Un protocole pour la production de Nanoparticules gliadine-cyanoacrylate pour revêtement hydrophile

Résumé

Cet article présente un protocole pour la production de nanoparticules à base de protéines qui transforme la surface hydrophobe en hydrophile. La nanoparticule produite est un assemblage de copolymères diblocs de gliadine-cyanoacrylate. Le revêtement par pulvérisation avec la nanoparticule produite transforme la surface du matériau cible en une surface hydrophile.

Résumé

Cet article présente un protocole pour la production de nanoparticules à base de protéines qui modifie la surface hydrophobe à hydrophile par un revêtement par pulvérisation simple. Ces nanoparticules sont produites par la réaction de polymérisation de cyanoacrylate d'alkyle sur la surface des protéines de céréales (gliadine) molécules. Cyanoacrylate d'alkyle est un monomère qui polymérise instantanément à température ambiante quand elle est appliquée sur la surface des matériaux. La réaction de polymérisation est initiée par les traces des espèces basiques ou faiblement nucléophiles sur la surface, y compris l'humidité. Une fois polymérisé, les cyanoacrylates d'alkyle polymérisés montrent une forte affinité avec les matériaux des objets parce que les groupes nitrile sont dans le squelette de poly (cyanoacrylate d'alkyle). Les protéines travaillent aussi comme initiateur pour cette polymérisation, car ils contiennent des groupes aminés qui peuvent déclencher la polymérisation de cyanoacrylate. Si la protéine agrégée est utilisé comme initiateur, un agrégat de protéine est entourée par la hydrophobele poly (cyanoacrylate d'alkyle), des chaînes après la réaction de polymérisation de cyanoacrylate d'alkyle. En contrôlant la condition expérimentale, des particules de l'ordre du nanomètre sont produites. Les nanoparticules produites adsorbent facilement à la surface de la plupart des matériaux y compris le verre, les métaux, les plastiques, le bois, le cuir et les tissus. Lorsque la surface d'un matériau est pulvérisé avec la suspension de nanoparticules produites et on le rince à l'eau, la structure de nanoparticule micellaire change sa conformation et les protéines hydrophiles sont exposées à l'air. En conséquence, la surface des nanoparticules enrobées devient hydrophile.

Introduction

Le but de cet article est de montrer le protocole de préparation de suspension de nanoparticules qui modifie la propriété de mouillage des matériaux par une simple pulvérisation. La suspension de nanoparticules présentée est fabriquée à partir d’un cyanoacrylate d’alkyle¹ et d’une protéine de céréales, la gliadine^2,3. Au cours du processus de fabrication, des agrégats de protéines se forment dans de l’éthanol aqueux⁴. La réaction subséquente avec le monomère (cyanoacrylate d’alkyle) produit la nanoparticule composée d’un noyau protéique entouré de chaînes polymères linéaires [poly(cyanoacrylate d’alkyle)]⁵.

Les poly(cyanoacrylate alkyle)s sont biodégradables et ont été utilisés pour la production de nanoparticules par polymérisation en émulsion⁶. Cette réaction est spontanément initiée par les groupes hydroxyles dissociés de l’eau ou par d’autres groupes nucléophiles dans le milieu réactionnel⁷. Dans le cas de la réaction présentée dans cet article, les groupes amines à la surface des agrégats de protéines initient la réaction de polymérisation des monomères d’alkylcyanoacrylate^5,8. À la suite de cette réaction, des nanoparticules se forment dans le milieu réactionnel. Le cœur de la nanoparticule est constitué d’agrégats de protéines et la couche externe est constituée de chaînes poly(cyanoacrylate d’alkyle) (PACA). La nanoparticule préparée a une forte affinité sur la plupart des matériaux (plus précisément, tout matériau sur lequel PACA peut s’adsorber) et adhère à leur surface pour former un mince revêtement à l’échelle nanométrique. Un simple revêtement par pulvérisation rend instantanément la surface des matériaux hydrophile.

La gliadine est l’une des principales fractions du gluten, qui se trouve dans les endospermes du blé. Les gliadines sont principalement des protéines monomères avec des poids moléculaires d’environ 28 000 à 55 000. Les liaisons non covalentes telles que les liaisons hydrogène, les liaisons ioniques et les liaisons hydrophobes sont responsables de l’agrégation des gliadines². Bien que la gliadine soit choisie comme réactif dans cet article, de nombreuses autres protéines peuvent également être utilisées dans le même but. Cependant, la condition de réaction doit être modifiée en conséquence car la condition d’induction de l’agrégation dépend du type de protéine à utiliser⁸. Comparée à d’autres protéines, la gliadine est plus facilement disponible, la purification est simple et le coût de production est faible. Bien que le cyanoacrylate d’éthyle (ECA) soit choisi comme monomère pour la réaction présentée, d’autres cyanoacrylates d’alkyle peuvent également être utilisés pour la même réaction. La raison pour laquelle j’ai choisi ECA est qu’il est facilement disponible à faible coût.

Protocole

1. Dégraissage Commercial gliadine

1. Mesurer 150 ml d'acétone avec un cylindre gradué et verser dans Erlenmeyer de 250 ml.
   1. Tout en agitant avec une barre de rotation sur un agitateur magnétique à température ambiante, ajouter 30 g de poudre de gliadine commerciale. Sceller l'ouverture du flacon dans une feuille d'aluminium, et continuer à agitation O / N dans la hotte.
2. Filtrer la solution avec un papier filtre.
   1. Laver le filtrat avec de l'acétone fraîche (environ 50 ml). Laisser reposer pendant 10 min pour permettre à l'acétone pour égoutter.
   2. Transférer le filtrat ainsi que le papier filtre en dessous pour un grand plat, comme un plat carré de culture cellulaire. Couvrir tout le plat avec un grand papier filtre pour ralentir l'évaporation de l'acétone résiduelle.
   3. Laisser le filtrat sécher complètement dans la hotte O / N. Rangez la gliadine dégraissée dans un récipient étanche à l'air à température ambiante.

2. Préparation de Purifié gliadine

1. Mesurer 150 ml de water avec un cylindre gradué et verser dans 1000 ml flacon Erlenmeyer.
   1. Mesurer 350 ml d'éthanol absolu avec un cylindre de désordre et verser dans le même 1000 ml flacon Erlenmeyer. Agiter vigoureusement (800 - 1000 rpm) avec une barre de rotation jusqu'à ce qu'aucune bulle est générée à partir du mélange de solution.
2. Tout en agitant, ajouter 20 g de poudre de gliadine dégraissés commerciales. Ajouter gliadine en petites quantités à la fois pour éviter la formation de grumeaux qui contient de l'air dans le milieu. Continuez à agitation O / N.
3. Transférer toute la solution à un cylindre de mess 1000 ml. Laisser reposer pendant deux jours. Pendant ce temps, les impuretés sont précipitées au fond du cylindre.
4. Transférer le surnageant dans un évaporateur rotatif avec une pipette, et éliminer l'éthanol à partir du surnageant, autant que possible. Comme le pourcentage d'éthanol est réduite, la gliadine apparaîtra dans la solution sous forme agrégée.
5. Congeler la solution contenant des agrégats de la gliadine par immersion / rotation dans le méthanol/ Mélange de glace sèche et lyophilisation à -70 ° C sous vide. Avant lyophilisation, assurez-vous que l'ensemble de la solution est congelée sans liquide.
   REMARQUE: La gliadine lyophilisé formera un solide poreux.
6. Crush the gliadine lyophilisé avec du mortier et un pilon, et broyer avec un moulin à café pour obtenir une amende puissance (<0,5 mm). Transférer le produit dans un récipient et un magasin étanche à l'air à température ambiante.

3. Réaction de polymérisation de la CEA avec gliadine

1. Placez un flacon de scintillation (volume est d'environ 20 ml) dans un poids d'équilibre et la tare. Ajouter 3,2 g d'eau distillée et 6,8 g d'éthanol absolu dans le flacon de scitillation.
2. Déplacez le flacon de scintillation sur un agitateur magnétique, mettre une barre de spin (20 x 3 mm) dans le flacon, et mélanger vigoureusement (800 - 1000 rpm) jusqu'à ce qu'aucune bulle d'air est généré à partir du mélange d'éthanol aqueux.
3. Ajouter 40 ul de HCl 4 N dans le flacon tout en remuant. Ajouter 20 mg de gliadine dans le flacon tandis sti fait qui l'appelle, et continuer à remuer jusqu'à ce que la poudre de gliadine est entièrement dissous dans le mélange d'éthanol aqueux.
4. Après s'être assuré que la solution de gliadine est clair à l'oeil nu, ajouter lentement 80 - 100 pi de la CEA alors que la vitesse d'agitation est encore 800 - 1000 rpm.
   1. Abaisser la vitesse d'agitation à 500 tours par minute, et continuez de remuer pendant 1 h. Comme le produit de réaction, d'observer la turbidité qui indique que la réaction de polymérisation est en cours.
5. Lorsque la réaction est terminée, la solution dans des tubes de centrifugeuse et équilibrer le poids des tubes. Centrifuger le produit de réaction à 10 000 xg pendant 20 min. Pendant ce temps, des précipités et des nanoparticules de produits secondaires restent dans le surnageant. Le composant principal du produit secondaire est PACA homopolymère.
6. Après la centrifugation, le transfert de la suspension de nanoparticules produites (surnageant) avec une pipette dans une fiole à scintillation (ou tout autre récipient étanche à l'air) et la stocker à température ambiante.

title "> 4. Caractérisation du produit

1. Préparer 10 g de 68% en poids d'éthanol aqueux en mélangeant 3,2 g d'eau et 6,8 g d'éthanol absolu dans 20 ml flacon à scintillation et remuer jusqu'à ce qu'aucune bulle est générée à partir du mélange de solution.
   1. Ajouter 40 ul de HCl 4 N dans le mélange de la solution tout en agitant. Ajouter 50 pl de suspension nanoparticulaire à la solution de l'éthanol préparé tout en agitant.
2. Mesurer la taille de nanoparticules avec Dynamic Light Scattering (DLS) en utilisant la solution de l'échantillon préparé ci-dessus et suivez les instructions du fabricant.
   REMARQUE: La taille du produit final doit être inférieure à 200 nm. Si elle est supérieure à 200 nm, le produit ne sera pas stable pendant une longue période de temps. Grandes nanoparticules sont produites lorsque la CEA employée est pas frais.

5. Examen du produit

1. Préparer une plaque de verre, comme un miroir à main. Laver la surface de la plaque de verre avec de l'eau savonneuse. Rinse la surface de la plaque de verre avec de l'eau qui coule. Sécher la surface nettoyée ou utilisation sans séchage pour l'étape suivante.
2. Pulvériser la suspension de nanoparticules obtenue en 3.6) sur une partie de la plaque de verre, et rincer la surface avec l'eau qui coule immédiatement.
3. Pulvériser de l'eau pure sur la surface de la plaque de verre. Observer le (pulvérisés avec nanoparticule suspension) couche d'eau de maintien de la surface revêtue tandis que la surface non revêtue est clair.

Résultats

Les nanoparticules peuvent être préparées sous diverses conditions de réaction. Formes gliadine agrègent dans une large gamme de teneur en éthanol ^5. Cependant, la taille des agrégats doit être aussi faible que possible , car une couche supplémentaire (ie., CEA polymérisée) est ajoutée à cet ensemble et ce processus fera la plus grande dimension finale. Si la taille finale des particules est trop importante, la particule sera instable et facilement être précipité. Par...

Discussion

La production de la suspension de nanoparticules comporte plusieurs étapes critiques. Si la gliadine purifiée contient des impuretés, la réaction avec l’ECA produira des produits secondaires. Bien que ces produits indésirables puissent être éliminés du milieu réactionnel pendant l’étape de centrifugation, cela réduit le rendement du produit principal. Si la solution de gliadine préparée lors de l’étape expérimentale 2.3) ne montre pas de séparation claire entre le surnageant et le précipité après deux jours, la solution ...

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Cyanoacrylate d’éthyle (ECA) monomère	K& R International (Laguna Niguel, CA)	I-1605 N’importe	quel ECA pur peut être utilisé.
Gliadin	MGP Ingredients, Inc (Atchison, KS)	Le cadeau de la société	Gliadin peut être acheté chez Sigma-Aldrich (cat # : G3375-25G). Au lieu de gliadine, n’importe quel commercial  ; Le gluten peut être utilisé.
HCl N’importe	quel		produit chimique de qualité réactif peut être utilisé.
Acétone	N’importe quel		produit chimique de qualité réactif peut être utilisé.
Méthanol	N’importe quel		produit chimique de qualité réactif peut être utilisé.
Éthanol (100 %)	N’importe quel		produit chimique de qualité réactif peut être utilisé.
Papier filtre	N’importe quel		papier filtre de qualité supérieure à 10 cm peut être utilisé.
Boîte carrée de culture cellulaire	N’importe quelle		boîte de plus de 20 x 20 cm peut être utilisée.
Moulin à café N’importe	quel		moulin à café peut être utilisé.
Évaporateur rotatif	N’importe quel		évaporateur rotatif peut être utilisé.
Lyophilisateur	N’importe quel		lyophilisateur pouvant atteindre -70 ° ; C peut être utilisé.
Centrifugeuse	N’importe quelle		centrifugeuse pouvant appliquer 1 000 x g peut être utilisée.
Agitateur magnétique	Tout		agitateur magnétique capable de faire tourner la barre de rotation à 1 000 tr/min peut être utilisé.
Diffusion dynamique de la lumière (DLS)	Brookhaven Instruments Corporation	NanoBrook Omni Zeta Potential Analyzer	DLS de n’importe quelle entreprise peut être utilisé.
Microscope électronique à balayage (MEB)	Carl Zeiss Inc.		N’importe quel SEM peut être utilisé.
Angle de contact dynamique (DCA)	Instruments Thermo Cahn N’importe		quel DCA peut être utilisé.