Préparation de silice fonctionnelle en utilisant une méthode de Bioinspired

Les principaux avantages de cette méthode sont qu’elle est rapide, facile, respectueuse de l’environnement et qu’elle permet d’adapter les matériaux. Cette méthode peut donner un aperçu de la formation de la silice bio-inspirée, des voies disponibles d’incorporation des biomolécules et du traitement post-synthétique des matériaux. En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal car la formation de silice est rapide et une quantité spécifique d’acide doit être ajoutée rapidement afin d’obtenir des résultats optimaux.

Nous avons eu l’idée de cette méthode pour la première fois lorsque nous avons réalisé à quel point elle était douce, de sorte que les conditions étaient compatibles avec les enzymes. Nous avons pensé à utiliser cette méthode pour améliorer les performances et la stabilité des enzymes. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle car l’étape de neutralisation de l’acide est la plus importante pour les propriétés finales du matériau.

Tout d’abord, pesez 318,2 milligrammes de silicate de sodium pentahydraté dans un récipient en plastique de 180 millilitres et dissolvez-le dans 20 millilitres d’eau déminéralisée. Dans un deuxième récipient, peser 58,1 milligrammes de pentaéthylène hexamine ou PEHA et dissoudre dans 20 millilitres d’eau déminéralisée. Soustrayez cette quantité d’eau du volume d’eau déminéralisée à utiliser pour la dissolution du silicate de sodium pentahydraté.

Pour effectuer l’encapsulation in situ pendant la synthèse, dissolvez une masse prédéterminée de protéines dans cinq millilitres d’eau désionisée et placez la solution au réfrigérateur pour une dissolution totale. Vérifiez de temps en temps la progression de la dissolution, de préférence sans remuer. Combinez les solutions de silicate de sodium, de pentahydrate et de PEHA dans l’un des récipients et ajoutez suffisamment d’eau désionisée pour obtenir un volume de solution finale de 41,5 millilitres.

Placez le mélange fraîchement préparé sur le dessus d’une plaque d’agitation et ajoutez une barre d’agitation pour assurer un mélange cohérent. Ensuite, suspendez une sonde de pH dans la solution d’agitation et enregistrez le pH initial. Commencer la synthèse en ajoutant une quantité prédéterminée d’acide chlorhydrique unimolaire et observer l’évolution immédiate de la turbidité.

La première étape critique est l’ajout rapide d’acide pour initier la formation de silice. Le pH doit être abaissé à sept le plus rapidement possible. Si l’encapsulation a lieu, ajoutez la solution d’encapsulation dès que l’ajout d’acide est terminé.

Enregistrez ensuite le pH après cinq minutes pour déterminer la fin de la réaction. Une fois la réaction terminée, modifiez la composition de la silice produite en ajoutant plus d’acide chlorhydrique au mélange jusqu’à ce que le pH souhaité entre deux et sept soit atteint et laissez la suspension se stabiliser pendant environ une minute. Ensuite, décantez la suspension de silice bioinspirée dans des tubes à centrifuger de 50 millilitres, puis centrifugez la suspension à 5 000 g pendant 15 minutes.

Après la centrifugation, retirer le surnageant et le stocker pour une analyse plus approfondie. Remplissez les tubes de centrifugation avec de l’eau désionisée et remettez la silice en suspension à l’aide d’un mélangeur vortex. Dans le cas de l’incorporation de biomolécules, une étape critique consiste à donner les surnageants issus d’un lavage de silice bioinspiré afin d’être analysés plus avant.

Après avoir répété deux fois les étapes de centrifugation et de remise en suspension, retirez le surnageant et raclez la silice dans des creusets en céramique. Faites sécher la silice dans un four pendant la nuit à 85 degrés Celsius. Dans un flacon en plastique de cinq millilitres, diluez 300 microlitres de réactif de bleu de molybdène préalablement préparé avec trois millilitres d’eau déminéralisée.

Ensuite, ajoutez 10 microlitres de solution d’essai d’acide liquide liquide et agitez pour mélanger. Après 15 minutes, ajoutez 1,6 millilitre d’agent réducteur de sulfate de para-aminophénol préalablement préparé pour réduire le complexe silicomolybdate jaune en son isomère bleu. Ensuite, mesurez l’absorbance de l’échantillon à 810 nanomètres dans un spectrophotomètre UV-vis et calculez la concentration de silicium par rapport à une courbe d’étalonnage.

À l’aide d’embouts de pipette jetables, ajoutez une quantité prédéterminée de réactif Bradford et un échantillon dans chaque cuvette assignée. Mélangez chaque cuvette en la retournant trois fois et laissez développer pendant 10 minutes. Ensuite, mesurez l’absorbance à 595 nanomètres en utilisant un surnageant pur comme blanc.

Calculez l’absorbance d’origine de chaque cuvette en soustrayant l’absorbance de l’échantillon de contrôle de chaque mesure. Maintenant, créez une courbe d’étalonnage pour chaque série d’expériences en traçant l’absorbance mesurée en fonction de la concentration de BSA afin d’éviter les fluctuations aléatoires qui pourraient affecter la sensibilité du test. Enfin, déterminez la teneur en protéines de chaque échantillon lors de la remise en suspension afin de surveiller une éventuelle perte de protéines.

Le rendement de la réaction de formation de la silice est généralement de 58 plus ou moins 6,5 %La méthode spectroscopique au bleu de molybdène a détecté la quantité d’espèces de silicates monomères n’ayant pas réagi ainsi que les espèces qui ont réagi pour former des polysilicates ou des oligomères mais n’ont pas réussi à atteindre une taille suffisante pour coaguler. Une fois la coagulation terminée, les surfaces du matériau peuvent être facilement modifiées grâce à l’utilisation de l’élution acide, ce qui permet d’affiner les propriétés du matériau telles que la composition, la porosité et l’activité chimique de l’additif. Environ 50 % de BSA a été détecté dans le surnageant après la première centrifugation, ce qui correspond à une efficacité d’immobilisation de 50 %.

Comme aucun BSA n’a été détecté dans les lavages suivants, le BSA a pu être encapsulé en toute sécurité pendant la synthèse sans lixiviation. Le spectre FTIR de la silice a montré des bandes amides caractéristiques dans les échantillons avec BSA mais pas dans les échantillons témoins. Lorsque de la BSA a été ajoutée aux réactifs n’ayant pas réagi, il n’y avait pas de différences considérables dans l’efficacité d’immobilisation ou la quantité de BSA dans le composite résultant.

Lorsque la BSA a été ajoutée lors de la formation de la silice, l’efficacité de l’immobilisation et la quantité de BSA dans le produit étaient nettement inférieures. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en moins de cinq minutes si elle est exécutée correctement. Lors de cette procédure, il est important de se rappeler d’être précis avec les poids et les volumes des réactifs et d’ajouter rapidement l’acide en une seule dose.

À la suite de cette procédure, d’autres méthodes telles que la FTIR, la SCM, la porosimétrie et les dosages enzymatiques peuvent être effectuées afin de répondre à des questions supplémentaires sur les propriétés et la morphologie du matériau ainsi que sur l’activité des biomolécules. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine de la formation de silice bioinspirée pour explorer une méthode rapide, facile, contrôlable et respectueuse de l’environnement de synthèse de la silice avec la capacité de capsulation in situ des biomolécules. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de synthétiser la silice à l’aide d’une méthode bioinspirée, d’encapsuler des biomolécules in situ, de mesurer l’efficacité de l’encapsulation et d’effectuer une élution post-synthétique des additifs.

N’oubliez pas que travailler avec des amines, des acides et des biomolécules peut être extrêmement dangereux et que des précautions telles que l’EPI et la prévention des déversements doivent toujours être prises lors de cette procédure.