Name: Microfluidic יבש-ספינינג ואפיון של סיבי Fibroin משי מחדש (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: למדו שיטת ספינינג יבש מיקרופלואידית לאפיון סיבי Fibroin משי מחדש. הבינו כיצד לשלוט בלחות יחסית כדי לחקור השפעתה על מבנה הסיבים ותכונות המתיחות שלהם.

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

עבודה זו ממומנת על ידי את נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (21674018), המחקר מפתח הלאומי, תוכנית פיתוח של סין (2016YFA0201702 /2016YFA0201700), את "תוכנית Shuguang" נתמך על ידי פיתוח החינוך שנגחאי קרן, שנגחאי העירוני ועדת החינוך (15SG30), ד'ו להבחין פרופסור צעיר התוכנית (A201302), קרנות מחקר בסיסי האוניברסיטאות המרכזי, והפרוייקט 111 (No.111-2-04).

אזהרה: נא עיין גליונות נתונים בטיחות חומרים רלוונטיים כל לפני השימוש. כמה מן הכימיקלים שמשתמשים בהם בהכנת המכייר רעילים בחריפות. נא להשתמש ציוד מגן אישי (בטיחות משקפיים, כפפות, חלוק המעבדה, באורך מלא מכנסיים ונעליים סגורות).
 1-Microfluidic ספינינג של RSF תמיסה מימית <ol><li>הכנה של RSF מימית ספינינג סמים 4 , 15 , 16 <ol><li>Degumming של silkworm קוקון <ol><li>Degum טוואי המשי הפקעות פעמיים ב נה 2 CO 3 מימית פתרונות (0.5% wt במים) ב 100 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות, ולאחר מכן לשטוף את המשי עם מים יונים כדי להסיר sericin.</li>
		</ol></li> <li>Dissolving של קוקון silkworm degummed גסה <ol><li>לייבש את הבדים קוקון degummed גסה באוויר; ואז לפזר את הבדים קוקון degummed גסה ב תמיסה מימית LiBr 9.0 מ' עם יחס של 1:10 (w/v) ב 40 מעלות צלזיוס במשך שעתיים. לדוגמה, הוסף 10 מ"ל LiBr לכל 1 גרם משי ( איור 1 א').</li>
		</ol></li> <li>Centrifuging וסינון <ol><li>לדלל את הפתרון RSF פי 1.5 על ידי מים יונים. צנטריפוגה וסינון כדי להסיר זיהומים. צנטריפוגה הפתרון RSF בבקבוקי 250 מ ל- 4 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות ב ג x 1,234.8 לסנן את הפתרון RSF באמצעות מסנן 20 מיקרומטר משאבת ואקום. מיטה נייר סינון כפול עדיפה בהתחשב באפקט ניסויים.</li>
		</ol></li> <li>Dialyzing <ol><li>Dialyze הפתרון RSF במים יונים ב 5 מעלות צלזיוס במשך 3 ימים באמצעות ממברנה חדירה תאית (MWCO: 14,000 ± 2,000). הנפח הכולל של פתרון RSF הוא כ- 1 ליטר, נטען ב- 4 שקיות הדיאליזה. שימו את התיקים דיאליזה אלה בדלי, אשר מלא 10 L אוסמוזה הפוכה (RO) יונים מים. 
			הערה: ערך ה-pH של מים יונים צריך להיות גבוה יותר מאשר 6, כדי להימנע gelation במהלך תהליך ריכוז. ה-pH של מים יונים לא מחייבים התאמה עבור פרוטוקול זה.</li>
		</ol></li> <li>Concentrating <ol><li>להתרכז על ידי אוויר מאולץ אז צופף הפתרון מימית RSF כדי 20 wt % זרימת אוויר מאולץ-תמיסה מימית של 5 ° C. להוסיף 3 מ' CaCl 2 לתוך הפתרון RSF כדי 1.0 mmol/g Ca 2 + ריכוז סופי; זרימה wt 38-47%.</li>
			<li>שוקלת טיפה אחת של פתרון RSF על משטח זכוכית, ואז לייבש אותו כבר שעתיים בתנור 105 מעלות צלזיוס 
			הערה: משקל האחוזים הנותרים מוצק לעומת המשקל של הירידה לפני הייבוש הוא ריכוז מוחלט של חלבון ו- CaCl 2. ריכוז RSF נגזר לאחר ניכוי של המסה של CaCl 2. לפחות ארבעה חזר מדידות בוצעו. שלנו מחקרים קודמים הראו כי הריכוז של Ca 2 + השפיעה מאוד את מאפייני rheological ואת spinnability של פתרונות מימית RSF. בינתיים, התוספת של Ca 2 + גרם להיווצרות מוגבלת של β-גיליון והן הצבירה של RSF 17. סם ספינינג מקורית, נחשב CaCl 2 כדי לשחק תפקיד חשוב במהלך האחסון של ספינינג סמים כדי להימנע gelation לפני ספינינג. 18</li></ol></li></ol></li> <li>הכנת צ'יפס microfluidic 8 , 19 <ol><li>הכנת photomask <ol><li>עיצוב המיקרו-הערוץ ב התיב ם. להדפיס קובץ CAD לייצר שקיפות ברזולוציה גבוהה 19.</li>
		</ol></li> <li>מכינים את התבנית <ol><li>ניקוי השקופית זכוכית <ol><li>בשכונה כימי, מרתיחים את השקופית זכוכית הפתרון מעורבות של חומצה גופרתית מרוכזת, 30 vol % מימן על-חמצני פתרון (10:1) במשך 20 דקות על פלטה חמה. 
				התראה: חומצה גופרתית, חמצן ואדים רעילים מאוד.</li>
			</ol></li> <li>לרחוץ את השקופית זכוכית <ol><li>לרחוץ את השקופית זכוכית באמצעות מים יונים, ולפוצץ יבש עם חנקן טוהר גבוהה.</li>
			</ol></li> <li>הסרט ציפוי <ol><li>להרגיע את photoresist SU-8 על השקופית זכוכית על-ידי התקן שהותקן ציפוי עם פער של 100 מיקרומטר בין המשטח התחתון של הבר ציפוי המשטח העליון של זכוכית-</li>
			</ol></li> <li>ספין ציפוי <ol><li>להפיץ את photoresist על השקופית זכוכית כדי ליצור סרט אחיד באמצעות coater ספין ב 40.3 x g עבור 30 s. העובי של הסרט אחיד הוא כ-85 מיקרומטר.</li>
			</ol></li> <li>התמצקות <ol><li>לחזק את photoresist בתוך תנור עם חום שליטה התוכנית. לרומם את הטמפרטורה בטמפרטורת החדר עד 65 ° C-2 ° C/min ו- 65 ° C עבור 2 דק המשך לחום מ- 65 ° C עד 95° C ולאחוז ב 95 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות להפוך התנור, מגניב באופן טבעי לחדר הטמפרטורה בתנור.</li>
			</ol></li> <li>סגול בהיר חשיפה <ol><li>וחושפים הצד של זכוכית להחליק עם photoresist האור האולטרה סגול 12 s באמצעות השקיפות כפי photomask על ידי פוטוליתוגרפיה 19. 
				הערה: מספר גל של האור האולטרה סגול הוא 365 nm והאנרגיה החשיפה היא mJ/ס מ 273.6 2. 
				התראה: לקחת אמצעי בטיחות נאותים בעת עבודה עם אור UV ואת התנור.</li>
			</ol></li> <li>לחזק את photoresist כפי שמתואר בשלב 1.2.2.5.</li>
			<li>מתפתחות <ol><li>לנקות את photoresist ultrasonically בתמיסה מפתח עבור 30 ס' לשטוף השקופית זכוכית על-ידי אלכוהול איזופרופיל ומפתח, לסירוגין בין השניים, עד שיש אין משקעים בשקופית זכוכית-</li>
			</ol></li> <li>לחזק את photoresist בתוך תנור עם חום שליטה התוכנית. לרומם את הטמפרטורה בטמפרטורת החדר עד 170 ° C ב- 2 ° C/דקה והחזק ב 170 מעלות צלזיוס במשך 30 דקות להפוך התנור, מגניב טבעי לטמפרטורת החדר בתנור.</li>
		</ol></li> <li>ליתוגרפיה רך <ol><li>שופכים 8.8 g פולימר נוזלי polydimethylsiloxane (PDMS) מראש העובש ואת התרופה למשך 30 דקות ב 65 ° C, ו- 15 דקות ב- 80 ° C. PDMS נוזלי קדם פולימר מורכב PDMS וסוכן ריפוי (בדרך כלל 10:1 (w/w)).</li>
		</ol></li> <li>החבטות <ol><li>אגרוף חור המשוכפל PDMS בהתחלה של הערוץ לפי הנוהל. הקוטר של התרגיל הוא 1.2 מ מ.</li>
		</ol></li> <li>איטום <ol><li>לאטום את העותק המשוכפל של PDMS עם הערוץ לשכבת PDMS שטוח ללא תבנית על-ידי טיפול פלזמה חמצן על המשטחים של שתי השכבות PDMS. 
			הערה: תהליך הכנה הכוללת של השבב לוקח בערך 72 ה'</li>
		</ol></li></ol></li> <li>פבריקציה נוספת של RSF סיבים <ol><li>הזרקה של ספינינג סמים <ol><li>להזריק את RSF ספינינג סמים לתוך microchannel ב µL 2/דקה על ידי מזרק משאבה.</li>
		</ol></li> <li>הסביבה תקנה <ol><li>להתאים את הלחות היחסית כדי 40 ± 5% לחות יחסית או 50 ± 5% לחות יחסית באמצעות מכשיר לחות. ב- 40 RH ± 5%, כמו שמשמיע סיבים פני השטח למוצק במהירות רבה יותר מאשר 50 ± 5 RH %-</li>
		</ol></li> <li>הפקה של RSF סיבים <ol><li>לגעת הירידה RSF על ידי מדויק משקע החשמל של הערוץ microfluidic לצייר RSF סיבים לאוויר, אז תגלגל אותו על גלגלת דרך פרצה ס מ-10 אוויר במהירות של 3 ס"מ/s ( איור 1b ).</li>
		</ol></li> <li>אחסן הסיבים RSF desiccator חתומה על ה 24</li>
		<li>סיבים שלאחר הטיפול <ol><li>לצייר את הסיבים שמשמיע כמו 4 פעמים ב s מ מ -1 ב- 80 vol % ethano פתרון על-ידי המכונה לפי הזמנה ולאחר מכן לשמור סיבים מצוירות קבוע, לטבול את הסיבים בפתרון מאובטח. בגלל טיפול זה, אורך הסיבים מ"כיכר במקור 15 מ מ 60 מ מ.</li>
		</ol></li> <li>הכנת המדגם אפיון <ol><li>לתקן את הסיבים שלאחר שטופלו על מסגרת נייר באורך 10-מ מ מד. סיבי לפחות 20 הם הצורך המדידה, כולל בדיקת מתיחה, SEM, FTIR ו WAXS. הקוטר של הטווח סיבים שלאחר נמשך בין 5 ל- 10 מיקרומטר. איור 1 מראה התרשים של סיבים ייצור ואפיון WAXD. תכונות מכניות של הסיבים RSF נבחנו על-ידי מערכת בדיקות גשמי-(25 ± 2) ° C (45 ± 5) % לחות יחסית. הסיומת לדרג ולהערכת אורך היו 2 מ"מ/min ו- 1 ס מ, בהתאמה.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. סינכרוטרון קרינה אפיון של גבישי מבנה של RSF סיבים <ol><li>קרינה סינכרוטרון אפיון 4 , 13 , 17 <ol><li>ההתאמה של הפרעות לקרן החלקיקים <ol><li>להתאים את אורך הגל של צילומי רנטגן, בגודל נקודה 0.07746 ננומטר, 3 x 2 מיקרומטר 2, בהתאמה. 
			הערה: הפרוטוקול מתבצעת באמצעות הפרעות לקרן החלקיקים של BL15U1 במתקן קרינה סינכרוטרון שנגחאי.</li>
		</ol></li> <li>המיקום של נקודת צילום רנטגן <ol><li>למצוא את המיקום של הנקודה רנטגן. 
			הערה: המיקום של הנקודה רנטגן מכוון על ידי הטכנאי במעבדה במתקן קרינה סינכרוטרון.</li>
		</ol></li> <li>בדיקה של מדגם רגיל: דו תחמוצת Cerium (מנכ ל 2) <ol><li>מבחן אבקה 2 מנכ ל מדגם רגיל. האבקה 2 מנכ ל התאפיינה לחישוב למרכז המעגל ואת המרחק הדגימה הגלאי.</li>
		</ol></li> <li>לטעום הכנה <ol><li>לתקן את חוטים RSF במקביל אחד עם השני על המסגרת נייר באורך מד 10 מ מ. הדבק את המסגרת נייר על הבמה בדיקות. 
			הערה: לשמור על הסיבים אופקיים.</li>
		</ol></li> <li>SR-WAXD בדיקת <ol><li>לפתוח את התריס <ol><li>לסגור את הדלת של התחנה הפרעות לקרן החלקיקים לאחר בדיקה שאין אין אנשים בחדר. לפתוח את התריס של מקור קרן רנטגן.</li>
			</ol></li> <li>התמקדות <ol><li>להעביר סיבים מעט עד בפוקוס. להתאים את המיקום של סיבים לאורך x, y, z כיוון מרחוק באמצעות תוכנה ( איור 1 ג).</li>
			</ol></li> <li>לטעום חשיפה <ol><li>להזיז הסיבים למעלה ולמטה מרחוק באמצעות תוכנה, עד שזה על המקום רנטגן. לחצו על לחצן start על התוכנה כדי לחשוף את סיבים הפרעות לקרן הרנטגן החלקיקים 20 s ( איור 1 ג).</li>
			</ol></li> <li>רקע עקיפה <ol><li>בדיקה עקיפה של רקע אוויר עם הזמן חשיפה של המהלך ס' 20 הסיבים מן המקום רנטגן מרחוק באמצעות תוכנה. הקש &#34; התחלה &#34; לחצן על התוכנה כדי לחשוף את הפרעות לקרן החלקיקים רנטגן כדי &#34; אוויר בינוני &#34; עבור 20 ס</li>
			</ol></li></ol></li></ol></li> <li>עיבוד נתונים SR-WAXD 13 <ol><li>תוכנת כיול <ol><li>לעבד נתונים WAXD באמצעות FIT2D (V12.077). לכייל את מרכז המעגל ולמרחק של הדגימה כדי-הגלאי באמצעות הנתונים עקיפה של האבקה 2 מנכ ל.</li>
		</ol></li> <li>תבנית עקיפה 2-D <ol><li>להחסיר את הרקע אוויר מהרשימה תבנית עקיפה של סיבים באמצעות FIT2D (V12.077).</li>
		</ol></li> <li>Crystallinity וגודל crystallite <ol><li>לשלב את עוצמת עקיפה כפונקציה של פיזור זווית 2θ. לבצע deconvolution של שילוב עוצמת-שיא אוטומטיות ההפרדה התוכנה (גירסה 4.12) 12. מידת crystallinity, x, c, היה מוערך מן היחס: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56271/56271eq1.jpg" /> , איפה אני c הוא הסכום של עוצמות משולב של הפסגות גבישי ואני זה את העוצמה משולב של הילה אמורפי 4 , 11. השילוב של הדפוסים WAXD הראה את רוחב שיא [200], [020], השתקפויות [002]. FWHM הפסגות הללו שימשו כדי לקבוע את גודלו crystallite לאורך a, b ו- c צירים באמצעות Scherrer &#39; s נוסחה 4.</li>
		</ol></li> <li>קביעה של אוריינטציות crystallite <ol><li>לחשב את כיווני של crystallite ואת אמורפי לפי שילובי azimuthal של (020) (210) פסגות 11. ניתן לחשב את הכיוון גבישי באופן כמותי על-פי הרמן &#39; s התמצאות. הנה, שני (020) (210) פסגות היו מצויד עם שתי פונקציות לפי עקומת גאוס. הצרה היא לאוריינטציה גבישי והוא השני רחבה עבור חומרים אמורפיים 13 מונחה. . הנה, הכיוונים crystallite RSF סיבים הושוו באמצעות לכל רוחב חצי מקסימום (FWHM) של פסגות azimuthal שילובים (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>

המחברים אין לחשוף.

במהלך הדיאליזה של הפתרון RSF, ערך pH הוא קריטי עבור תהליך ריכוז הבא. אם ערך ה-pH של המים יונים הוא קטן יותר מאשר 6, הפתרון RSF יהיה קל יותר להתחבר במהלך תהליך ריכוז. כדי להימנע gelation, CaCl2 נוסף הפתרון RSF. ריכוז CaCl2 הוא mmol 1 לכל כובד RSF.
העבודות הקודמות שלנו הוכיח את האפשרות של microfluidic יבש-ספינינג של תמיסה מימית RSF8. הגיאומטריה של תעלת microfluidic היה פונקציה מעריכית פשוטה יחיד בשלב. ' עכביש ' silkworm, ספינינג המפגרים הורדו לצייר ב...

עכביש, silkworm יכול לייצר סיבי משי מצטיין מהפתרון חלבון מימית-טמפרטורת החדר ובלחץ. ההטיה, הארכת זרימה יכול לגרום להיווצרות של גביש נוזלי מרקם בלוטת משי1. בשנים האחרונות חלה התעניינות רבה מחקה את התהליך ספינינג של העכביש על מנת לייצר סיבים מלאכותיים חוזק גבוה. עם זאת, כמויות גדולות של חלבוני משי עכביש לא יכול להיות מיוצר יעילות וחיסכון על ידי חקלאות עכבישים עקב אכילת בשר אדם. כמויות ניכרות של משי silkworm ניתן להשיג בקלות על ידי חקלאות. אחרת, silkworm עכביש יש דומה ספינינג תהליך ושל חומצות אמינו קומפוזיציה. לכן, fibroin משי silkworm נבחר כתחליף לסובב משי מלאכותי בבעלי חיים על ידי חוקרים רבים.
עכביש, silkworm הבלטת חלבון פתרון באמצעות צינור ספינינג שלהם לתוך סיב באוויר. כוחות לחץ נפשי שנוצר לאורך התעלה ספינינג סביר למתוח מולקולות fibroin משי קונפורמציה מורחב יותר2. משי מלאכותי סיבי נטוו באמצעות המסתובבים הרגילים רטוב יבש-ספינינג תהליכים3,4, אשר לא עשה חשבון כוחות נוזל שנוצר בצינור ספינינג.
ראשית, גישות microfluidic שימשו כדי לחקור את מכלול של חלבוני משי5,6. לאחר מכן, ייצור microfluidic של RSF נחקר באמצעות מידול את ההטיה, הארכת כוחות7,8. מודולוס של יאנג וקוטר RSF סיבים ניתן לכוונן לפי ספינינג רטוב microfluidic, אך חוזק מתיחה של סיבים מצוירות MPa פחות מ-1007. לבסוף, חוזק גבוה RSF סיבי הוכנו בהצלחה באמצעות השיטה יבש-ספינינג microfluidic, אבל הקוטר של סיבי הוא רק 2 מיקרומטר8. לאחרונה, ספינינג רטוב microfluidic שימש בהצלחה בייצור של סיבי משי עכביש רקומביננטי חוזק גבוה. הציור ספינינג שלאחר באוויר משופרת על פגמיו משטח ופנימיים של סיבים מלאכותיים9.
במחקר זה, הוא הציג את microfluidic משופר ספינינג תהליך סיבים RSF. הוא שואף לחקות את תהליך ספינינג silkworm משי, כולל ספינינג, הסמים, הטיית הכוחות ותהליך יבש-ספינינג. שיטה זו ספינינג לא רק יכול לייצר סיבי משי מלאכותי חוזק גבוה, אלא גם יכול להתאים הקוטר של הסיבים. ראשית, RSF ספינינג סמים לכסנתם, מוארך בערוץ biomimic עם דעיכה מעריכית הסדר השני. שנית, השפעותיהם של לחות יחסית (RH) על מורפולוגיה סיבים ועל מאפייני נחקרו על תהליך יבש-ספינינג microfluidic10. בהשוואה ל- spinneret המסתובבים הרגילים, שלנו microfluidic המערכת מאוד ביונים, יכול לשמש כדי לייצר סיבי חוזק גבוהה מפתרונות בטמפרטורת הסביבה על ידי בסאונה היבשה או רטוב ספינינג בשיטה.
עקב ברזולוציה גבוהה, בהירות, אנרגיה גבוהה של microfocus סינכרוטרון קרינת רנטגן, זה יכול לשמש כדי לאפיין את מיקרו של סיבים יחיד בקוטר של מיקרומטר מספר4,11 , 12 , 13 , 14. כאן, SR-WAXD טכניקה השתמשו כדי לחשב את crystallinity, crystallite גודל וכיוון הגבישי של סיבי RSF.

<table><tbody><tr><td>B. mori</td><td>חקלאי פקעות בטונגשיאנג, מחוז ג'ה-ג'יאנג, סין</td><td></td><td></td></tr><tr><td>נתרן פחמתי, נטול מים, 99.8%</td> <td>שנחאי Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., סין</td><td></td> ליתיום <td>ברומיד טהור אנליטית</td></tr><tr><td>, 99.1%</td> <td>שנחאי סין ליתיום תעשייתי ושות', בע"מ, סין</td><td></td><td>סידן כלוריד טהור אנליטית</td></tr><tr><td>, נטול מים, 96.0%</td><td>שנחאי Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., סין</td><td></td> אתנול <td>טהור אנליטית</td></tr><tr><td>, נטול מים, 99.7%</td> <td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd., סין</td><td>10009218</td><td>טהור אנליטית</td></tr><tr><td>SU-8 photoresist</td><td>MicroChem Corp., ארה"ב</td><td></td><td></td></tr><tr><td>מפתחת פתרון</td><td>MicroChem Corp., ארה"ב</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning, ארה"ב</td><td></td><td></td></tr><tr><td>איזופרופנול</td><td>שנחאי Lingfeng מגיב כימי ושות', בע"מ, סין</td><td></td> מפעל ריאגנט כימי <td>מרוכז חומצה גופרתית מרוכזת אנליטית</td></tr><tr><td></td><td>, סין</td><td></td><td>טהור אנליטית</td></tr><tr><td>30% מי חמצן</td><td>שנחאי Jinlu מגיב כימי ושות', בע"מ, סין</td><td></td><td>אנליטית</td></tr><tr><td>טהור אצטון</td><td>שנחאי Zhengxing מפעל ריאגנטים כימיים, סין</td><td></td><td>טהור מבחינה אנליטית</td></tr><tr><td>טיפול בפלזמת חמצן</td><td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., משאבת מזרק בסין</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>&nbsp; KD Scientific, ארה"ב</td><td></td><td>KDS 200P</td></tr><tr><td>מכשיר אדים</td> SEN מקדחה <td>חשמלית</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., מכונת</td><td>קידוח ספסל בסין</td><td></td> Z406c</tr><tr><td>מערכת בדיקת חומרים</td><td>Instron, ארה"ב</td><td></td><td>דגם: 5565</td></tr><tr><td>PeakFit</td><td>Systat Software, Inc., ארה"ב</td><td></td><td>גרסה 4.12</td></tr></tbody></table>

microfluidic יבש-ספינינג ואפיון של סיבי fibroin משי מחדש

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

הפרוטוקול מדגימה שיטה לחקות את תהליך ספינינג silkworm. בתהליך ספינינג מקורית, צינור ספינינג קבלנות מאפשר את החלבונים משי להיות קומפקטי, שהוזמנו על ידי הטיית וכוחות התארכות. כאן, ערוץ microfluidic הביוני תוכנן כדי לחקות את הגיאומטריה ספציפי של ההדבקה ספינינג של ה-silkworm. Fibroin משי מחדש (RSF) מסתובב מסטול עם הריכוז הגבוה, היה extruded דרך microchannel כדי יבש-ספין סיבים-טמפרטורת החדר ובלחץ. בתהליך שלאחר טיפול, הסיבים שמשמיע כמו היו נמשכים ומאוחסנים בתמיסה המימית אתנול. סינכרוטרון קרינת רנטגן רחבת זווית עקיפה (SR-WAXD) טכנולוגיה שימש לחקור את מיקרו של סיבי RSF יחיד, אשר היו קבוע כדי בעל מדגם עם הציר סיבים RSF נורמלי microbeam צילומי הרנטגן. Crystallinity, crystallite הגודל והכיוון הגבישי של סיבי חושבו מתוך הנתונים WAXD. הקשתות עקיפה בסמוך לקו המשווה של התבנית WAXD דו-ממדית מציינים כי סיבים RSF שלאחר טיפול יש תואר אוריינטציה גבוהה.

חוזק גבוה RSF סיבי יוצרו בהצלחה באמצעות microfluidic של ספינינג בשיטה. עקומות לחץ-זן תמונות SEM של סיבי RSF מתוח C44R40 מוצגים באיור2. סיבי לפחות 10 נמדדו בבדיקת מתיחה. מתח-זן עקומות נבחרו לפי הערך הממוצע של שבירת לחץ ומתח של סיבים. הנתונים WAXD של סיבי מוצגים באיור3. Crystallinity וכיוון גבישי חושבו על-פי הנתונים WAXD. עבור מדגם ייעוד, אנו משתמשים C ו- R כדי להציג את ריכוז RSF הסם סחרור, והלחות היחסית, בהתאמה. לדוגמה, הסיבים טוו...

פרוטוקול microfluidic ספינינג, מיקרו אפיון מחדש fibroin משי monofilament מוצג.

Microfluidic יבש-ספינינג ואפיון של סיבי Fibroin משי מחדש

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

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא לבחון את השפעת הלחות היחסית על המבנה ותכונות המתיחה של סיבי פיברואין משי רגנרטיים באמצעות שיטת טריקה יבשה במיקרופלואידיקה. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בטריקה ביומימטית, כגון כוחות גזירה ותהליך הטריקה היבשה. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהתעלה המיקרופלואידית תוכננה לדמות את תעלת הטריקה של תולעת המשי.שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי תהליך הטריקה היבשה של סיברוין משי. ניתן להשתמש בה גם עבור תהליך הטריקה הרטובה של משי עכביש רקומביננטי. באופן כללי, אנשים שאינם בקיאים בשיטה זו יתקלו בקשיים בביצועה.מכיוון שנדשбуים שבועיים להכנת תמיסת הטריקה (spinning dope) וכן כדי להבטיח שיש לה יכולת טריקה טובה, הדגמה ויזואלית של שיטה זו היא קריטית ביותר. זאת מכיוון שבהיעדר ניסיון, הכנת תמיסת הטריקה היא קשה מאוד, וזמן הטריקה הוא גורם חיוני עבורכם בתהליך ההכנה.התחילו בהסרת הסריסין (degumming) מcocoons של Bombyx mori בתמיסה מימית המכילה 0.5% sodium carbonate. דגרו את הcocoons הטבולים בטמפרטורה של 100 degrees Celsius למשך 30 דקות. לאחר מכן, החליפו את תמיסת ה-sodium carbonate וחזרו על הדגירה פעם שנייה.בסיום התהליך, שטפו את המשי במים דאיוניים כדי להסיר את הסריצין. ייבשו את משי הקשריות לאחר הסרת הדבק באוויר, ולאחר מכן טבלו אותם ב-9.0 molar lithium bromide ביחס משקלי של 1:10. הדגירו את המשי בטמפרטורה של 40 °C למשך שעתיים עד שהמשי ימוס לחלוטין.בשלב הבא, דללו את תמיסת הפיברואין של המשי המשוחזר פי 1.5 בבקבוקים של 250 מיליליטר באמצעות מים דה-יוניים. סבבו את התמיסה בצנטריפוגה, ולאחר מכן השתמשו במשאבת ואקום כדי לסנן אותה דרך מצע של נייר סינון כפול, עם גודל רשת של 20 מיקרון כדי להסיר זיהומים. העבירו 250 מיליליטר של תמיסת הפיברואין של המשי המשוחזר המסוננת לתוך שקי דיאליזה של ממבנה חצי חדיר העשוי תאית, ובצעו דיאליזה לכל שק ב-10 ליטר של מים דה-יוניים שהופקו באמצעות אוסמוזה הפוכה בטמפרטורה של חמש מעלות צלזיוס למשך שלושה ימים.לאחר הדיאליזה, השתמש בזרימת אוויר מאולצת כדי לרכז את התמיסה בטמפרטורה של 5 °C עד ל-20% מהמשקל המקורי. לאחר מכן, הוסף לתמיסה המרוכזת תמיסת calcium chloride מימית בריכוז 3 M כדי להשיג ריכוז סופי של 1.0 millimoles לגרם של יוני סידן. שוב, רכז את תמיסת ה-silk fibroin המשוחזרת באמצעות זרימת אוויר מאולצת עד ל-44% ממשקלה ההתחלתי.התחל בהרתחת זכוכית עבור 20 דקות בתמיסה מעורבבת של חומצה גופרית רכזת ותמיסת מי חמצן 30% ביחס של 10:1. בסיום, שטוף את הזכוכית במים דה-יוניים, ולאחר מכן ייבש אותה באמצעות נשיפת חנקן בדרגת טוהר גבוהה. לאחר מכן, הנח את הזכוכית במכשיר ציפוי שנבנה בהתאמה אישית, כאשר קיים מרווח של 100 micrometers בין המשטח התחתון של מוט הציפוי למשטח העליון של הזכוכית.מלאו את הפער בפוטורזיסט SU-8 ולאחר מכן בצעו ציפוי ספין (spin coat) במהירות של 40.3 times G למשך 30 שניות כדי ליצור שכבה אחידה בעובי של כ-85 micrometers. לאחר מכן, הניחו את השקופית עם הפוטורזיסט בתנור עם תוכנית לבקרת טמפרטורה. העלו את הטמפרטורה מטמפרטורת החדר ל-65 degrees Celsius בקצב של two degrees Celsius לדקה, והחזיקו את הטמפרטורה ב-65 degrees Celsius למשך שתי דקות.לאחר מכן, המשיכו לחמם את השקופית מ-65 °C ל-95 °C בקצב של שתי מעלות צלזיוס לדקה, והחזיקו את הטמפרטורה ב-95 °C למשך 15 דקות. בנקודה זו, כבו את התנור והניחו לשקופית להתקרר באופן טבעי לטמפרטורת החדר בתוך התנור. לאחר מכן, הניחו את השקופית עם הפוטורזיסט תחת אור UV ויישרו מעליה מסכה פוטוגרפית הכוללת את המיקרו-תעלה המתאימה.חשפו את צד השקופית לאור UV למשך 12 שניות. לאחר החשיפה, החזירו את השקופית לתנור וחממו כפי שנעשה קודם לכן. לאחר האפייה, נקו את הפטורז'יסט (photoresist) באופן אולטרסוני בתוך תמיסת מפתח למשך 30 שניות.לאחר מכן, השתמש ביסופרופנול ובמפתח (developer) לסירוגין כדי לשטוף את תגית הזכוכית עד שלא תהיה משקע על פני השטח שלה. קבע את הפוטורזיסט (photoresist) בתנור בעל תוכנית לבקרת טמפרטורה. העלה את הטמפרטורה מטמפרטורת החדר ל-170 °C בקצב של 2 °C לדקה, והשאר ב-170 °C למשך 30 דקות, ולאחר מכן כבה את התנור והשאר אותו להתקרר באופן טבעי לטמפרטורת החדר בתוך התנור.בשלב הבא, מקמו את תבנית ה-SU-8 המקשחת בתוך קופסת אלומיניום, ושפכו 8.8 גרם של פרה-פולימר PDMS מעל התבנית עד לגובה של כחמישה מילימטרים. קשחו את ה-PDMS למשך 30 דקות בטמפרטורה של 65 °C ו-15 דקות בטמפרטורה של 80 °C. לאחר הקשחה, השתמשו במקדח בקוטר 1.2 מילימטר כדי לקדוח חור דרך שכפול ה-PDMS בתחילת התעלה.לאחר מכן, הנח את תעלת ה-PDMS כשהצד הפתוח פונה כלפי מעלה יחד עם שכבת PDMS שטוחה שנייה לתוך מכשיר לציפוי בפלסמה, וחשיף אותן לפלסמה של חמצן. הצמד את שכבת ה-PDMS עם התעלה לשכבת ה-PDMS השטוחה מיד לאחר הוצאתן מתא הפלסמה. המיקרו-תעלה מוכנה כעת לשימוש.הזריקו את תמיסת הסיבוב של הפיברואין של המשי המשוחזר לתוך המיקרו-תעלה בקצב של two µL/min באמצעות משאבת מזרק. כווננו את הלחות היחסית באזור האלקטרו-ספינינג ל-40% או 50% לחות יחסית באמצעות מהלח. לאחר מכן, הפעילו גלגלת כך שהמשטח ינוע במהירות של 3 cm/s.לאחר שהלחות התייצבה, געו בטיפת ה-silk fibroin הרגנרטיבית ומשכו סיב משי אל תוך האוויר. לאחר מכן, הניחו אותו על הגלגלת דרך מרווח האוויר של 10 centimeter. הגלגלת תמשוך את סיבי המשי הנותרים.עם הסיום, יש לאחסן את הסיבים בדסיקטור אטום למשך 24 שעות. למחרת, יש לבצע עיבוד נוסף לסיבים על ידי מתיחה שלהם ארבע פעמים במהירות של 0.9 מילימטר לשנייה ב-80% ethanol באמצעות מכונה שנבנתה במיוחד למטרה זו. יש לשמור על הסיב הנמתח מקובע, ולהטבילו בתמיסת 80% ethanol למשך שעה אחת.לבסוף, קבעו את הסיבים שעברו עיבוד על מסגרת נייר עם אורך מדידה של 10 millimeter. מוצג כאן תמונת SEM של סיב פיברואין משי רגנרטי סופי שנמתח. לסיבים אלו היה קוטר ממוצע של תשעה microns.במדידה תחת מתיחה, לסיבים שנוצרו בתנאי לחות יחסית של 40% הייתה חוזק מתיחה סופי ומעוות מקסימלי גבוהים מעט יותר, אך מודול יאנג דומה בהשוואה לסיבים שנוצרו תחת לחות יחסית של 50%. לאחר צפייה בסרטון זה, תבינו כיצד לבצע טריקה יבשה (dry spin) של סיב משי מתמיסת משי מימית באמצעות שבב מיקרופלואידי בהשראה ביולוגית.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

סרטי משי הם קבוצה חדשה של biomaterials בקלות להתאמה אישית עבור מערך של יישומים ביו. הסרט הציג משי מערכת התרבות ניתנת להתאמה ביותר למגוון...

סרט משי תרבות מערכת במבחנה ניתוח ביולוגי עיצוב

למרות תכונות מכניות ביוכימי הבולטים של משי עכביש, חומר זה לא ניתן לקצור בכמויות גדולות באמצעים קונבנציונליים. כאן אנו מתארים אסטרטגיה יעילה לטוות קורי עכביש מלאכותיים סיבי, שהוא תהליך חשוב עבור החוקרים הלומדים ייצור עכביש המשי ואת השימוש בהם הדור הבא של biomaterials.

ייצור סינתטי קורי עכביש בקנה מידה מעבדה

סיבי משי עכביש להציג תכונות מכאניות יוצאות דופן. תכנון...

התקנים כוללים מסנן אוויר משתלב לא ארוג של חלבונים קורי עכביש רקומביננטי electrospun

שני נוזלים סמוכים העוברים דרך ערוץ מיקרופלואידי מחורץ יכולים להיות מכוונים ליצירת נדן סביב ליבת רב-אופן; ובכך לקבוע הן צורה והן חתך רוחב. פולמור Photoinitiated, כגון כימיה לחץ תיול, מתאים היטב לחיזוק במהירות את נוזל הליבה לתוך מיקרופייבר עם גודל וצורה קבועים מראש.

ייצור מיקרופלואידי של סיבים פולימריים וביוהיברידים עם גודל וצורה מעוצבים מראש

פרוטוקול זה מדגים את היכולת להשתמש בהדפסת הזרקת דיו תגובתית כדי להדפיס מיקרו-שטירים עצמאיים וידידותיים לסביבה ידידותי לשימוש ביישומים רפואיים וסביבתיים.

הדפסת הזרקת דיו וניתוח הנעה של משי מבוסס עצמית הנעה מיקרו-שטירים

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר מסיסים במים רקומביננטי עכביש משי פתרונות חלבון וצורות חומרים שניתן ליצור מאותם פתרונות.

היווצרות חומר של משי רקומביננטי עכביש באמצעות מימית Solvation באמצעות חום ולחץ

להיות מנוצל באופן מקיף, הדור תדר הסיכום (SFG) ספקטרוסקופיית התנודה יכול לעזור לחשוף את הסדר שרשרת ההזמנה ושינוי מבניים משני קורה בממשקים פולימרים וביוקלאכליים.

מבנים ברמת הפנים המולקולריים של פולימרים וBiomacromolecules מתגלים דרך תדר סיכום הדור ספקטרוסקופיה ויברtional

אורגני חיבור פפטיד שיישונים (PTAs) הוא superfamily של peptidomimetics שכולל, אך אינם מוגבלים לפפטידים, peptoids ופפטידים מפוגלים-N. כאן אנו מתארים שיטה סינתטית המשלבת את שניהם מפוצלת וברכה ואסטרטגיות תת מונומר לסנתז ספרייה חד מתחם אחד אגל PTAs.

סינתזה מפוצלת וברכה ואפיון של הספרייה אמידה השלישון פפטיד

קורות תלת ממדי (3D) microstructured מרוכבים מיוצרים באמצעות החדירה המכוונת והמקומית של nanocomposites לרשתות microfluidic נקבוביים 3D. הגמישות של שיטת ייצור זו מאפשרת הניצול של חומרי תרמופלסטיים שונים וnanofillers כדי להשיג מגוון רחב של מוצרי nanocomposite חיזקו 3D הפונקציונלי מקרוסקופית.

ייצור של Nanocomposites microstructured תלת ממדי באמצעות Microfluidic הסתננות

סינתזה, הפעלה, ואפיון של חומרי מסגרת מתכת אורגנית במכוון נועדו הוא מאתגרת, במיוחד כאשר אבני בניין הוא הפולימורפים לא תואמים או לא רצויים הם העדיפו thermodynamically על צורות הרצויות. אנו מתארים כיצד יישומים של שער סייע ממס מקשר, עקיפה X-ray אבקה בנימים והפעלה באמצעות CO 2 ייבוש סופר קריטי, יכולים לתת מענה לחלק מהאתגרים האלה.

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

למדו שיטת ספינינג יבש מיקרופלואידית לאפיון סיבי Fibroin משי מחדש. הבינו כיצד לשלוט בלחות יחסית כדי לחקור השפעתה על מבנה הסיבים ותכונות המתיחות שלהם.

Microfluidic יבש-ספינינג ואפיון של סיבי Fibroin משי מחדש

גלה סרטונים נוספים