Name: הדפסת הזרקת דיו וניתוח הנעה של משי מבוסס עצמית הנעה מיקרו-שטירים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: למד הדפסת זרקת דיו תגובתית ליצירת מיקרו-מערבלי משי ביוסתרים הנעים בעצמם. שיטה זו מאפשרת שליטה בצורה ובגודל ליישומים ביורפואיים וסביבתיים.

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

המחברים רוצים לאשר את התמיכה של EPSRC באמצעות הדפסת הזרקת דיו התגובתית של X זאו של חומרים משי (EP/N007174/1 ו-EP/N023579/1), S. J. Ebbens האצת קריירה מלגת, ובריאות ההשפעה טכנולוגיה מלגת (EP/J002402/ 1 ו-EP/N033736/1). המחברים גם להודות ד ר Qingyou Xia מתוך המעבדה מפתח המדינה של ביולוגיה של הגנום המשי בביולוגיה, האוניברסיטה הדרום-מערבית, סין לאספקת מקוכי משי.

זהירות: נא להתייעץ עם גליונות נתונים רלוונטיים בטיחות חומרים לפני שימוש בחמצן מימן, נתרן קרבונט, אתנול, סידן כלוריד, ו מתנול. הקפידו ללבוש את כל ציוד ההגנה האישי המתאים, כולל בקרת ההנדסה בעת טיפול בכימיקלים המשמשים בפרוטוקול זה.
1. הפקת פיברומין
<ol><li>חותכים 5 גרם של כדור משי מנוקה לתוך ~ 1 ס מ2 חתיכות קטנות באמצעות מספריים.</li>
	<li>מרתיחים 2 ליטר של מים (DI) בגביע 2 L על צלחת חמה מגנטית תחת כיסוי החילוץ.</li>
	<li>הוסף 4.24 g של נתרן קרבונט בהדרגה לאט לתוך המים רותחים כדי להימנע רותחים מעל ולתת לו להתמוסס בעזרת בר מגנטי מעורר.</li>
	<li>המתן עד שהפתרון מתחיל לרתוח שוב ולהוסיף את חתיכות החיתוך של הגלמים לתוך הפתרון. ודא כי כל המשי הוא שקוע בפתרון ולשמור את הפתרון רותח תחת ערבוב קבוע עבור 90 דקות. לכסות את הגביע בקלילות עם רדיד אלומיניום ומעלה עם מים DI מחומם באופן קבוע כדי לחדש את אובדן המים עקב אידוי.</li>
</ol>2. ייבוש בפיברומין
<ol><li>הסירו את הסיבים המחולצים מתמיסת הנתרן קרבונט עם מוט זכוכית או מרית ושטוף 3x עם 1 L של מים מחומם מראש עבור כל כביסה, בהדרגה להקטין את הטמפרטורה עבור כל צעד כביסה (כ 60 ° c, 40 ° c, וטמפרטורת החדר, 25 ° C).</li>
	<li>מורחים את הפיברובסיבים על 750 mL בורוסיליקט זכוכית התגבש צלחת ומניחים אותו לתוך תנור ייבוש ב 60 ° c תחת לחץ אטמוספרי ולצאת יבש בן לילה. לאחר ייבוש, לאחסן את הפיברוזה במיכל סגור בטמפרטורת החדר.</li>
</ol>3. פירוק פיברומין
<ol><li>להכין פתרון טרנארי (הכימית של ליסאווה) המכיל 4.8 g של מים DI, 3.7 g של אתנול, ו 3.1 g של סידן כלוריד17.</li>
	<li>מניחים בקבוקון שני הצוואר התחתון (100 mL) לתוך אמבט מים, שנעשו על ידי מילוי 750 mL בורוסיליקט זכוכית התגבש צלחת עם 600 mL של מים DI, על גבי צלחת חם מגנטי. מקם את הפתרון הטרנארי בתוך הבקבוקון.</li>
	<li>מניחים מדחום באחד הצוואר כדי לפקח על טמפרטורת הפתרון במדויק. לכסות את הצוואר השני עם רדיד אלומיניום כדי למנוע ייבוש מתוך הפתרון בשל אידוי (או להשתמש המנוע מקורר מים). מחממים את התמיסה ל80 ° c. הערה: ודא כי הנורה של מד החום נמצא בתוך הפתרון.</li>
	<li>כאשר טמפרטורת הפתרון יציבה ב-80 ° c, מסירים את רדיד האלומיניום ומוסיפים 1 גרם לתמיסה מיובשת. הוסף בר קטן מגנטי לערבב כדי להבטיח כי הפתרון מעורב היטב לאורך תהליך הפירוק. לכסות את הצוואר השני שוב עם רדיד אלומיניום כדי למזער אידוי אבל לשמור על המערכת פתוח. השאר להתמוסס עבור 90 דקות.</li>
</ol>4. מענה דיאליזה לתמיסה
<ol><li>לאחר 90 דקות של פירוק, להשאיר את הפתרון הפיברוב 10 דקות כדי להתקרר לטמפרטורת החדר.</li>
	<li>קח 1 15 ס מ שפופרת דיאליזה ארוכה (משקל מולקולרי לגזור-off 12000 ל14000 kDa) ולקשור קשר באחד משני הקצוות. רוחצים אותו לכמה דקות עם הפעלת מיים די מהברז.</li>
	<li>פתחו את הקצה השני ושופכים את התמיסה הפיברובית פנימה. בעזרת מהדק מתכת, סגרו את הקצה השני של צינור הדיאליזה ומבטיחים שהצינור סגור בחוזקה האפשרית. הצמד את אחד מקצות צינור הדיאליזה דרך כובע בורג לתוך מבחנה ריקה של 30 מ ל כדי לאפשר את שפופרת הדיאליזה לצוף במים.</li>
	<li>מלאו כימית 2 l עם 2 ליטר של מים ומניחים את צינור הדיאליזה בתוכו. מחליפים את המים במרווחי זמן קבועים. בדוק את המוליכות של המים בכל פעם שהוא משתנה כדי לעקוב אחר תהליך הדיאליזה. שלב הדיאליזה מסיים לאחר מוליכות המים הוא מתחת 10 μS/cm. הערה: תהליך זה מתבצע בדרך כלל 24 עד 36 שינויים עם 5 שינויי מים.</li>
	<li>לאחר דיאליזה הושלמה, לחתוך קצה אחד של צינור הדיאליזה עם מספריים ויוצקים את הפתרון לסדרה של 1.5 mL צינורות. אז, צנטריפוגה עבור 5 דקות ב 16,000 x g כדי להסיר את כל החלקיקים בתוך התמיסה הפיברובגית. לאסוף את supernatant בבקבוקון 30 מ ל פלסטיק ולאחסן אותו ב 4 ° c.</li>
</ol>5. קביעת ריכוז פתרון RSF
<ol><li>שוקלים שקופית זכוכית נקייה (W1). הוסף 200 μL של פתרון משי (V1).</li>
	<li>השאירו את הזכוכית מחליקה בתנור בגובה 60 ° c.</li>
	<li>שוקלים שוב את שקופית הזכוכית (W2).</li>
	<li>חישוב הריכוז של פתרון המשי (w/v) באמצעות הנוסחה הבאה: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59030/59030eq1.jpg">
</li>
</ol>6. הכנת צבעי דיו להדפסה
<ol><li>הכן דיו (כרך הסופי 1.5 mL) על ידי ערבוב של פתרון פיברוב (40 mg/mL), פוליאתילן גליקול 400 (יתד400; 14 מ"ג/ml) ומים מיומים להדפסת הגוף העיקרי של SPMSs.</li>
	<li>להדפסת המנוע הקטליטי של SPMSs, לערבב פיברומין (40 mg/mL), יתד400 (12 מ"ג/ml), קטלאז (6 מ"ג/ml עם פעילות קטליטי של &gt; 20000 יחידות/mg) ו מים מיולים לעשות 1.5 mL של דיו B.</li>
	<li>הכינו 1.5 mL של דיו C על ידי המסת Coomassie כחול מבריק (0.05 mg/mL) ב מתנול. הערה: מתנול משמש להמרת סלילים אקראיים יריעות ביתא קשיח על ידי הדפסת דיו C על גבי דיו A או דיו B. Coomassie כחול מבריק משמש כדי לספק צבע מנוגד של SPMSs כדי לסייע מעקב אוטומטי של SPMSs במהלך ההנעה.</li>
</ol>7. הדפסת תלת-ממד של הזרקת דיו
הערה: מדפסת הזרקת הדיו המשמשת בניסויים אלה מבוססת על התקנים מבוססי מאוד של piezo עם חרירי זכוכית. קיימות מספר מדפסות הזרקת דיו זמינות מסחרית עבור מחקר שיכולות לשכפל פונקציות אלה.
<ol><li>השתמש בהתקני הדפסה עם קוטר החרירים 80 יקרומטר להדפסת צבעי הדפוס על מצע סיליקון הממוקם על הבמה במרחק עבודה בין הזרבובית והמצע ה-Si-וופל של כ-5 מ"מ. הצורות הגיאומטריות של SPMSs מוגדרות דיגיטלית כסדרה של נקודות קואורדינטות X-Y בקובץ גיליון אלקטרוני. הערה: המדפסת קוראת את הקואורדינטות באופן סדרתי ומפעילה את המדפסת בהתאם. כל נקודת מתאם הופכת את מטוס המדפסת פעם אחת באמצעות התקן ההדפסה. קבצי גיליון אלקטרוני נפרדים נוצרים עבור סוגי דיו A ו-B (ראה קבצים משלימים [הגוף הראשי של spms. xlsx ומנוע spms. xlsx]).</li>
	<li>טען את שלושת סוגי הדיו (A, B ו-C) לתוך שלושה מאגרים (1.5 mL כל אחד) ולאחר מכן להתאים את הלחץ על הרקע באמצעות שסתום הלחץ הרקע עבור כל ערוץ בודד כדי להבטיח את הדיו אינו נוטף התקנים מסוימים. הערה: יש צורך בשלושה התקנים מסוימים בערוצים עצמאיים.</li>
	<li>להתאים את הפרמטרים לסדר (זמן לקום 1, לשכון זמן, זמן הסתיו, זמן הסביבה, לעלות זמן 2, מתח סרק, לשכון מתח, הד מתח) עבור כל ערוץ כדי להבטיח כי כל דיו נותן היווצרות הטוב של droplet יציב (איור 2). הערה: פרמטרים אלה הם בעלי התקן מוכן לתלויות בדיו ויהיה צורך להתאימו בהתאם.</li>
	<li>הדפס את מגוון המשי בשכבת הדיו המתנול על מצעים מלוטשים מלוטש מסוג סי-וופל: שלב 1, הדפסת דיו A (גוף ראשי); שלב 2: הדפסת דיו C (ריפוי דיו); שלב 3: הדפסת דיו B (דיו קטליטי עבור אתרי מנועים); שלב 4: הדפסת דיו C (ריפוי דיו); שלב 5: חזור על שלבים 1-4 עבור השכבות הרצויות הנדרשות (לדוגמה, 100). הערה: שני עיצובים לדוגמה עבור 4 השלבים נכללים קבצים משלימים; הגוף הראשי SPMS. xlsx משמש לשלב 1 ולשלב 2 ומנוע SPMS. xlsx משמש לשלב 3 ולשלב 4.</li>
	<li>הדפס שתי אצוות של פיברוב SPMSs עם 200 שכבות ו 100 עובי שכבות, בהתאמה. הערה: מנוע הקטלאז ממוקם בצד של קצה אחד של כל מערבב. לפיכך, לניצנים יש מנוע קטליטי אחד (ראה איור 1 אזור אדום).</li>
	<li>כדי להסיר את הדגימות מהקונדיטוריה, לטבול דגימות במים DI ומתפרעים בעדינות עד התנתקות מתרחשת.</li>
</ol>8. הקניית נתונים/מעקב וניתוח מסלול של שרירים עצמיים מתהלכים
<ol><li>לנקות צלחת פטרי (9 ס מ קוטר) עם מים די להבטיח כי פני השטח הוא אבק חופשי.</li>
	<li>לאחר ניקוי יבש, להוסיף 10 מ ל מסונן מראש (0.45 μm) 5% w/v H2O2 לתוך צלחת פטרי ולעזוב להתיישב. הדליקו את החלק התחתון של צלחת הפטרי עם מקור אור מגניב דיודות פולטות אור (LED) ולהשתמש במצלמה במהירות גבוהה עם עדשת זום מאקרו כדי ללכוד את התנועה מלמעלה. שמור סרטי וידאו כקבצי avi. הערה: ראו טבלת חומרים לקבלת פרטים על הציוד שבשימוש.</li>
	<li>לשטוף את שרירים משי מודפס עבור 10 דקות על ידי שוקע יזוג אותם במים DI כדי להסיר כל מאוגד פג400. לקחת בזהירות מערבב שטוף אחד עם קצה של מחט מזרק סטרילי ולמקם אותו במרכז צלחת פטרי. כאשר שטף שוטפים נוגע H2O2 דלק, בועות להתחיל להרכיב סביב המנוע תנועה מעגלית של שטירר הוא נצפתה. כאשר המערכת מופיעה במצב יציב (בדרך כלל 10- 30 מאוחר יותר), הקש על הרשומה בתוכנת ההקלטה כדי להתחיל בלכידת הווידאו.</li>
	<li>בצע מעקב אחר המיקרו-מיקרו-מסגרות על מסגרת על בסיס מסגרת, מעקב אחר כל קצה של שרימרים כפי שצוין על ידי נקודות A ו-B באיור 3. הערה: ניתן לעשות זאת באופן ידני או בעזרת תוכנת מעקב.</li>
	<li>מתוך נתוני מעקב שהתקבלו, לחשב את המהירות הנקודתית בין שתי מסגרות רצופות (למשל, 1 ו-2) באמצעות המשוואה להלן ובממוצע המהירויות כתוצאה מן הרצף כולו כדי לקבל את מהירות מיידית משמעות.</li>
	<li>בנוסף לכך, לחשב את זווית האוריינטציה φ. לאחר מכן השתמש בקצב השינוי של φ כדי לקבוע את מהירות הסיבוב (איור 3). <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59030/59030eq2v3.jpg"> הערה: בעת חישוב מהירויות מיידי מנתוני תמונה מסומנים, חשוב שהתמונה הראשונית של אובייקט עם ממדים ידועים תהיה מסוגלת לחשב פיקסלים נכונים לערכי מיקרומטר. ערכים אלה יהיו תלויים במצלמה, במטרה ובמרחק שבשימוש. בהתאם לסוג החלקיק המודפס, בחר נקודות מעקב שונות לחישוב המהירות. לדוגמה, כאן מעקב אחר נקודות A, B ו-C (מרכז המסה) משמשות לקביעת מהירויות מיידי (איור 3).</li>
</ol>9. אפיון של הספמ ע י SEM
<ol><li>הסרת SPMSs בשימוש ובשימוש מתוך מענה Si-וופל או בצובר ולהעביר אותם אל 10 מילימטר רחב פחמן דביק רפידות מותקן על אלומיניום לסרוק מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) קצרמר. מייבשים את הדגימות בתנור ייבוש במשך 10 דקות ב 60 ° c.</li>
	<li>לטעון את הספחים לדוגמה לשלב הקואטר. מעיל sputter (פלזמה ארגון בשעה 0.05 Torr) 50 – 100 ננומטר של זהב על הדגימות, להבטיח כיסוי משטח הומוגנית זהב של המדגם.</li>
	<li>להסיר את הנתונים לדוגמה מן coater אטר והתמונה ב-SEM תחת ואקום ב 5.0 kV. הערה: מתח האצה גבוה מאוד יכול לצרוב את המשי ולתת תכונות שווא.</li>
</ol>

<ol><li>Gregory, D. A., Campbell, A. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+Catalyst+Distribution+on+Spherical+Bubble+Swimmer+Trajectories%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Effect of Catalyst Distribution on Spherical Bubble Swimmer Trajectories.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 119 (27), 15339-15348 (2015).</li>
<li>Paxton, W. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Nanomotors%3A+Autonomous+Movement+of+Striped+Nanorods%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Catalytic Nanomotors: Autonomous Movement of Striped Nanorods.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (41), 13424-13431 (2004).</li>
<li>Gao, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seawater-driven+magnesium+based+Janus+micromotors+for+environmental+remediation%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Seawater-driven magnesium based Janus micromotors for environmental remediation.</a> Nanoscale. 5 (11), 4696-4700 (2013).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water-Driven+Micromotors+for+Rapid+Photocatalytic+Degradation+of+Biological+and+Chemical+Warfare+Agents%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Water-Driven Micromotors for Rapid Photocatalytic Degradation of Biological and Chemical Warfare Agents.</a> ACS Nano. 8 (11), 11118-11125 (2014).</li>
<li>Gregory, D. A., Zhang, Y., Smith, P. J., Zhao, X., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+Inkjet+Printing+of+Biocompatible+Enzyme+Powered+Silk+Micro-Rockets%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Reactive Inkjet Printing of Biocompatible Enzyme Powered Silk Micro-Rockets.</a> Small. 12 (30), 4048-4055 (2016).</li>
<li>Ismagilov, R. F., Schwartz, A., Bowden, N., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autonomous+movement+and+self-assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie-International+Edition%22%5BJournal%5D)">Autonomous movement and self-assembly.</a> Angewandte Chemie-International Edition. 41 (4), 652-654 (2002).</li>
<li>Li, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Efficient+Freestyle+Magnetic+Nanoswimmer%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Highly Efficient Freestyle Magnetic Nanoswimmer.</a> Nano Letters. 17 (8), 5092-5098 (2017).</li>
<li>Barbot, A., Decanini, D., Hwang, G. Controllable Roll-to-Swim motion transition of helical Nanoswimmers. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBarbot%2C+A+%222014+IEEE%2FRSJ+International+Conference+on+Intelligent+Robots+and+Systems%22">2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems</a>. , 4662-4667 (2014).</li>
<li>Xuan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Near+Infrared+Light-Powered+Janus+Mesoporous+Silica+Nanoparticle+Motors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Near Infrared Light-Powered Janus Mesoporous Silica Nanoparticle Motors.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (20), 6492-6497 (2016).</li>
<li>Garcia-Gradilla, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionalized+ultrasound-propelled+magnetically+guided+nanomotors%3A+toward+practical+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Functionalized ultrasound-propelled magnetically guided nanomotors: toward practical biomedical applications.</a> ACS Nano. 7 (10), 9232-9240 (2013).</li>
<li>Baraban, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Janus+Motors+on+Microfluidic+Chip%3A+Deterministic+Motion+for+Targeted+Cargo+Delivery%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Catalytic Janus Motors on Microfluidic Chip: Deterministic Motion for Targeted Cargo Delivery.</a> ACS Nano. 6 (4), 3383-3389 (2012).</li>
<li>Ghalanbor, Z., Marashi, S. -A., Ranjbar, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotechnology+helps+medicine%3A+Nanoscale+swimmers+and+their+future+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Hypotheses%22%5BJournal%5D)">Nanotechnology helps medicine: Nanoscale swimmers and their future applications.</a> Medical Hypotheses. 65 (1), 198-199 (2005).</li>
<li>Lu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water-Insoluble+Silk+Films+with+Silk+I+Structure%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomaterialia%22%5BJournal%5D)">Water-Insoluble Silk Films with Silk I Structure.</a> Acta Biomaterialia. 6 (4), 1380-1387 (2010).</li>
<li>Wilson, D., Valluzzi, R., Kaplan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conformational+Transitions+in+Model+Silk+Peptides%5BTitle%5D)+AND+%22Biophysical+Journal%22%5BJournal%5D)">Conformational Transitions in Model Silk Peptides.</a> Biophysical Journal. 78 (5), 2690-2701 (2000).</li>
<li>Fink, T. D., Zha, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+and+Silk-Like+Supramolecular+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Rapid+Communications%22%5BJournal%5D)">Silk and Silk-Like Supramolecular Materials.</a> Macromolecular Rapid Communications. 0 (0), 1700834(2018).</li>
<li>Chelikani, P., Fita, I., Loewen, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diversity+of+structures+and+properties+among+catalases%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Life+Sciences+CMLS%22%5BJournal%5D)">Diversity of structures and properties among catalases.</a> Cellular and Molecular Life Sciences CMLS. 61 (2), 192-208 (2004).</li>
<li>Ajisawa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolution+of+silk+fibroin+with+calciumchloride%2Fethanol+aqueous+solution%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sericultural+Science+of+Japan%22%5BJournal%5D)">Dissolution of silk fibroin with calciumchloride/ethanol aqueous solution.</a> Journal of Sericultural Science of Japan. 67 (2), 91-94 (1998).</li>
<li>Zhang, Y., Gregory, D. A., Smith, P. J., Zhao, X. Regenerated silk fibroin as an inkjet printable biomaterial. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZhang%2C+Y+%22Printing+For+Fabrication+%28NIP%29%22">Printing For Fabrication (NIP)</a>. , Society for Imaging Science and Technology. Manchester. 406-409 (2016).</li>
<li>Gregory, D. A., Zhang, Y., Smith, P. J., Ebbens, S. J., Zhao, X. Altering the Bubble Release of Reactive Inkjet Printed Silk Micro-rockets. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGregory%2C+DA+%22Printing+For+Fabrication+%28NIP%29%22">Printing For Fabrication (NIP)</a>. , Society for Imaging Science and Technology. Manchester. 452-456 (2016).</li>
<li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactive+Inkjet+Printing+of+Functional+Silk+Stirrers+for+Enhanced+Mixing+and+Sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Reactive Inkjet Printing of Functional Silk Stirrers for Enhanced Mixing and Sensing.</a> Small. , e1804213(2018).</li>
</ol>

. למחברים אין מה לגלות

תכונה מפתח של SPMSs המיוצר בפרוטוקול זה היא היכולת לעצב במהירות ובקלות צורות שונות ומבנים באמצעות RIJ של משי מסומם עם אנזימים כגון קטלאז ולהשיג תנועה מונחה כימית באמצעות הנעה בועה5. זה יחד עם ביולוגית גבוהה18 של שטירים אלה עושה אותם מאוד נחשק עבור יישומים עתידיים עבור שני אתגרים לשיקום מים, כמו גם עבור יישומים מעבדה על שבב עבור התקני אבחון רפואי.
כאן, יכולת ההנעה מוכחת על ידי ניצול עיצוב קו פשוט עם חלק מנוע מודפס לצד זה כפי שמוצג באיור 1. הנקודות האדומות מייצגות את החלקים הפעילים של הקטר המופעל באופן מהיר והנקודות הכחולות מייצגות את החלקים הלא פעילים. כדי שתוכל ליצור צורות תלת-ממד באמצעות RIJ, יש צורך להדפיס שכבות מרובות כדי ליצור גובה של צירי z. כאן, מספר השכבות שהופקדו על. סי-וופל היו 100 ו-200 על ידי שינוי מספר שכבות, הבדל מהירות ההנעה/סיבוב דומה הפקדת כפול כמות החומר ניתן למצוא. על מנת לקבל מבנים מוגדרים היטב במהלך הדפסת הזרקת דיו, חשוב כי הפרמטרים הנכונים שנבחרו על מנת להשיג droplet מוגדר היטב כפי שמוצג באיור 2. פרמטרים אלה ישתנו בהתאם לדיו המשמש ולהתקנים המשמשים להתאמה. אם הדיו אינו מייצר טיפות יציבות, אז סביר להניח שהדיו אינו מתאים יותר להדפסה וקרוב לוודאי שמתחיל להפוך ל-gel. חשוב לציין שמגבלת הרזולוציה תלויה בגודל החרירים בשימוש, והחרירים הקטנים יותר מאפשרים רזולוציה גבוהה יותר ומבנים/חלקיקים קטנים יותר המודפסים.
דוגמה של RIJ שטימת משי מודפס מוצג באיור 4, שבו חלק המנוע הקטאז מסומם (כפי שמצוין על ידי האזור המסומן אדום) ניתן לראות מצורף לצד של הגוף הראשי (גם לראות את התרשים באיור 1 לפרטים). הפיגום משי מודפס הוא חומר המאפשר פתרון הדלק לפזר ברחבי מבנה תלת-ממד כולו, ולכן בועות חמצן נוצרות במהלך התפרקות של מי חמצן באמצעות קטלאז. בועות החמצן להשתחרר ליצור נקבוביות מיקרון בקנה מידה במבנה הפיגום משי כפי שניתן לראות על ידי השוואת מיקרוגרפים SEM לפני החשיפה H2o2 דלק (איור 5a) ואחרי החשיפה h2o2 ( איור 5B). על מנת להבטיח כי התנועה נובעת התפרקות של H2O2 דלק אבל לא מתח פני השטח מונע באמצעות שחרורו של יתד400, חשוב כי שטימרים הם שקועים בתחילה במים לתקופה של לפחות 10 דקות ונבדק ב-DI מים לתנועה מתח פני השטח לפני ההנעה בפתרון הדלק.
השימוש ב-יתד400 מאפשר שחרור טוב יותר של בועות מפני השטח משי19 כפי שהוסבר בעבר על ידי גרגורי et al.5 אבל יכול גם להצמיח מתח פני השטח מונחה ההנעה, אשר עשוי להיות רצוי בהתאם ליישום כמו תיאר בעבר20. המנגנון השני הזה גם נותן את ההזדמנות לייצר SPMSs עם שני מנגנונים כי הם תלויים זמן והוא יכול להיות יתרון עבור יישומים מסוימים שהיה למשל לצפות הראשונית ערבוב נמרץ בתחילת ואחריו המשיך לאט יותר ערבוב לפרקי זמן ארוכים של20.
לסיכום, באמצעות RIJ לייצר התקנים עצמאיים הנעה עצמית, מגוון רחב של צורות וגדלים ניתן לעצב ולהדפיס בקלות. משי כחומר בסיס עבור המכשירים מעניק הזדמנויות לכמס בקלות אנזימים וmoieties אחרים לתוך המבנים הנותנים את האפשרות להוסיף פונקציות למכשירים אלה.

מלאכותית עצמית מונעת מיקרו-שטירים (spmss) להעסיק מגוון של מנגנוני ההנעה לייצר תנועה, אשר ניתן לסווג כמו או הנעה כימית1,2,3,4, מיכל 5 , 6 או הנעה חיצונית פיזית. מנגנון הנעה כימי נפוץ הוא להשתמש בפעילות קטליטי או אנזימטית כדי לייצר תנועה להפקת מעברי צבע או ליצור בועות המניבות מומנטום לאובייקט כאשר הם להתנתק. מחקרים קודמים חקרו מספר spmss קטליטיים וכימיים, כולל מחרוזות פוליסטירן עם חלקיקי פלטינה ו נספחת כרום על פני השטח1, זהב-פלטינה ביתכתיים ביותכתית ננו-מוטות2, מגנזיום יאנוס מיקרו-שטימרים3, מיקרו שטימרים העשויים ליבת מגנזיום ומעטפת טיטניום דו-חמצני עם חלקיקי זהב מוטבעים4, ו פיברובמיקרו-רקטות יאנוס עם קטלאז מוטבע בתוך הגרדום5. מנגנוני הנעה פיזיים כוללים מגנטי7,8, אופטי9, ו אולטרה סאונד10 מערכות הנעה, כולם נשלטים על ידי מקור פיזי חיצוני. בהתאם ליישום מיועד, גודל spms יכול לנוע מתוך כמה ננומטר כדי כמה מאות מיקרומטר. דוגמאות של יישומים פוטנציאליים של אלה כאמור ו-SPMSs אחרים הם אבחון רפואי של מחלות עם מעבדה על שבב המכשירים11, טעינת במסירה vivo ממוקד של therapeutics12, השיקום הסביבתי3 (למשל, שפיכת שמן ניקוי) והשפלה פוטוקטליטית של סוכני לוחמה כימית וביולוגית, כגון פחם בלוס מקרתגו וסוכני עצבים4. מטרת היישום תלויה, ולכן רצוי להיות מסוגל לייצר SPMSs העוברים מסלולים ספציפיים כגון מסלולים ליניאריים ארוכים עבור אתגרי התחבורה או מסלולים הסיבוב עבור יישומים ערבוב מיקרו. המוקד כאן הוא על התנועה בסיבוב עבור יישומים ערבוב.
אין שיטה מבוססת אחת כדי ליצור SPMSs, אבל עבור יישומים רפואיים וסביבתיים, זה חיוני להשתמש בחומר כי הוא biocompatible, מתכלה, ידידותית לסביבה, זמין, זול ומאפשר הייצור הקל של SPMSs מורכבים ללא צורך בציוד מתוחכם. מחדש המשי פיברוב (RSF) הוא אחד החומר הזה המהווה את כל הפרמטרים האלה יחד עם אושר גם על ידי מינהל המזון והתרופות (FDA).
משי הוא מונח גנרי המשמש למספר חלבונים סיבי המתרחשים באופן טבעי, אשר, הידוע ביותר הוא אחד שנעשו על ידי הזחלים של עש משי, Bombyx מורי, לפני התגלמות שלה. הגלמים האלה עשויים מפיברופה, חלבון סיבי, שנתקע יחד עם חלבון אחר הנקרא sericin. משי פיברוב (SF) נמצא יש תכונות מכניות מעולה, biocompatibility, ו biodegradability13, מה שהופך אותו בחירה אידיאלית עבור בדיית SPMSs. SF קיים שלוש צורות פולימריתית, כלומר, משי I, II, ו III. משי I הוא טופס מסיסים במים המכיל בעיקר מסוקים וסלילים אקראיים; משי II הוא טופס לא מסיסים מים המכיל גיליונות β מקבילים בעיקר של משי מגובש; וממשי III הוא מבנה הקודקוד השני משולשת פוליגליצין הקיים בממשק אוויר המים של פתרון המשי. בדומה חלבונים סיבי אחרים, SF יש יחידות חוזרות של רצפי חומצות אמינו. SF המתרחשים באופן טבעי של פקעת מורכב משלושה תחומים העיקריים של ההקאפאפיד של יחידות חוזרות כאלה (GAGAGX), בעוד X יכול להיות, S, או Y. באמצעות כריכת מימן, (GA) n מוטיבים מתוך antiparallel sheet מבנים מחסנית נוספת באמצעות כוחות ואן דר waals וטופס הידרופובי nano crystallizations14,15.
Biocompatibility ניתן לשפר עוד יותר על ידי המבקשים לכונן הנעה באמצעות אנזימים המתרחשים באופן טבעי כדי ליצור ריכוז הדרגתי או בועות גז במדיום נוזלי (דלק). כתוצאה מכך, במחקר זה, האנזים קטלאז משמש "מנוע" כדי ליצור הנעה עם חמצן מימן משמש כמדיום דלק מימית. קטלאז הוא אנזים שנמצא. כמעט בכל האורגניזמים החיים זה מזרז את הפירוק של חמצן מימן (H2O2) למים וחמצן16. שחרורו של בועות חמצן מאתרי האנזים של SPMSs מייצר כוח על האובייקט גורם לו לעבור הנעה בכיוון ההפוך של שחרור בועה5 (איור 1).
בתוך SPMS מונחה מזרז, מיקום שונה של האתר קטליטי תוצאות התנהגות ההנעה שונים מסלולים1. במרדף אחר הפקת מיקרו-שטירים יעילים, לכן, יש צורך להמציא מחדש את הצורות הגיאומטריות המוגדרות היטב ואת עמדות המנועים ולהשוות את הכוחות השונים של המנגנון. כאן, כדי להקל על החקירות האלה, זה מתואר כיצד מחדש מחדש פיברובspmss מיוצרים בקנה מידה מילימטר באמצעות הדפסת הזרקת דיו התגובתית (RIJ) טכנולוגיה. הדפסת הזרקת דיו היא שיטה שאינה יצירת קשר לצורך הפקדת החומרים. זה הופך את הייצור של מבנים מורכבים קטנים עם דיוק גבוה ביצירת צורות שונות ישיר. RIJ מתרחש כאשר שני או יותר חומרים מגיבים שונים מופקד ולהגיב על מצע לייצר את החומר הרצוי המוצר. לכן, SPMSs הודפס עם אחד קטליטי מרכז האתר מחוץ למרכז נותן את האובייקט סימטריה כי התוצאות תנועה בסיבוב. גישה זו גם הופכת אותו פשוט לייצור מיקרו-שטירים במגוון צורות ותצורות עיצוב המוגדרות על-ידי תכנון בעזרת מחשב (CAD), ובכך מאפשרת ישור קלה ומדויקת יותר על התנועה הרצויה במהלך הפעולה המעשית יישומים. לבסוף, את היכולת של הדפסת התקנים עם עובי משתנה שמוצג תכונות הנעה שונות מומחש.
מחקר זה מספק תוכנית לייצור spmss עם RSF ב מיקרומטר לסולם מילימטר. השימוש בטכנולוגיית RIJ לייצור מיקרו שטירים RSF פותח את הדלת עבור ייצור תכליתי מאוד של מיקרו שטירים מחומרים כגון באתרו המיוצר פיגומים או הידרוג'לים, אשר אינם מסוגלים אחרת להיות מופקד או מפוברק דרך אמצעים אחרים כגון התאיידות. לאחר הפונקציונליות הנוספת המתאימה (למשל, אנזימים), SPMSs אלה יכולים להיות מתאימים לשיקום סביבתי3, כגון ניקוי רעלים ביולוגיים, מזהמים אורגניים, וסוכני לוחמה כימית וביולוגית4.

<table><tbody><tr><td>נתרן קרבונט</td><td>אלפא Aesar</td><td>11552</td><td>נטול מים, 99.5%, גרגירי</td></tr><tr><td>סידן כלוריד</td><td>פלוקה אנליטי</td><td>C1016</td><td>נטול מים, >93%, אתנול גרגירי</td></tr><tr><td></td><td>פישר מדעי</td><td>10542382</td><td>HPLC כיתה</td></tr><tr><td>PEG-400</td><td>אולדריץ' כימיה</td><td>202398</td><td>ממוצע Mn 400, טטרמר מול wt ~ 250 kDa&nbsp;</td></tr><tr><td>קטלאז</td><td>סיגמא מדעי החיים</td><td>E3289</td><td>>20K יחידות</td></tr><tr><td>מתנול</td><td>אקרוס אורגני</td><td>268280025</td> מי חמצן <td>בדרגת HPLC</td></tr><tr><td></td><td>סיגמא אולדריץ'</td><td>31642</td><td>30% (w/w)</td></tr> <tr><td></td><td>אוניברסיטת משי דרום-מערב, סין</td><td>NA</td><td>פקעות משי מנוקות גולמיות,</td></tr><tr><td>צינורות דיאליזה</td> בומבוקס מורי <td>סיגמא אולדריץ'</td><td>D9777</td><td>תאית, ממוצע, רוחב שטוח 25 מ"מ, חתך משקל מולקולרי טיפוסי = 14000</td></tr><tr><td>קליפס פישרברנד הופמן&nbsp;</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>12744396</td><td>קליפסים המשמשים לסגירת קצות צינורות הדיאליזה</td></tr><tr><td>Si-Wafer Sigma</td><td>Aldrich</td><td>647535</td><td>משמש כמצע הדפסה</td></tr><tr><td>Balance</td><td>OHAUS Pioneer&nbsp;</td><td>PA214C&nbsp;</td><td>איזון אנליטי</td></tr><tr><td>מד מוליכות</td><td>Mettler Toledo</td><td>FG3</td><td>Mettler Toledo FiveGo מד מוליכות נייד</td></tr><tr><td>צנטריפוגה</td><td>Thermo Scientific</td><td>10355052</td><td>Heraeus Biofuge fresco נמכר על ידי Thermo Scientific</td></tr><tr><td>Hotplate</td><td>Stuart</td><td>US152</td><td>Stuart US152 מצלמת בוחש מגנטית</td></tr><tr><td></td><td>PixeLink</td><td>PL-D732CU-T</td> עדשת <td></td></tr><tr><td></td><td>מצלמה צבעונית במהירות גבוההNavitar</td><td>Navitar 1-60135</td><td>Macro Zoom Lens Jetting</td></tr><tr><td>Devices</td><td>Microfab Technologies Inc.</td><td>MJ-AT-01-40-8MX</td><td>80um קוטר זרבובית מכשיר סילון</td></tr><tr><td>MJ-AT-01-80-8MX</td><td>80um קוטר זרבובית מכשיר</td><td></td><td></td>סילון</tr><tr><td>Lightpad</td><td>AGPTEK</td><td>UN-HL0245-EUUN</td><td>אור לניסוי השחייה</td></tr><tr><td>Pipettors</td><td>Eppendorf</td><td>3123000063</td><td>חד ערוצי, משתנה, &nbsp; 100&nbsp; &ndash; &nbsp; 1,000&nbsp; ומיקרו; L, כחול</td></tr><tr><td>3123000055</td><td>ערוץ יחיד, משתנה, 20&nbsp; &ndash; &nbsp; 200&nbsp; ומיקרו; L, מיקרוסקופ צהוב</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Nikon</td><td>LV100ND</td><td>ידני, מיקרוסקופ זקוף</td></tr><tr><td>SEM</td><td>Fei</td><td>F50</td><td>המשמש לסריקת מיקרוגרפי אלקטרונים</td></tr></tbody></table>

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

Reactive Inkjet Printing and Propulsion Analysis of Silk-based Self-propelled Micro-stirrers

במחקר זה, פרוטוקול לשימוש בהדפסת הזרקת דיו מתגובתית כדי להמציא שחייני משי מונעת מבחינה אנזיבית עם צורות מוגדרות היטב מדווחים. המכשירים המתקבלים הם דוגמה של אובייקטים מונעת עצמית המסוגלים ליצור תנועה ללא הגשמה חיצונית יש יישומים פוטנציאליים ברפואה ומדעי הסביבה למגוון מטרות החל מיקרו-ערבוב, ממוקד אספקה טיפולית, לשיקום המים (למשל, ניקוי שפכים). שיטה זו מעסיקה הדפסת הזרקת דיו תגובתי כדי ליצור מבנים מוגדרים היטב בקנה מידה קטן משי מוצק על ידי המרת מסיסים במים המשי פיברובמחדש (משי I) כדי פיברומה משי (משי II). מבנים אלה הם גם מסומם סלקטיבי באזורים ספציפיים עם האנזים קטלאז כדי לייצר תנועה דרך דור בועה וניתוק. מספר השכבות המודפסות קובע את המבנה התלת-ממדי (תלת-ממדי) של ההתקן, ולכן מדווחים השפעת פרמטר זה על מסלולי הפעולה. התוצאות מציגות את היכולת לכוונן את התנועה באמצעות שינוי מימדי המבנים המודפסים.

לאחר הרתיחה את המשי, הוא צפוי כי הסיבים היבשים הם סביב המצית השלישי אחד מבעבר, המציין את ההסרה המוצלחת של sericin. במהלך פירוק המשי באגסאווה של לימור, הסיבים צריכים להיות מומס לחלוטין, ויש לשחזר נוזל צמיגי צהוב. לאחר דיאליזה, הפתרון משי צריך להיות פחות צמיגי אבל עדיין להראות צבע צהוב מעט. אם המשי הפך ג'ל, זה מעיד כי פירוק לא נעשה בהצלחה.
טיפות יציבות שנוצרו מן המכשירים הגבוהים יאפשר הגדרה גבוהה יותר של דגימות המודפס. איור 2 מראה דוגמה של droplet אחת יציבה כדי להעניק תוצאות הדפסה טובות כגון מופעי המשי המודפסים המוצגים באיור 4. זה נורמלי, תלוי כמה הדיו הוא צמיגי, כי התפשטות מתרחשת על מצע.
בהתאם למדפסות הזרקת הדיו המשמשות ולגודל ה-droplet, המרחק בין כל droplet מודפס צריך להיות מותאם באופן שחופף ליצירת קווים מחוברים. אם הטיפות רחוקות מדי, המבנה המודפס יתפרק. בנוסף לכך, אם לא מספיק שכבות מודפסות, יש סיכוי של שבירת מיקרו-שוברים כאשר מניחים לתוך פתרון הדלק. ברגע שהתרנרים כבר הוסרו את המצע ושטף, הצבת אותם לתוך הפתרון הדלק מימן חמצן צריך באופן מיידי לגרום בועות נוצר. שיעור ההצלחה של שחרור בועה טובה תלוי באופן חזק בפעילות האנזים; אם פעילות האנזים הוא נמוך, פחות בועות יהיה ליצור ובכך מוביל תוצאות ההנעה עניים. איור 5 מראה כיצד המבנה פני השטח של הניצנים משתנה בשל בועות שפורסמו מן המבנים הפנימיים היוצרים נקבוביות קטנות. מיקרו שטירר מוצלח ייראה דומה לאלה שניתן לראות באיור 6 ואת שני קטעי וידאו משלימים S1 ו- S2 בהתאמה.
איור 6 מראה עדיין מסגרות וידאו של שני נציגים, 100-Layer (איור 6a) ו 200-שכבה (איור 6a) מיקרו שטימרים ב 5% H2או2 דלק. הקווים האדומים והירוקים מציינים את מסלולי המעקב (ראה סרטונים משלימים S1 ו- S2). ניתן לקבוע את המהירות המסתובבת לפי קצב השינוי באוריינטציה (ɸ, איור 3) כמוצג באיור 7. השוואה של 100-שכבה ו 200-שכבה קטלאז מסומם מיקרו שטירים מראה עלייה ייחודית במהירות הסיבוב של ~ 0.6 קיפול מ 60 ± 6 סל ד כדי 100 ± 10 סל ד (איור 7).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig1v2.jpg"> איור 1: אילוסטרציה סכמטית של התמוטטות הקטליטית של תחמוצת המימן למים וחמצן על ידי קטלאז המוטבעים בפיגום המערבב במיקומים הרצויים (המוצג באדום). בועות החמצן של המוצר מספקות את ההנעה הדרושה להזזת הטירר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig1v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig2v2.jpg"> איור 2: הזמן לשגות תמונות של היווצרות droplet של RSF מן המכשיר נכנסת (בקוטר הזרבובית 80 μm). המספרים שמתחת לתמונות מייצגים את הזמן שחלף, במיקרו-שניות (μs), מאז החניכה של הדיו המשי droplet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig2v2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig3.jpg"> איור 3: ייצוג סכמטי של מעקב אחר חלקיקים על פני שתי מסגרות רצופות. A ו-B מציינים נקודות מעקב ו-C מציין את מרכז המסה. φ מציין את זווית האוריינטציה. כיוון מסלול SPMS מצוין על-ידי החץ השחור המעוקל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig4.jpg"> איור 4: מיקרוגרף אור של RIJ המודפס מיקרו-שטירר טרי (100 שכבות) לפני הכביסה. התיבה האדומה מציינת אזור מסומם (אזור מנוע). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig5.jpg"> איור 5: התמונות SEM של הגוף העיקרי ו קטלאז חלק מנוע של SPMS לאחר הנקבוביות נוצרות בשל שחרור בועה. נקבוביות ניתן לראות בבירור על פני המנוע בתמונות SEM של SPMSs שמקורם בועת החמצן שחרור. (A) משי מיקרו שטימרים לפני החשיפה 5% w/vH 2 O2 הדלק פתרון. (ב) המשי spms לאחר החשיפה 5% w/v H2O2 הפתרון דלק. תמונות מימין הן הגדלות של האזורים האדומים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig6.jpg"> איור 6: מסגרות וידאו של שני מיקרו-שטירים ב 5% דלק פתרון מראה את המסלול לאורך זמן. (א) 100-שכבה מיקרו-מיקרורידרים. (ב) 200-שכבה מיקרו-מיקרורידרים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig7.jpg"> איור 7: השוואה של זווית הכיוון (φ) עבור 100-שכבה (60 ± 6 rpm) ו 200-שכבה (100 ± 10 סל ד) מיקרו שרימרים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
וידאו משלים S1: נציג 100-שכבה עצמית מיקרו-מיקרוטירר במיקרו-שכבות ב 5% w/v H מיכל השני O מיכל השני . שעוברת הנעה <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/Video_1.mp4">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>
וידאו משלים S2: נציג 200-שכבה self-motile מיקרו-שטירר ב 5% w/v H מיכל השני O מיכל השני . שעוברת הנעה <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/Video_2.mp4">אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.</a>

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

In this study, a protocol for using reactive inkjet printing to fabricate enzymatically propelled silk swimmers with well-defined shapes is reported. The ...

אנו מסוגלים לייצר מיקרו-מנועים משי רב-תכליתיים, תואמים ביולוגית ומתכלים לשימוש יישומים מיקרו-ערבוב כגון שיפור בדיקת אנזימים, אבחון שבבי עץ לבה, ניטור ותיקון סביבתי. שימוש בהדפסת הזרקת דיו תגובתי ליצירת אנזים ומיקרו-ערבוב משי המופעל על-ידי מרנגוני מאפשר לנו לשנות צורות, גדלים, הפצות זרזים ולמזג מויטי אחרים במבנים במהירות ובקלות, ובכך לשלוט במסלול, בהתנהגות ובפונקציות. הדפסת הזרקת דיו תגובתי ניתן להחיל גם כדי לייצר התקנים מיקרו-מנוע עם דיו תגובתי מים אחרים מלבד משי, אשר מדגים את הרבגוניות הגדולה של שיטה זו.האדם שידגים את ההליך יהיה דוקטורנט, אנה חימנז-פרנקו מהמעבדה שלי. ראשית, חותכים חמישה גרם של פקעות משי נקיות לחתיכות קטנות בריבוע של סנטימטר אחד באמצעות מספריים. במכסה המנוע של החילוץ, מרתיחים שני ליטרים של מים מיונים בסקילר של שני ליטרים על צלחת חמה מגנטית.מוסיפים פס ערבוב מגנטי לסק של מים deionized. ואז לאט להוסיף 4.24 גרם של נתרן קרבונט למים, כדי למנוע רותחים מעל, ולאפשר לו להתמוסס. ברגע שהפתרון מתחיל לרתיחה שוב, מוסיפים את החתיכות החתוכות של פקעות המשי לפתרון.ודא כי כל המשי שקוע, לחמם את הפתרון, עם ערבוב מתמיד במשך 90 דקות. מכסים את המזימה בנייר אלומיניום. לאחר 90 דקות, להסיר את סיבי fibroin שחולצו מתספורת פחמת נתרן עם מוט זכוכית.לשטוף את סיבי fibroin שלוש פעמים עם ליטר אחד של מים מחוממים מראש deionized, בהדרגה להקטין את הטמפרטורה עבור כל כביסה. מורחים את סיבי הפיברוין על צלחת התגבשות זכוכית בורוסיליקט 750 מיליליטר ומניחים אותם בתנור ייבוש לילה ב 60 מעלות צלזיוס תחת לחץ אטמוספרי. לאחר הייבוש, יש לאחסן את סיבי הפיברוין במיכל סגור בטמפרטורת החדר.הכן פתרון ternary המכיל 4.8 גרם של מים deionized, 3.7 גרם של אתנול ו 3.1 גרם של סידן כלורי. ראשית להמיס את הסידן כלורי במים deionized ולאחר מכן להוסיף אתנול. מניחים בקבוקון 100 מיליליטר דו-צווארי עגול תחתון לתוך אמבט מים על גבי צלחת חמה מגנטית.לאחר מכן מוסיפים את הפתרון הטרנרי לבקבוקון. לאחר מכן, מניחים מדחום באחד הצווארים של הבקבוק כדי לפקח במדויק על טמפרטורת הפתרון. מכסים את הצוואר השני בנייר אלומיניום כדי למנוע ייבוש הפתרון עקב אידוי.לאחר מכן, מחממים את הפתרון ל 80 מעלות צלזיוס. כאשר הטמפרטורה של הפתרון יציבה ב 80 מעלות צלזיוס, להסיר את רדיד אלומיניום ולהוסיף גרם אחד של פיברואין מיובש לפתרון. מוסיפים פס ערבוב מגנטי קטן כדי להבטיח שהפתרון מעורבב היטב לאורך כל תהליך הפירוק.מכסים את הצוואר השני של הבקבוק בנייר אלומיניום כדי למזער את האידוי ולהשאיר להתמוסס במשך 90 דקות. לאחר 90 דקות של פירוק, לאפשר את הפתרון fibroin להתקרר לטמפרטורת החדר במשך 10 דקות. לקשור קשר על אחד הקצוות של צינור דיאליזה באורך 15 ס"מ.לשטוף את הצינור במשך כמה דקות עם מים deionized ריצה מהברז. פתח את הקצה השני של צינור הדיאליזה והוסף את פתרון הפיברואין. באמצעות מהדק מתכת, לסגור את הקצה השני של צינור הדיאליזה להבטיח כי הוא סגור בחוזקה ככל האפשר.חבר את אחד הקצוות של צינור הדיאליזה דרך כובע בורג לבקבוקון פלסטיק ריק של 30 מיליליטר כדי לאפשר לצינור הדיאליזה לצוף במים. לאחר מכן, מניחים את צינור הדיאליזה בבקבוק שני ליטר המכיל שני ליטרים של מים deionized. לשנות את המים במרווחי זמן קבועים ולבדוק את מוליכות המים בכל פעם שהוא השתנה כדי לעקוב אחר תהליך הדיאליזה.לאחר השלמת הדיאליזה, חותכים קצה אחד של צינור הדיאליזה עם מספריים ויוצקים את הפתרון לסדרה של צינורות 1.5 מיליליטר. צנטריפוגה במשך חמש דקות ב 16000 x G כדי להסיר את כל החלקיקים בתוך פתרון fibroin. לאחר מכן, לאסוף את supernatant בבקבוקון פלסטיק 30 מיליליטר ולאחסן אותו בארבע מעלות צלזיוס.להדפסת הגוף העיקרי של מיקרו-stirrers מלאכותי, עצמית הנעה, או spms, לערבב את פתרון fibroin, פוליאתילן גליקול 400 ומים deionized לעשות 1.5 מיליליטר של דיו A.עבור הדפסת המנוע הקטליטי של spms, מערבבים את תמיסת הפיברואין, פוליאתילן גליקול 400, קטלאז ומים deionized לעשות 1.5 מיליליטר של דיו B.Prepare 1.5 מיליליטר של דיו C על ידי המסת 0.05 מ"ג למיליליטר של כחול מבריק קומאסי ומתנול. השתמש בהתקני סילון בקוטר זרבובית 80 מיקרומטר להדפסת צבעי הדיו על מצע הסיליקון, המונחים על הבמה במרחק עבודה בין הזרבובית למצע רקיק הסיליקון של כחמשה מילימטרים. טען צבעי דיו A, B ו- C לשלושה מאגרים ולאחר מכן התאם את לחץ הגב באמצעות שסתום הלחץ האחורי עבור כל ערוץ בודד כדי להבטיח שהדיו אינו נוטף ממכשירי הסילון.לאחר מכן, להתאים את הפרמטרים jetting עבור כל ערוץ כדי להבטיח כי כל דיו נותן היווצרות טיפה יציבה טובה. הדפס את שכבת דיו הפיברוין משי לפי שכבה לסירוגין עם מתנול על מצע רקיק סיליקון מלוטש נקי. הדפס שתי אצוות של fibroin's בעובי של 200 שכבות ו- 100 שכבות בהתאמה.כדי להסיר את הדגימות את וופלים סיליקון, לטבול אותם במים deionized בעדינות להתסיס עד ניתוק מתרחשת. נקו צלחת פטרי מזכוכית באורך תשעה ס"מ עם מים מיונים וודאו שהמשטח נקי מאבק. מוסיפים 10 מיליליטר של מי חמצן מסוננים מראש חמישה אחוזים לצלחת פטרי נקייה ויבשה ולהשאיר להתיישב.להאיר את החלק התחתון של צלחת פטרי עם מקור אור LED לבן קריר. לאחר מכן, השתמש במצלמה במהירות גבוהה עם עדשת מאקרו-זום כדי ללכוד את התנועה מלמעלה. עכשיו, לשטוף את מערבלי משי מודפס במשך 10 דקות על ידי שקוע אותם במים deionized כדי להסיר כל פוליאתילן גליקול לא מאוגד 400.בזהירות לקחת אחד שטף stirrer עם קצה של מחט מזרק סטרילי למקם אותו במרכז צלחת פטרי. כאשר stirrer שטף נוגע דלק מי חמצן, בועות להתחיל להיווצר סביב המנוע תנועה מעגלית של stirrer הוא ציין. כאשר המערכת נראית יציבה, לחץ על הקלט בתוכנת ההקלטה כדי להתחיל ללכוד את הווידאו.בצע מעקב אחר המיקרו-stirrers על בסיס מסגרת אחר מסגרת, מעקב אחר כל קצה של stirrers. טיפות יציבות שנוצרו ממכשירי הסילון יאפשרו הגדרה גבוהה יותר של הדגימות המודפסות כפי שמוצג כאן. בהתאם למדפסות סילון הדיו המשמשות בגודל טיפה, המרחק בין כל טיפה מודפסת צריך להיות מותאם באופן כזה שהם חופפים כדי ליצור קווים מחוברים.כאשר מיקרו-stirrers משי ממוקמים בתספורת דלק מי חמצן, מורפולוגיה פני השטח של stirrers משתנה בשל בועות להשתחרר מן המבנים הפנימיים, יצירת נקבוביות קטנות. מסגרות וידאו סטילס של שני מיקרו-stirrers נציג 100-שכבה ו 200 שכבות וחמישה אחוז דלק מי חמצן מוצגים כאן. הקווים האדומים והירוקים מציינים את המסלולים במעקב.ניתן לקבוע את מהירות הסיבוב על-ידי שינוי הקצב של הכיוון כפי שמוצג כאן. השוואה בין מיקרו-ערבובים בעלי 100 שכבות ו-200 שכבות מסומנים בקטלאז מראה עלייה ייחודית במהירות הסיבוב של כ-0.6 סל"ד, מ-60 פלוס או מינוס שישה סל"ד ל-100 פלוס או מינוס 10 סל"ד. כדי לייצר דיו להדפסה עבור הליך זה, חשוב כי הסיבים מומסים לחלוטין במהלך תהליך הפירוק.טכניקה זו אפשרה לנו לייצר מיקרו-stirrers מופעל על ידי מנגנונים שונים, מתאים ערבוב וזיהום גילוי מחקרים כפי שפורסם לאחרונה על ידינו בכתב העת, קטן.

reactive-inkjet-printing-propulsion-analysis-silk-based-self

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מתכתי מוליך מתואר. הגישה שלנו מספק אפיקים חדשים אלקטרוניים מודפסים בודה, אופטו, והתקנים ביו פריסות יוצא דופן בבית microscale.

הדפסה מישוריים תלת ממדי של דיו מוליך

תיאור של שיטות להמיר HP DeskJet 500 המדפסת לתוך bioprinter. המדפסת מסוגלת עיבוד תאים חיים, מה שגורם הנקבוביות חולפים על הממברנה. נקבוביות אלה יכול להיות מנוצל לשלב מולקולות קטנות, כולל ניאון G-אקטין, לתוך תאים מודפסים.

יצירת חולף קרום התא הנקבוביות באמצעות מדפסת הזרקת דיו רגילה

jetting microfluidic נגד bilayer שומנים ממשק אגל מספק דרך אמינה כדי ליצור שלפוחית ​​עם שליטה על חוסר סימטריה בממברנה, שילוב של חלבונים הטרנסממברני, ואנקפסולציה של חומר. טכניקה זו יכולה להיות מיושמת כדי ללמוד מגוון רחב של מערכות ביולוגיות שבי ביומולקולות הממודרת הן רצויה.

השומנים bilayer שלפוחיות דור שימוש Microfluidic jetting

פרוטוקול זה מתאר מתודולוגיית הדפסה ביולוגית באמצעות מערכת הפקדה רובוטית אוטומטית המשלבת רמזי הנחיה טופוגרפיים חרוטים עם תצהיר מדויק של תא הנושא דיו הידרוג'ל. התאים המודפסים מועברים ישירות לתכונות החרוטות ומסוגלים לחוש ולהתמצא איתם.

טכניקת Dispensing רובוטיות אוטומטית להכוון משטחים Bioprinting של תאים

מדפסת הזרקת דיו שימש לייצור multivayers polyvinyl אלכוהול. דיו פוליוויניל המבוסס על מים, נוסח, והתכונות הפיזיות העיקריות נחקרו.

הזרקת דיו מודפסים Polyvinyl אלכוהול Multilayers

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לייצר דפוסים מוליך ברזולוציה גבוהה באמצעות הדפסה electrohydrodynamic (EHD) סילון. הפרוטוקול כולל שני מצבים של הדפסה EHD סילון: את electrospinning-שדה ליד רציף (NFES) והדפסה של מבוססי נקודה טיפה לפי דרישה EHD (משרד ההגנה).

ברזולוציה גבוהה תכנים באמצעות שני מצבים של Electrohydrodynamic סילון: ירידה על הביקוש, שדה-Electrospinning

כאן אנו מציגים עבור הזיוף של מבנים מודפס הזרקת דיו חיישן רב שכבתי על מצעים additively מיוצרים ו לסכל פרוטוקול.

היברידית הדפסה על הזיוף של חיישנים חכמים

פרוטוקול עבור סינתזה לא אורגנית-עופרת-הליד היברידית פרוביסקיט קוונטית נקודה דיו עבור מדפסת הזרקת דיו והפרוטוקול להכנה של הדפסה הדיו נקודה קוונטית במדפסת הזרקת דיו עם טכניקות אפיון פוסט מוצגים.

הדפסת צבעי הדיו פרוביסקיט הליד אורגניים ליישומים פוטו הזרקת דיו

מוצג כאן היא טכניקת הדפסה 3D מתון מונע על ידי כוחות צמיגים-אינרציאליים לסירוגין כדי לאפשר את הבנייה של מיקרוקארים הידרוג'ל. חרירים תוצרת בית מציעים גמישות, ומאפשרים החלפה קלה לחומרים וקטרים שונים. מיקרוקארים מחייבים תא בקוטר של 50-500 מיקרומטר ניתן להשיג ולאסוף עבור culturing נוסף.

הדפסה תלת-ממדית של מיקרוקארים הידרוג'ל במבחנה על ידי סילון כוח צמיג-אינרציאלי לסירוגין

נייר זה מספק טכניקה לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים באמצעות מדפסת הזרקת דיו. מתודולוגיות מתוארות בפירוט כדי לסנתז דיו, להתאים פרמטרי תוכנה, ולנתח את התוצאות האלקטרוכימיות של supercapacitor המיוצר.

שליטה משוכללת במדפסת הזרקת דיו לייצור סופר-קבלים מבוססי שבבים

הטכניקה המוצעת תספק גישה חדשנית, יעילה, חסכנית ולא פולשנית להדמיית זרימה נוזלית דרך מצע אבקה ארוז, המניב רזולוציה מרחבית וזמנית גבוהה.

טכניקת הדמיה חסכנית של זרימה נימית באמצעות אבקות הדפסה פולימריות תלת מימדיות

למד הדפסת זרקת דיו תגובתית ליצירת מיקרו-מערבלי משי ביוסתרים הנעים בעצמם. שיטה זו מאפשרת שליטה בצורה ובגודל ליישומים ביורפואיים וסביבתיים.

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

גלה סרטונים נוספים