Un protocollo per la produzione di nanoparticelle gliadina-cianoacrilato per rivestimento idrofilo

Sommario

Questo articolo presenta un protocollo per la produzione di nanoparticelle a base di proteine che cambia la superficie idrofobica in idrofila. La nanoparticella prodotta è un assemblaggio di copolimeri diblocco gliadina-cianoacrilato. Il rivestimento a spruzzo con la nanoparticella prodotta cambia la superficie del materiale bersaglio in una superficie idrofila.

Abstract

Questo articolo presenta un protocollo per la produzione di nanoparticelle a base di proteine ​​che cambia la superficie idrofobica ad idrofilica da un semplice rivestimento a spruzzo. Queste nanoparticelle sono prodotte dalla reazione di polimerizzazione di alchil cianoacrilato sulla superficie della proteina cereali (gliadina) molecole. Alchil cianoacrilato è un monomero che polimerizza immediatamente a RT quando viene applicato alla superficie dei materiali. La reazione di polimerizzazione viene iniziata dalle tracce di specie debolmente base o nucleofili sulla superficie, comprese umidità. Una volta polimerizzato, i cianoacrilati alchil polimerizzati mostrano una forte affinità con i materiali degli oggetti, perché i gruppi di nitrile sono la spina dorsale di poli (cianoacrilato alchil). Proteine ​​funzionano anche come iniziatore di polimerizzazione per questo perché contengono gruppi amminici che possono avviare la polimerizzazione di cianoacrilato. Se proteine ​​aggregate viene usato come iniziatore, aggregata proteina è circondato dal idrofobicapoli (alchil cianoacrilato) catene dopo la reazione di polimerizzazione di alchil cianoacrilato. Controllando la condizione sperimentale, particelle nell'intervallo nanometri sono prodotti. Le nanoparticelle prodotte facilmente adsorbono alla superficie della maggior parte dei materiali tra cui vetro, metalli, plastica, legno, pelle e tessuti. Quando la superficie di un materiale è spruzzato con la sospensione nanoparticelle prodotte e risciacquata con acqua, la struttura micellare di nanoparticelle cambia la sua conformazione, e le proteine ​​idrofile sono esposti all'aria. Come risultato, la superficie delle nanoparticelle rivestite cambia in idrofila.

Introduzione

L'obiettivo di questo articolo è mostrare il protocollo per la preparazione di sospensioni di nanoparticelle che modifica la proprietà bagnante dei materiali con un semplice spray. La sospensione di nanoparticelle presentata è composta da alchil cianoacrilato¹ e da una proteina dei cereali, la gliadina^2,3. Durante il processo di produzione, gli aggregati proteici si formano in etanolo acquoso⁴. La successiva reazione con il monomero (alchil cianoacrilato) produce la nanoparticella che è composta da un nucleo proteico circondato da catene polimeriche lineari [poli(alchil cianoacrilato)]⁵.

I poli(alchil cianoacrilato) sono biodegradabili e sono stati utilizzati per la produzione di nanoparticelle tramite polimerizzazione in emulsione⁶. Questa reazione è avviata spontaneamente dai gruppi ossidrilici dissociati dall'acqua o da altri gruppi nucleofili nel mezzo di reazione⁷. Nel caso della reazione presentata in questo articolo, i gruppi amminici sulla superficie degli aggregati proteici avviano la reazione di polimerizzazione dei monomeri alchilcianoacrilati^5,8. Come risultato di questa reazione, si formano nanoparticelle nel mezzo di reazione. Il nucleo della nanoparticella è costituito da aggregati proteici e lo strato esterno è costituito da catene di poli(alchil cianoacrilato) (PACA). La nanoparticella preparata ha una forte affinità con la maggior parte dei materiali (più precisamente, qualsiasi materiale su cui il PACA può assorbire) e aderisce sulla loro superficie per formare un rivestimento sottile su scala nanometrica. Un semplice rivestimento a spruzzo trasforma istantaneamente la superficie dei materiali in idrofilia.

La gliadina è una delle principali frazioni del glutine, che si trova negli endospermi del grano. Le gliadine sono principalmente proteine monomeriche con pesi molecolari intorno a 28.000 - 55.000. I legami non covalenti come i legami idrogeno, i legami ionici e i legami idrofobici sono responsabili dell'aggregazione delle gliadine². Sebbene la gliadina sia scelta come reagente in questo articolo, molte altre proteine possono essere utilizzate per lo stesso scopo. Tuttavia, la condizione di reazione deve essere modificata di conseguenza perché la condizione per indurre l'aggregazione dipende dal tipo di proteina da impiegare⁸. Rispetto ad altre proteine, la gliadina è più facilmente disponibile, la purificazione è semplice e il costo di produzione è basso. Sebbene il cianoacrilato di etile (ECA) sia scelto come monomero per la reazione presentata, altri cianoacrilati alchilici possono essere utilizzati anche per la stessa reazione. Il motivo per cui si sceglie ECA è che è prontamente disponibile a basso costo.

Protocollo

1. sgrassante commerciale gliadina

1. Misurare 150 ml di acetone con un cilindro graduato e versare in 250 ml beuta.
   1. Mentre agitazione con una barra di rotazione su un agitatore magnetico a RT, aggiungere 30 g di polvere di gliadina commerciale. Sigillare l'apertura del pallone con un foglio di alluminio, e continuare a mescolare O / N nel cofano.
2. Filtrare la soluzione con un filtro di carta.
   1. Lavare il filtrato con acetone fresco (circa 50 ml). Lasciate riposare per 10 minuti per consentire l'acetone per drenare.
   2. Trasferire il filtrato insieme con la carta da filtro sotto per un grande piatto, come un quadrato piatto di coltura cellulare. Coprire le stoviglie con una grande carta da filtro per rallentare l'evaporazione di acetone residuo.
   3. Lasciare che il filtrato si asciughi completamente nella cappa O / N. Conservare la gliadina sgrassata in un contenitore a tenuta d'aria a temperatura ambiente.

2. Preparazione di purificata gliadina

1. Misurare 150 ml di WAter con un cilindro graduato e versare in 1.000 ml beuta.
   1. Misurare 350 ml di etanolo assoluto con un cilindro disordine e versare nella stessa 1.000 ml beuta. Mescolare energicamente (800 - 1000 rpm) con una barra di rotazione fino nessuna bolla è generata dalla miscela soluzione.
2. Mentre mescolando, aggiungere 20 g di polvere di gliadina sgrassata commerciale. Aggiungere gliadina in piccole quantità alla volta per evitare la formazione di grumi che contiene aria nel mezzo. Continuate a mescolare O / N.
3. Trasferire la soluzione ad un cilindro disordine 1.000 ml. Lasciar riposare per due giorni. Durante questo tempo, le impurità vengono precipitati sul fondo del cilindro.
4. Trasferire il supernatante in un evaporatore rotante con una pipetta e rimuovere l'etanolo dal supernatante il più possibile. Come la percentuale di etanolo è ridotto, gliadina apparirà nella soluzione come aggregato.
5. Congelare la soluzione contenente aggregati gliadina immergendo / rotazione in metanolo/ Miscela di ghiaccio secco e congelare-secco a -70 ° C sotto vuoto. Prima di liofilizzazione, assicurarsi che l'intera soluzione è congelato, senza alcun liquido.
   NOTA: La gliadina liofilizzato formerà un solido poroso.
6. Crush the gliadina liofilizzato con mortaio e pestello, e macinare con un macinino da caffè per ottenere una multa di potenza (<0.5 mm). Trasferire il prodotto in un contenitore a tenuta d'aria e conservare a temperatura ambiente.

3. polimerizzazione Reazione di ECA con gliadina

1. Mettere una fiala di scintillazione (volume è di circa 20 ml) in un peso di equilibrio, e tara. Aggiungere 3,2 g di acqua distillata e 6,8 g di etanolo assoluto nel flacone scitillation.
2. Spostare la fiala di scintillazione su un agitatore magnetico, mettere una barra di rotazione magnetica (20 x 3 mm) nel flaconcino, e mescolare energicamente (800 - 1.000 giri al minuto) fino a quando non bolla d'aria è generato dalla miscela di etanolo acquoso.
3. Aggiungere 40 ml di 4 N HCl nel flaconcino mescolando. Aggiungere 20 mg di gliadina nel flacone mentre sti Rring, e continuare a mescolare fino a quando la polvere gliadina è completamente sciolto nella miscela etanolo acquoso.
4. Dopo essersi assicurati la soluzione gliadina è chiaro agli occhi nudi, aggiungere lentamente 80 - 100 ml di ECA mentre la velocità di agitazione è ancora 800 - 1.000 giri al minuto.
   1. Ridurre la velocità di agitazione a 500 rpm, e continua agitazione per 1 ora. Con il procedere della reazione, osservare torbidità che indica che la reazione di polimerizzazione è in corso.
5. Quando la reazione è terminata, trasferire la soluzione in provette da centrifuga, e bilanciare il peso dei tubi. Centrifugare il prodotto di reazione a 10.000 xg per 20 min. Durante questo tempo, precipitati di prodotti collaterali e nanoparticelle rimangono nel surnatante. Il componente principale del prodotto lato è PACA omopolimero.
6. Dopo la centrifuga, trasferire la sospensione nanoparticelle prodotte (surnatante) con una pipetta ad una fiala di scintillazione (o qualsiasi contenitore ermetico), e conservarlo a RT.

title "> 4. caratterizzazione del prodotto

1. Preparare 10 g di etanolo acquoso 68% in peso di acqua mescolando 3,2 g e 6,8 g di etanolo assoluto in 20 ml di scintillazione flacone e agitare fino nessuna bolla è generata dalla miscela soluzione.
   1. Aggiungere 40 ml di 4 N HCl alla miscela una soluzione sotto agitazione. Aggiungere 50 ml di sospensione di nanoparticelle alla soluzione di etanolo preparata mescolando.
2. Misurare la dimensione delle nanoparticelle con Dynamic Light Scattering (DLS) utilizzando la soluzione di campione preparato sopra e seguire le istruzioni del produttore.
   NOTA: La dimensione del prodotto finale deve essere inferiore a 200 nm. Se è maggiore di 200 nm, il prodotto non sarà stabile per un lungo periodo di tempo. nanoparticelle più grandi sono prodotte quando il lavoratore ECA non è fresco.

5. Esame del Prodotto

1. Preparare una lastra di vetro come uno specchio a mano. Lavare la superficie della lastra di vetro con acqua e sapone. RInse la superficie della lastra di vetro con l'acqua che scorre. Essiccare la superficie pulita o utilizzare senza asciugare per il passaggio successivo.
2. Spruzzare la sospensione nanoparticelle ottenuto in 3.6) su una parte della lastra di vetro, e risciacquare la superficie con scorre acqua immediatamente.
3. Nebulizzare acqua pura sulla superficie della lastra di vetro. Osservare la (spruzzato con sospensioni di nanoparticelle) strato di acque di superficie rivestita attesa mentre la superficie patinata è chiara.

Risultati

Le nanoparticelle possono essere preparate in varie condizioni di reazione. Forme gliadina aggregano in un'ampia gamma di contenuto di etanolo ^5. Tuttavia, la dimensione degli aggregati deve essere il più piccolo possibile, perché un ulteriore strato (es., Polimerizzato ECA) verrà aggiunto a questo aggregato e questo processo renderà la dimensione finale grande. Se la dimensione finale delle particelle è troppo grande, la particella sarà instabile e verrà facilmen...

Discussione

Ci sono diversi passaggi critici nella produzione della sospensione di nanoparticelle. Se la gliadina purificata contiene impurità, la reazione con ECA produrrà prodotti collaterali. Sebbene questi prodotti indesiderati possano essere rimossi dal mezzo di reazione durante la fase di centrifugazione, riducono la resa del prodotto principale. Se la soluzione di gliadina preparata durante la fase sperimentale 2.3) non mostra una netta separazione tra surnatante e precipitato dopo due giorni, la soluzione deve rimanere più a...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Cianoacrilato di etile (ECA) monomero	K& R International (Laguna Niguel, CA)	I-1605	È possibile utilizzare qualsiasi ECA puro.
Gliadin	MGP Ingredients, Inc (Atchison, KS)	Il regalo dell'azienda	Gliadin può essere acquistato da Sigma-Aldrich (cat #: G3375-25G). Invece della gliadina, qualsiasi Il glutine può essere utilizzato.
HCl	Qualsiasi		prodotto chimico di grado reagente può essere utilizzato.
Acetone	Qualsiasi		può essere utilizzato qualsiasi reagente chimico di grado.
Metanolo	Qualsiasi		Qualsiasi reagente chimico può essere utilizzato.
Etanolo (100%)	Qualsiasi		Qualsiasi reagente chimico può essere utilizzato.
Carta da filtro	Qualsiasi		È possibile utilizzare qualsiasi carta da filtro di dimensioni superiori a 10 cm.
Piatto quadrato per colture cellulari	Qualsiasi		più grande di 20 x 20 cm può essere utilizzato.
Macinacaffè	Qualsiasi		Qualsiasi macinacaffè può essere utilizzato.
Evaporatore rotante	Qualsiasi		È possibile utilizzare qualsiasi evaporatore rotante.
Liofilizzatore	Qualsiasi		liofilizzatore che può raggiungere -70 gradi C può essere usato.
Centrifuga	Qualsiasi		È possibile utilizzare qualsiasi centrifuga in grado di applicare 1.000 x g.
Agitatore magnetico	Qualsiasi		possibile utilizzare qualsiasi agitatore magnetico in grado di ruotare la barra di rotazione a 1.000 giri/min.
Diffusione dinamica della luce (DLS)	Brookhaven Instruments Corporation	NanoBrook Omni Zeta Potential Analyzer	DLS di qualsiasi azienda può essere utilizzato.
Microscopio elettronico a scansione (SEM)	Carl Zeiss Inc.		È possibile utilizzare qualsiasi SEM.
Angolo di contatto dinamico (DCA)	Strumenti Thermo Cahn Qualsiasi		DCA può essere utilizzato.

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