros. Se muestra aquí una fibra de SEM de la fibra final de fibroína de seda regenerada estirada. Estas fibras tenían un diámetro promedio de nueve micrómetros.Cuando se midieron bajo tensión, las fibras formadas en condiciones de 40 % de humedad relativa presentaron una resistencia a la tracción ligeramente mayor y una deformación máxima más alta, pero tuvieron un módulo de Young similar en comparación con las fibras formadas a 50 % de humedad relativa. Después de ver este video, debería comprender cómo hilar en seco una fibra de seda a partir de una solución acuosa de seda utilizando un chip microfluídico inspirado en la biología.

microfluidic-dry-spinning-characterization-regenerated-silk-fibroin

Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

Películas de seda son una nueva clase de biomateriales fácilmente personalizables para una amplia gama de aplicaciones biomédicas. La película presentó seda sistema de cultivo es altamente adaptable a una variedad...

Cine Cultura de la Seda del sistema para In vitro Análisis y Diseño de Biomateriales

A pesar de las excelentes propiedades mecánicas y bioquímicas de las sedas de araña, este material no pueden ser cosechadas en grandes cantidades por medios convencionales. A continuación se describe una estrategia eficiente para hacer girar las fibras artificiales de seda de araña, que es un proceso importante para los investigadores que estudian la producción de seda de araña y su uso como la próxima generación de biomateriales.

La producción de seda sintética araña a escala de laboratorio

Fibras de seda de araña muestran propiedades mecánicas extraordinarias.

Filtro de aire dispositivos, incluyendo mallas tejidas de electrospun recombinantes Las proteínas de seda de araña

Dos fluidos adyacentes que pasan a través de un canal microfluídico ranurado pueden ser dirigidos para formar una vainta alrededor de un núcleo de prepolímero; determinando así tanto la forma como la sección transversal. La polimerización fotoiniciada, como la química de tiol click, es muy adecuada para solidificar rápidamente el fluido central en una microfibra con tamaño y forma predeterminados.

Fabricación Microfluídica De Fibras Poliméricas Y Biohíbridas Con Tamaño y Forma Prediseñados

Este protocolo demuestra la capacidad de utilizar la impresión reactiva de inyección de tinta para imprimir microagitadores biocompatibles y respetuosos con el medio ambiente automotiles para su uso en aplicaciones biomédicas y medioambientales.

Impresión reactiva de inyección de tinta y análisis de propulsión de microagitadores autopropulsados basados en la seda

Aquí, presentamos un protocolo para producir soluciones de proteína de seda de araña recombinante soluble en agua y las formas materiales que se pueden formar a partir de esas soluciones.

Formación material de la araña recombinante sedas a través de la Solvación acuosa utilizando calor y presión

Al ser ampliamente utilizada, la espectroscopia vibratoria de la generación de frecuencia de suma (SFG) puede ayudar a revelar el orden de la conformación de la cadena y el cambio estructural secundario que ocurre en las interfaces de polímero y biomacromolécula.

Estructuras interfaciales a nivel molecular de polímeros y biomacromoléculas reveladas a través de la espectroscopia vibratoria de generación de frecuencia de suma

Amidas terciarias péptido (PTA) son una superfamilia de peptidomiméticos que incluyen pero no se limitan a péptidos, peptoides y péptidos N-metilado. Aquí se describe un método de síntesis que combina estrategias de sub-monómero división y piscina y para sintetizar un solo grano de la biblioteca de un compuesto de las PTA.

Síntesis Split-y-piscina y caracterización del péptido Terciario Amida Biblioteca

Vigas mixtas microestructuradas (3D) en tres dimensiones se fabrican a través de la infiltración dirigida y localizada de nanocompuestos en redes de microfluidos porosas 3D. La flexibilidad de este método de fabricación permite la utilización de diferentes materiales termoendurecibles y nanocargas con el fin de lograr una variedad de 3D funcional nanocompuestos productos macroscópicas reforzados.

Fabricación de tridimensionalmente Microestructurados nanocompuestos mediante Microfluidic Infiltración

Síntesis, activación, y caracterización de materiales para estructuras metal-orgánicos diseñados intencionalmente es un reto, especialmente cuando los bloques de construcción son polimorfos incompatibles o no deseados son favorecidas termodinámicamente sobre las formas deseadas. Se describe cómo las aplicaciones de intercambio enlazador disolvente asistida, polvo de difracción de rayos X en los capilares y la activación a través de CO2 supercrítico de secado, pueden abordar algunos de estos...

Marcos de síntesis y caracterización de funcionalizado metal-orgánico

Aprende el método de hilado seco microfluídico para producir fibras de fibroína de seda regenerada. Este protocolo permite controlar la humedad relativa y caracterizar propiedades mecánicas para aplicaciones en biomateriales.

Seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda

Explorar más videos