כאן אנו מציגים פרוטוקול לסנתז רומן, biocomposites יחס גבוה היבט בתנאים ביולוגיים ובתקשורת נוזלית. Biocomposites קנה מידה מננומטרים למיקרומטר בקוטר ואורך, בהתאמה. חלקיקי נחושת (CNPs) ונחושת גופרתית בשילוב עם ציסטין הם המרכיבים העיקריים לסינתזה.
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים פרוטוקול לסנתז רומן, biocomposites יחס גבוה היבט בתנאים ביולוגיים ובתקשורת נוזלית. Biocomposites קנה מידה מננומטרים למיקרומטר בקוטר ואורך, בהתאמה. חלקיקי נחושת (CNPs) ונחושת גופרתית בשילוב עם ציסטין הם המרכיבים העיקריים לסינתזה.
המטרה של פרוטוקול זה היא לתאר את הסינתזה של שני biocomposites רומן עם מבני יחס גבוה היבט. Biocomposites מורכב מנחושת וציסטין, גם עם חלקיקי נחושת (CNPs) או נחושת גופרתית תורם הרכיב המתכתי. הסינתזה מתבצעת בנוזל בתנאים ביולוגיים (37 מעלות צלזיוס) וצורת מרוכבים עצמיים התאספו לאחר 24 שעות. ברגע שנוצר, חומרים מרוכבים אלה הם מאוד יציבים בשתי תקשורת הנוזלית ובצורה יבשה. חומרים מרוכבים בקנה מידה מננו למייקרו טווח אורך, ומכמה מיקרונים עד 25 ננומטר בקוטר. מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים פליטת שדה עם ספקטרוסקופיה רנטגן נפיצה אנרגיה (EDX) הוכיח כי הגופרית הייתה נוכחת במבנים ליניארי נגזר-NP, בזמן שהוא נעדר מחומר CNP מתחיל, ובכך אישר ציסטין כמקור של גופרית בnanocomposites הסופי . במהלך סינתזה של ננו ומיקרו-חומרים מרוכבים ליניארי אלה, במגוון הרחב של אורכים של structures נוצר בכלי הסינתזה. Sonication של התערובת הנוזלית לאחר הסינתזה הודגם לסייע בשליטה בגודל ממוצע של המבנים על ידי צמצום האורך הממוצע עם זמן מוגבר של sonication. מאז המבנים נוצרו הם מאוד יציבים, לא מצבר, ונוצרים בשלב נוזלי, צנטריפוגה עשויה לשמש גם כדי לסייע בריכוז והפרדת חומרים מרוכבים נוצרו.
נחושת היא מתכת ריאקטיבית מאוד שבעולם הביולוגי חיונית בתפקודי אנזימים מסוימים 1,2, אך בריכוזים גבוהים יותר היא רעילה בעוצמה כולל בצורה הננו-חלקיקית 3,4. החשש מהרעלת נחושת הפך רלוונטי יותר ככל שנעשה שימוש ב-CNPs וננו-חומרים אחרים מבוססי נחושת, בשל שטח הפנים/המסה המוגדלים של ננו-מבנים. לפיכך, אפילו מסה קטנה של נחושת, בצורת ננו-חלקיקים, עלולה לגרום לרעילות מקומית בשל יכולתה לחדור לתא ולהתפרק לצורות תגובתיות. מינים ביולוגיים מסוימים יכולים להרכיב יוני מתכת ולקלוט אותם, ואפילו לשלב אותם במבנים ביולוגיים כפי שתואר במולים ימיים 5. בחקר ההשפעות הרעילות הפוטנציאליות של ננו-חומרים 4, התגלה כי לאורך זמן, ובתנאים ביולוגיים המשמשים לתרבית תאים טיפוסית (37 מעלות צלזיוס ו-5% CO2), ביו-קומפוזיטים יציבים מנחושת יכולים להיווצר עם מבנה בעל יחס גובה-רוחב גבוה (ליניארי).
על ידי תהליך של חיסול, הגילוי הראשוני של ביו-קומפוזיטים ליניאריים אלה, שהתרחש במדיה שלמה של תרבית תאים, פושט לפרוטוקול מוגדר של אלמנטים חיוניים הדרושים להרכבה עצמית של הביו-קומפוזיטים. הרכבה עצמית של שני סוגים של ביו-קומפוזיטים ליניאריים מאוד התגלתה כאפשרית עם שני רכיבי מתכת התחלתיים: 1) CNPs ו-2) נחושת גופרתית, כאשר המרכיב הביולוגי הנפוץ הוא ציסטין. למרות שדווח בעבר על מבנים המכילים נחושת מסוג "קיפוד" ו"ננו-פרחים" עם תכונות ננומטריות ומיקרו-מורכבות יותר, אלה יוצרו בתנאים לא ביולוגיים, כגון טמפרטורות של 100 מעלות צלזיוס או יותר 6-8. למיטב ידיעתנו, סינתזה של ננו-מבנים בודדים המכילים נחושת ליניארית הניתנים להרחבה בשלב נוזלי בתנאים ביולוגיים לא תוארה בעבר.
אחד מחומרי המוצא המשמשים לסינתזה של ננו-קומפוזיטים, כלומר CNPs, דווח בעבר כרעיל מאוד לתאים 4. לאחרונה דווח כי לאחר היווצרות הננו-מרוכבים, מבנים אלה פחות רעילים על בסיס מסה מאשר ה-NPs ההתחלתיים 9. לפיכך, הסינתזה המתוארת כאן עשויה להיגזר מתגובה ביולוגית וביוכימית שיש לה תועלת בייצוב מיני נחושת תגובתיים, הן במובן של הפיכת צורת NP למבנים גדולים יותר והן בייצור חומרים מרוכבים פחות רעילים לתאים.
בניגוד לצורות ננו-חומרים רבות אחרות הידועות כמצטברות או מתגבשות באינטראקציה עם מדיה נוזלית ביולוגית 10,11, לאחר שנוצרו, החומרים המרוכבים הליניאריים ביותר המתוארים כאן נמנעים מצבירה, אולי בגלל חלוקה מחדש של מטען שדווח בעבר 9. כפי שמפורט בעבודה הנוכחית, הימנעות זו מצבירה נוחה למטרות עבודה עם המבנים שנוצרו משלוש סיבות לפחות: 1) מבנים מרוכבים לאחר שנוצרו עשויים להיות מרוכזים באמצעות צנטריפוגה ולאחר מכן להתפזר בקלות שוב באמצעות ערבוב מערבולת; 2) ניתן להקטין מבנים שנוצרו בגודל הממוצע על ידי סוניקציה לפרקי זמן שונים; ו-3) המבנים הליניאריים שנוצרו עשויים לספק כלי נוסף להימנעות מ"אפקט טבעת הקפה" שתואר לאחרונה 12 ובכך לספק אמצעי ליצירת ציפויים מפוזרים באופן שווה יותר של חומרים, במיוחד אלה המכילים חלקיקים כדוריים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תכנון של ניסויים
2. הכנת חומרים
3. סינתזה באמצעות נחושת גופרתית
4. אפיון וטיפול בbiocomposites פוסט-סינתזה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
איור 1 מציג תרשים זרימה סכמטי של הצעדים כדי ליצור סינתזת biocomposites יניארי המתואר בעבודה זו. CNPs או נחושת גופרתית כמתחיל חומרים בשילוב עם מים סטריליים כדי ליצור פתרון 2 מ"ג / מיליליטר, פתרון זה הוא מעורב וsonicated לספק אפילו תערובת, ופתרון נחושת זה הוא מעורב אז ביחס הבא לסינתזה: 949 חלקים סטרילי מים: 50 חלקים תערובת נחושת: פתרון מניות ציסטין חלק 1. הכרכים בפועל עשויים להיות מוגברים או מופחתים בהתאם ליחסים אלו בהיקף של עד או להקטין את תשואת הסינתזה הסופית...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוך הערכת השפעות רעילות פוטנציאליות של ננו כולל CNPs, זה היה ציין כי בטווח הארוך, CNPs הפכו מהפצת חלקיקים בתחילה יותר מפוזרת לצורה גדולה יותר, מצטברת (איור 2). במקרים מסוימים, תצורות מצטברות מאוד אלה שיוצרו בצלחת תרבית תאים, בתנאים ביולוגיים, יצרו תחזיות ליניארי ביותר מהצבירה המרכזית, מזכירות נחושת שתוארה קודם לכן מכילות "הקיפודים" 6. יש לציין כי בתנאים שמוצגים כאן, הריכוז של CNPs הוסיף לתאים היה תת-מרבית, ובכך שלא הרג את כל התאים בתרבות (ראה ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לסופרים אין מה לחשוף.
המחברים מבקשים להודות לסיוע הטכני של אלפרד גונסקארן במחקרי מיקרוסקופיה אלקטרונית במכון למיקרו-ייצור באוניברסיטה הטכנולוגית של לואיזיאנה, ולד"ר ג'ים מקנמרה על הסיוע במחקרי מיקרוסקופיה נוספים. העבודה המתוארת נתמכה בחלקה על ידי מועצת העוצרים של לואיזיאנה PKSFI חוזה מס. LEQSF (2007-12)-ENH-PKSFI-PRS-04 ופרופסור ג'יימס א. וויצ'ה השלישי מאוניברסיטת לואיזיאנה טק (לדוקטורט).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מיני וורטקסר | VWR (https://us.vwr.com) | 58816-121 | |
| CO2 חממה דגם # 2425-2 | VWR (https://us.vwr.com) | צור קשר עם הספק | דגם נוכחי calalog # 98000-360 |
| צנטריפוגה אפנדורף (מיקרוצנטריפוגה מקוררת) | Labnet (http://labnetinternational.com/) | C2500-R | דגם פריזמה R |
| צנטריפוגה תרבית תאים דגם Z323K | Labnet (http://labnetinternational.com/) | צור קשר עם הספק | דגם נוכחי Z206A קטלוג # C0206-A |
| Sonicator (מנקה קולי) | Branson Ultrasonics Corporation (http://www.bransonic.com/) | 1510R-MTH | |
| Balance | Sartorius (http://dataweigh.com) | דגם CP225D דגם דומה CPA225D | |
| Olympus IX51 Inverted Light Microscope | Olympus ( http://olympusamerica.com | צור קשר עם הספק | |
| אולימפוס DP71 מיקרוסקופ מצלמה דיגיטלית | אולימפוס (http://olympusamerica.com | צור קשר עם הספק | |
| יחידת אספקת חשמל חיצונית - אור לבן למיקרוסקופ אולימפוס | אולימפוס (http://olympusamerica.com | TH4-100 | |
| 10X, 20X, ו-40X מטרות מיקרוסקופ | אולימפוס (http://olympusamerica.com | צור קשר עם הספק | |
| סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים | היטאצ'י (http://hitachi-hitec.com/global/em/sem/sem_index.html) | דגם S-4800 | |
| מיקרוסקופ אלקטרונים שידור | Zeiss (http://zeiss.com/microscopy/en_de/products.html) | דגם Libra 120 | |
| שולחן תחנת עבודה זרימה חד כיוונית ספסל נקי | Envirco (http://envirco-hvac.com) | דגם PNG62675 | משמש לתרבית תאים סטרילית טכניקה |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה