Name: Filtro aria dispositivi tra cui maglie non tessuti di elettrofilate ricombinanti Spider Proteine della Seta (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 51 s
Description: Scopri come migliorare i filtri aria con maglie non tessute di seta di ragno ricombinante tramite elettrofilatura. Questo metodo aumenta l'efficienza di filtrazione delle particelle sottili.

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Noi riconosciamo con gratitudine il supporto tecnico e scientifico di Anja Lauterbach (Lehrstuhl Biomaterialien), Lorenz Summa (Sandler AG) e Armin Boeck (B / S / H / G). SEM-l&#39;imaging è stata eseguita da Johannes Diehl (Lehrstuhl Biomaterialien). Il finanziamento è stato derivato da BMBF (01RB0710).

1. Spinning Dope Preparazione <ol><li> Prendere liofilizzato eADF4 (C16) di proteine. </li><li> Pesare 20 mg di eADF4 (C16) in un recipiente 1 ml di reazione utilizzando una bilancia ad alta precisione. </li><li> Aggiungere 200 ml di esafluoroisopropanolo (HFIP) e sigillare il vaso con parafilm. Nota: HFIP è altamente volatile e deleteria. In quanto può causare danni alla pista respiratorio, lavorare sotto una cappa di sicurezza, pipetta con attenzione, e tappare il tubo. </li><li> Vortex la sospensione per 1 min e agitare ulteriormente per eliminare la soluzione. Per garantire che l&#39;intera quantità di proteine ​​è completamente sciolto, attendere durante la notte. </li></ol> 2. Electrospinning <ol><li> Preparare il dispositivo electrospinning (Figura 1): il materiale filtrante posto in cima al controelettrodo e preimpostare la tensione sia l&#39;elettrodo (-22.5 kV) e il contro elettrodo (+2,5 kV). Impostare la portata in volume a 315 ml / h. Nota: wentre electrospinning, HFIP tossico sarà evaporato. Assicurati che il tuo dispositivo electrospinning è collegato ad una cappa aspirante. </li><li> Prendere un commercialmente disponibile ago da 20 G e macinare la punta affilata con una smerigliatrice mano per una lunghezza residua di 30 mm. Collegare l&#39;ago a una siringa da 1 ml. Nota: Una punta dell&#39;ago aereo è necessaria al fine di generare un cono Taylor ben definita. </li><li> Caricare l&#39;intero droga filatura (200 pl) nella siringa. Sovrapporre la droga con 100 microlitri di aria, al fine di consentire la soluzione completa da estrudere durante il processo di filatura. Nota: Per evitare l&#39;ostruzione dell&#39;ago, assicurarsi che non vi siano particelle o impurità (aggregati) nella droga filatura. Lavorare sotto cappa aspirante! </li><li> Attaccare la siringa riempita alla pompa siringa del dispositivo electrospinning e premere con cautela il pistone sulla siringa finché una goccia appare sulla punta dell&#39;ago. Bloccare il pistone. </li><li> Impostare la distanzatra la punta dell&#39;ago e il controelettrodo di 8-20 cm. </li><li> Avviare la pompa a siringa e rimuovere il (solito asciugato) gocciolina dall&#39;apertura dell&#39;ago. Attivare tutti gli impianti di sicurezza del dispositivo electrospinning immediatamente e iniziare la sorgente ad alta tensione, non appena compare una nuova goccia. Electrospinning della droga filatura inizierà successivamente. Utilizzare un cronometro per controllare la durata di filatura. Nota: Per evitare l&#39;essiccazione della soluzione e quindi intasamento dell&#39;ago, è necessario avviare immediatamente il processo di filatura dopo aver rimosso la gocciolina essiccata. </li><li> Poiché electrospinning di proteine ​​della seta ricombinanti ragno dipende umidità e temperatura, un adattamento dei parametri di processo verso condizioni di laboratorio individuali potrebbe essere necessario (Figura 2). Nota: per evitare il droplet da essiccazione (Figura 2B) consentire una portata sufficiente. Se c&#39;è un umidificazione bassaty nell&#39;atmosfera circostante, regolare l&#39;umidità relativa o aumentare la portata. Abbassare la tensione finché non si verifica una corretta cono Taylor (Figura 2A). Quando non vi è alcuna soluzione sulla punta (Figura 2C), sollevare la portata e abbassare la tensione finché si verifica una gocciolina. Quindi regolare tensione al fine di stabilire un regolare e stabile Taylor Cone (Figura 2A). </li><li> Dopo 30 sec / 60 sec / 90 sec di spegnere la pompa siringa electrospinning. Al fine di evitare le goccioline che cadono, attendere 10 secondi prima di spegnere l&#39;alta fonte di tensione per rilasciare la pressione residua nella siringa. </li><li> Passaggi 6 a 8 possono essere eseguite su diversi tipi di materiali filtranti, quali poliammide, polipropilene e tessuto non tessuto di poliestere mesh, nonché carta nera per il confronto. </li><li> Per produrre una mesh non tessuto per esperimenti stabilità successive, utilizzare carta nero invece del materiale filtrante ed effettuare i passaggi da 5 a 7. Dopo 5 min di electrospinning, stopil procedimento come descritto nel passaggio 8. </li></ol> 3. Post-trattamento di seta maglie non tessuti <ol><li> Pre-riscaldare un forno a 60 ° C. </li><li> Posizionare i supporti filtranti con eADF4 (C16) le maglie non tessuto in verticale e con una distanza minima di 2 cm in un contenitore di vetro chiuso a chiave. Il contenitore deve avere due aperture che saranno utilizzati per introdurre successivamente etanolo ed acqua. Nota: Nel fissare i materiali filtranti, assicurarsi che l&#39;area necessaria per esperimenti di permeabilità non sia danneggiata dalle pinze. </li><li> Collegare due 60 ml siringhe, uno pieno di etanolo e una con acqua, con tubi silicone puntano sul fondo interno del contenitore di post-trattamento (Figura 3). Nota: Per essere in grado di rimuovere il liquido dal contenitore dopo il trattamento, posizionare le aperture dei tubi il più vicino possibile al fondo. </li><li> Posizionare il contenitore di post-trattamento nel ovit e aggiungere 60 ml di etanolo estrudendo la siringa. Utilizzare un cronometro per controllare la durata del trattamento. </li><li> Dopo 90 min di etanolo trattamento dei vapori, rimuovere l&#39;etanolo con la siringa dal vetro, e aggiungere 60 ml di acqua dalla seconda siringa. </li><li> Attendere altri 90 minuti, quindi rimuovere l&#39;acqua e spegnere il forno. Per evitare goccioline di condensa, lasciare il contenitore nel forno finché non è completamente raffreddato. </li></ol> 4. Analisi di seta di ragno non tessuto mesh <ol><li> Preparare le maglie non tessuti di seta per le prove di stabilità su carta nera o qualsiasi altro supporto rimovibile. Tagliate due cornici di cartone e regolare nastro bi-adesivo. Premere un fotogramma nel mesh non tessuto di seta depositato sulla carta nera e utilizzare un bisturi per tagliare l&#39;eccesso di fibre di seta (mantenere le fibre in eccesso per la successiva SEM-Imaging). Rimuovere attentamente il telaio per staccare il tessuto dalla carta. Ripetere questa operazione con il secondo telaio(Figura 4). </li><li> Prova di tuffo pratiche: Tagliare un pezzo (1 cm 2) di ciascuno, la seta della maglia non tessuto post-trattati e non trattati e immergerlo in acqua deionizzata. La seta maglia non tessuto non trattato immediatamente sciogliere, mentre la maglia non tessuto trattata sarà stabile (figura 5). Dopo l&#39;immersione, essiccare il campione immerso e prepararlo per la SEM imaging. </li><li> Trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa (FTIR), la misurazione e la successiva Fourier auto-deconvoluzione (FSD): Al fine di ottenere informazioni circa i cambiamenti strutturali delle proteine ​​della seta su di post-trattamento delle maglie non tessuti, FTIR può essere applicato utilizzando i parametri: Trasmittanza -modalità di scansione da 800 a 4000 cm -1, 60 accumuli sono misurati e la media per ogni spettro, un riferimento è misurato per ogni spettro. Per l&#39;analisi quantitativa dei dati, FSD può essere impiegato (figure 6 e 7). In tal modo, le curve sono ridotte al dati arEA tra 1.590 e 1.705 centimetri -1 e una correzione di base viene eseguita. Dei minimi quadrati locale viene calcolato in base alle posizioni di punta tratti da studi precedenti (1611, 1619, 1624, 1630, 1640, 1650, 1659, 1666, 1680, 1691, 1698 centimetri -1) 22. </li><li> SEM Imaging: SEM può essere applicato per indagare diametri delle fibre e la morfologia delle fibre di seta su diversi substrati filtranti e di analizzare l&#39;influenza del post-trattamento sulla morfologia delle fibre (Figura 8). Utilizzare ingrandimenti di 5.000 x a 25.000 x al fine di ottenere immagini sufficientemente dettagliate. </li></ol> 5. Determinazione della permeabilità all&#39;aria <ol><li> Collocare un adeguato raccordo parte del materiale filtrante sull&#39;area di misurazione di un dispositivo di permeabilità all&#39;aria Akustron. Note :: Se si utilizza un altro tipo di dispositivo di permeabilità all&#39;aria, assicurarsi che soddisfi i requisiti della norma DIN 53 887, DIN 53 120, ISO 9237 e ASTM D 737-96 standard. </li><li>Utilizzare un dispositivo di permeabilità all&#39;aria Akustron (o di qualsiasi altro, come raffigurato in 5.1). Se necessario calcolare i dati normati [l / (m 2 x sec)]. </li><li> Ripetere i passaggi 1 e 2, almeno 10 volte con diverse parti del tuo campione e calcolare la media aritmetica (Figura 9). Nota: Misurazione permeabilità all&#39;aria richiede il contatto del dispositivo e la maglia non tessuto. Così, un&#39;attenta gestione dei campioni è essenziale per impedire la rottura del delicato seta maglia tessuta. </li></ol> 6. Determinazione del filtro Efficienza <ol><li> Utilizzare una macchina con adeguato controllo della pressione e contatore di particelle, come una particella sizer universale (Palas GmbH, Karlsruhe, Germania). </li><li> Porre i campioni del filtro nel dispositivo di misura e di ritenzione di particelle (Figura 10). Aerosol: Di-etil-esil-sebacat (DEHS); dimensioni delle particelle: 0,3-3 micron; durata: 30 sec; velocità del liquido: 2,350 cm / sec; Portata aria: 3.400 m 3 / h. <br/&gt; Nota: maneggiare il campione con cura e non toccare la superficie per evitare la distruzione della maglia di tessuto non tessuto e di evitare ogni inquinamento. Assicurarsi di creare un numero sufficiente di campioni di pari qualità per misure di performance. </li></ol>

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</ol>

Non abbiamo nulla da rivelare.

Nuovi dispositivi filtranti devono consentire l&#39;abbassamento del consumo complessivo di energia nella filtrazione aria a costanti o superiore efficienza del filtro. Qui, tali dispositivi sono stati creati utilizzando tessuti realizzati in seta di ragno. Grazie alla sua bassa tensione superficiale ed elevata volatilità, HFIP è stato scelto come solvente adatto al processo electrospinning. Inoltre, le soluzioni acquose di seta sono stati testati in esperimenti precedenti, ma non le fibre potrebbero essere generati. Qui, sarebbe fondamentale utilizzare additivi al fine di abbassare la tensione superficiale e quindi migliorare le proprietà di filatura della soluzione. La fase più critica è quello di regolare le condizioni e la concentrazione di materiale utilizzato e solvente della soluzione di filatura, filatura altezza, tensione e velocità di estrusione. Durante la prestazione, per esempio intasamento della punta può essere impedita, fornendo la punta dell&#39;ago con l&#39;umidità sotto forma di vapore acqueo, ma qualsiasi tipo di aggiunte nel setup electrospinning possano successivamente disturbareil processo sensibile e campo elettrico. Parametri di processo essenziali (concentrazione, tensione, distanza, umidità) sono stati determinati individualmente svolgimento serie sperimentale separato (dati non riportati). Prendendo in considerazione tutti i parametri è fondamentale per prendersi cura di un sarto cono continuo e processo di filatura per creare fibre uniformi. L&#39;efficienza del filtro è uno dei parametri più importanti di materiali filtranti. Questo parametro è influenzato principalmente dalla struttura del materiale filtrante. Wovens ereditano dimensioni dei pori uniformi e successivamente coerente permeabilità all&#39;aria. È fondamentale creare omogenee maglie su questi materiali non tessuti template per riempire i pori e generare un filtro zero difetti. L&#39;efficienza del filtro in nostri filtri mostra una dipendenza diretta sulla durata filatura (delle proteine ​​della seta), e, pertanto, il numero di strati di maglie non tessuti. Gli spazi tra le fibre singole sono costantemente riempiti, consentendo il mantenimento of particelle più piccole. In questo lavoro abbiamo presentato un metodo per produrre un materiale filtrante romanzo con seta di ragno maglie non tessuti, mostrando ad alta efficienza filtrante. Pertanto, questi filtri sono candidati promettenti per il futuro utilizzo nei sistemi di filtrazione dell&#39;aria.

Grazie alla loro combinazione di forza ed estensibilità, fibre di seta di ragno in grado di assorbire più energia cinetica della maggior parte delle altre fibre naturali o sintetiche 1. Inoltre, a differenza dei materiali polimerici più sintetici materiali di seta sono atossici e biocompatibili e non causano reazioni allergiche quando incorporato 2,3. Rischi per la salute putativi possono essere evitati utilizzando seta di ragno. Queste caratteristiche fanno di seta di ragno molto attraente per una varietà di applicazioni mediche e tecniche. Dal momento che i ragni non possono essere coltivati ​​a causa del loro comportamento cannibale, metodi biotecnologici sono stati sviluppati per la produzione di proteine ​​della seta di ragno, sia a costi contenuti e in quantità sufficienti 4. La proteina ricombinante seta eADF4 (C16) è stato ingegnerizzato in base alla sequenza naturale di Araneus diadematus fibroina 4 (ADF4). eADF4 (C16) ha un peso molecolare di 48kDa 5 ed è solubile in vari solventi (hexafluoroisopropanol (HFIP) 6, acido formico 7 e tamponi acquosi) 8. eADF4 (C16) può essere trasformato in diverse morfologie come film 9, capsule 8, particelle 10, idrogel 11, 7 rivestimenti, fibre 12 e le maglie non tessuto 6. Grazie alla loro stabilità chimica, che forniscono a elevato potenziale in applicazioni del filtro. Qui vi presentiamo un protocollo per fabbricare dispositivi di filtraggio dell&#39;aria, in particolare una maglia non tessuto di proteine ​​della seta di ragno ricombinanti elettrofilati. Filatura Electrospinning o elettrostatici è una tecnica tipicamente impiegata per produrre fibre di polimeri con diametri nell&#39;intervallo di 10 nm -10 micron 13, e maglie non tessuti sono già stati studiati per applicazioni del filtro 14. In passato, electrospinning è stato applicato con successo per l&#39;elaborazione dei rigenerata 15, nonché ricombinante prodotta 16 seta di ragnoproteine. Tipicamente una tensione elettrica elevata (5-30 kV) è applicato ad una siringa e un controelettrodo (0-20 kV) immessi in una distanza di 8-20 cm. Il forte campo elettrostatico induce forze repulsive all&#39;interno della soluzione carica. Se la tensione superficiale viene superato, un cono Taylor si forma, e un getto sottile scoppia dalla punta 17,18. Dopo la formazione, le instabilità di flessione si verificano all&#39;interno del getto causando ulteriore allungamento come il solvente evapora, e una fibra solida è formata. Infine, la fibra viene depositato in modo casuale sulla controelettrodo come mesh non tessuto 19. Proprietà di fibre come topologia diametro e superficie (liscia, porosa) sono prevalentemente a carico dei parametri di soluzione come la concentrazione, la viscosità, energia libera di superficie e intrinseca conducibilità elettrica del solvente e la permeabilità 20. Electrospinning di eADF4 (C16) disciolto in HFIP risultati in fibre lisce con diametri da 80-1,100 nm a seconda della concentrazione proteica nella soluzione.eADF4 (C16) electrospun da HFIP visualizza una struttura predominantemente α-elica secondaria e le fibre sono solubili in acqua 6. Al fine di stabilizzare le fibre di seta, strutture β-foglio dovrà essere indotta dal successivo trattamento con etanolo. In contrasto con i metodi precedentemente stabiliti post-trattamento 21, in questo studio eADF4 (C16) non tessuti sono stati trattati con vapori di etanolo al fine di preservare la morfologia delle fibre di seta. Analisi della struttura secondaria è stata eseguita usando spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) e successiva Fourier auto-deconvoluzione (FSD) come descritto in letteratura 22. FSD è uno strumento di elaborazione del segnale che permette di risoluzione spettri FTIR costituito da più bande sovrapposte. In tal modo, le fasce indistinte del largo in mezzo io regione può essere ridotto utilizzando un filtro passa alto per ricevere uno spettro deconvoluto con migliori risoluzioni di punta. Al fine di valutare l&#39;efficiency di substrati filtranti integrate con le maglie non tessuto di seta, prove di permeabilità all&#39;aria sono stati eseguiti utilizzando un dispositivo Akustron secondo protocolli standard. I tassi di deposizione sono stati misurati utilizzando un Palas Particle Sizer universale.

filtro aria dispositivi tra cui maglie non tessuti di elettrofilate ricombinanti spider proteine ​​della seta

Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins

Basato sulla sequenza naturale di Araneus diadematus fibroina 4 (ADF4), la proteina ricombinante ragno di seta eADF4 (C16) è stato ingegnerizzato. Questa proteina altamente ripetitivo ha un peso molecolare di 48kDa ed è solubile in solventi diversi (esafluoroisopropanolo (HFIP), acido formico e tamponi acquosi). eADF4 (C16) offre un elevato potenziale per varie applicazioni tecniche quando trasformato in morfologie come film, capsule, particelle, idrogel, rivestimenti, fibre e mesh non tessuti. Grazie alla loro stabilità chimica e morfologia controllata, quest&#39;ultima può essere utilizzata per migliorare i materiali filtranti. In questo protocollo, vi presentiamo una procedura per aumentare l&#39;efficienza dei diversi dispositivi di filtraggio dell&#39;aria, dalla deposizione di maglie non tessuti di proteine ​​della seta di ragno ricombinanti elettrofilati. Electrospinning di eADF4 (C16) disciolto in risultati HFIP in fibre lisce. Variazione della concentrazione proteica (5-25% w / v) risultati in diversi diametri delle fibre (80-1,100 nm) equindi dimensioni dei pori della maglia non tessuto. Post-trattamento di eADF4 (C16) electrospun da HFIP è necessaria poiché la proteina visualizza una struttura predominantemente α-elica secondaria in fibre filate di fresco, e quindi le fibre sono solubili in acqua. Successivo trattamento con vapore di etanolo induce la formazione di resistente all&#39;acqua, strutture β-sheet stabili, conservando la morfologia delle fibre di seta e maglie. Analisi della struttura secondaria è stata effettuata utilizzando la trasformata di Fourier spettroscopia infrarossa (FTIR) e la successiva Fourier auto-deconvoluzione (FSD). L&#39;obiettivo primario è stato quello di migliorare l&#39;efficienza del filtro di substrati filtro esistente con l&#39;aggiunta di strati di tessuto non tessuto di seta sulla parte superiore. Per valutare l&#39;influenza della durata electrospinning e spessore di strato così nontessuto sull&#39;efficienza filtro, abbiamo eseguito prove di permeabilità dell&#39;aria in combinazione con misure di deposizione di particelle. Gli esperimenti sono stati condotti secondo la normaprotocolli.

Electrospinning di soluzioni seta ragno ricombinanti con concentrazioni del 10% w / v di HFIP comportato fibre lisce con diametri da 80 a 120 nm, permettendo la formazione di maglie non tessuti. Post-trattamento con vapori di etanolo non ha portato a cambiamenti morfologici evidenti, che è stato, pertanto, istituito come un modo corretto di seta tessuto post-trattamento (Figura 8). I cambiamenti strutturali sono stati rilevati utilizzando FT-IR e la successiva FSD di mezzo io band è stata effettuata per analizzare i picchi singolo contributo (Figura 6). Si è potuto dimostrare che il post-trattamento porta ad un aumento di strutture β-sheet, mentre il contenuto di und strutture random coil α-elicoidali diminuisce (Figura 7). Questo risultato può essere praticamente dimostrata immergendo un post-trattato non tessuto in acqua (Figura 5). Anche dopo una settimana, si verificherà alcuna dissoluzione della mesh non tessuto. La filatura durazione è il parametro più importante riguardante l&#39;applicazione di tessuti non tessuti di seta in materiali filtranti a causa della caduta di pressione in base alla crescente densità delle fibre elettrofilate. Esteso filatura durate und così un maggior numero di strati in fibra risultato una diminuzione esponenziale di permeabilità all&#39;aria. Questo effetto potrebbe essere rilevata per tutti i diversi materiali di substrato filtro prima e dopo il trattamento (Figura 9). Analogamente, l&#39;efficienza di filtrazione dei materiali filtranti seta contenenti particelle sub-micrometriche aumenta (Figura 10). Anche brevi periodi di filatura (30 sec) guadagnano basse efficienze filtranti superiori durate filatura (90 sec) portano ad una maggiore efficienza. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1.jpg" /> Figura 1. Elevata tensione elettrica (0-30 kV) i<html> s applicato ad una siringa riempita con una soluzione di seta, ed un controelettrodo (0-20 kV) viene posto in una distanza di 8-20 cm. Questa configurazione porta ad un forte campo elettrostatico, inducendo forze repulsive all&#39;interno della soluzione carica. Se la tensione superficiale viene superato, un cono Taylor si forma, e un getto sottile scoppia dalla punta. Dopo la formazione, le instabilità di flessione si verificano all&#39;interno del getto causando ulteriore allungamento come il solvente evapora, e una fibra solida è formata. Infine, la fibra viene depositato in modo casuale sulla controelettrodo nella forma di una maglia non tessuto. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig2.jpg" /> Figura 2. Fotografie di un regolare Taylor cono (A), una gocciolina essiccata (B), e la configurazione senza gocciolina (C). iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg &quot;/&gt; Figura 3. Procedura schematica durante vapore post-trattamento. Nella prima fase, la camera è piena di etanolo, e il campione è cotto a vapore a 60 ° C per 90 min. Al fine di ammorbidire le maglie non tessuti per la successiva manipolazione, l&#39;etanolo viene rimosso e le fibre sono cotte a vapore con vapore d&#39;acqua per 90 min a 60 ° C. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig4.jpg" /> Figura 4. Fotografia di un telaio di cartone con annessi maglie non tessuti di seta da utilizzare per il post-trattamento. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig5.jpg" /> Figura 5. ElectrospNazioni Unite e successivamente post-trattamento non tessuto in stato secco (A) e sotto l&#39;acqua (B). <img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6.jpg" /> Figura 6. Fourier auto-deconvoluto assorbanza spettro di una ammide I banda di un non trattato (A) e un post-trattato (B) seta di ragno non tessuto mesh. La linea continua mostra la banda di assorbanza risultante dai picchi di singolo contributo (linee tratteggiate) come derivata dopo deconvoluzione. L&#39;assegnazione delle rispettive curve si è basata su valori precedentemente pubblicati dalla letteratura 22. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . <img alt="Figura 7" fo:conten<html> t-width = &quot;5in&quot; fo: src = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg&quot; /&gt; Figura 7. Contenuto di struttura secondaria di maglie non tessuti non trattati e post-trattato eADF4 (C16). <img alt="Figura 8" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8.jpg" /> Figura 8. Immagini SEM di electrospun eADF4 (C16)-fibre su diversi substrati di filtro: poliammide (PA), poliestere (PE), polipropilene (PP) e puro eADF4 (C16) le fibre prima (S1) e dopo (S2) post- trattamento con il vapore di etanolo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig8large.jpg" target="_blank">Clicca qui per ingrandire la figura</a> . / Ftp_upload/50492/50492fig9.jpg &quot;/&gt; Figura 9. Prove di permeabilità dell&#39;aria, prima (A) e dopo il trattamento (B) della seta maglie non tessuto con vapore di etanolo, aumentando i tempi di filatura portano a più strati non tessuti abbassando successivamente la permeabilità all&#39;aria. <img alt="Figura 10" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10.jpg" /> Figura 10. Efficienza di aerosol di-etil-esil-sebacat su elettrofilati seta di ragno maglie non tessuto di poliammide materiali filtranti a diverse durate spinning, che influiscono sulla quantità strato di seta, dopo il trattamento con etanolo.

Fibre di seta di ragno mostrano straordinarie proprietà meccaniche. Engineered<em&gt; Araneus diadematus</em&gt; Fibroina 4 (eADF4) può essere trasformato in mesh non tessuti utilizzando electrospinning. Qui, i eADF4 maglie non tessuti sono utilizzati per migliorare le prestazioni dei dispositivi di filtraggio dell&#39;aria.

Filtro aria dispositivi tra cui maglie non tessuti di elettrofilate ricombinanti Spider Proteine ​​della Seta

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è migliorare i materiali filtranti commerciali mediante il deposito di reti non tessute in seta di ragno per la filtrazione di particelle di piccole dimensioni. In primo luogo, sciogliere le proteine ricombinanti di seta di ragno liofilizzate in HFIP per produrre una soluzione adatta alla filatura. Successivamente, elettrofilare la soluzione su diversi materiali filtranti, che vengono così ricoperti da uno strato di seta non tessuto.Successivamente, trattare le fibre di seta submicrometriche con vapore di etanolo al fine di indurre strutture stabili e solubili in acqua, per ammorbidire i non tessuti e facilitarne la manipolazione successiva. L'umidificazione dei campioni con vapore acqueo mostra chiaramente una dipendenza tra la durata della filatura e quindi lo spessore degli strati, e l'efficienza del filtro, basata su misurazioni di filtrazione delle particelle. Rispetto alla soffiatura a fusione di polimeri sintetici, l'elettrofilatura produce fibre con un diametro circa 10 volte più piccolo e una distribuzione dimensionale ridotta.È importante notare che l'uso di ragnatele biocompatibili e biodegradabili in nano-fibre riduce il presunto rischio per la salute associato ad altre fibre polimeriche. Pertanto, questo metodo può risultare promettente nel campo della filtrazione tecnica. Può inoltre essere applicato a sistemi medici, come dispositivi per la copertura delle ferite, in cui le tele di ragno sotto forma di reti non tessute possono favorire la guarigione delle lesioni.L'idea iniziale di questo metodo è nata quando abbiamo tentato di produrre fibre di seta di ragno mediante diverse tecniche. I diametri ridotti ottenuti con la filatura elettrostatica hanno suggerito l'idea di utilizzarle in dispositivi per la filtrazione dell'aria. Aggiungere a 20 milligrammi di proteina liofilizzata 200 microlitri di HFIP e sigillare il contenitore con del nastro in politetrafluoroetilene; vortexare la sospensione per la filatura per un minuto, agitare fino a ottenere una soluzione limpida e incubare a temperatura ambiente durante la notte. Per preparare il dispositivo di filatura elettrostatica, posizionare il materiale filtrante sopra l'elettrodo contro, impostare preventivamente la tensione sia dell'elettrodo che dell'elettrodo contro.Quindi impostare il flusso volumetrico. Poiché verrà evaporato HFIP tossico, assicurarsi che il dispositivo di elettrofilatura sia collegato a una cappa aspirante. Per generare un cono ben definito, affilare la punta aguzza di un ago da 20 gauge fino a una lunghezza residua di 30 millimetri.Quindi collegare l'ago a una siringa da un millilitro. Caricare l'intera soluzione polimerica nella siringa, quindi sovrapporre alla soluzione 100 microlitri di aria per consentire l'estruzione completa della soluzione durante il processo di filatura. Successivamente, fissare la siringa riempita alla pompa per siringa del dispositivo di elettrofilatura.Premere delicatamente il pistone sulla siringa fino a quando non appare una goccia sulla punta dell'ago. A questo punto, bloccare il pistone. Impostare la distanza tra la punta dell'ago e l'elettrodo contatore tra otto e venti centimetri.Dopo aver collegato la sorgente di alta tensione, avviare la pompa per siringa e rimuovere la goccia dall'apertura dell'ago. Attivare immediatamente tutte le installazioni di sicurezza del dispositivo di elettrofilatura e accendere la sorgente di alta tensione. Non appena appare una nuova goccia.Utilizzare un cronometro per controllare la durata della filatura, poiché la elettrofilatura delle proteine ricombinanti della seta di ragno dipende dall'umidità e dalla temperatura e potrebbe essere necessaria l'adattamento dei parametri del processo alle condizioni specifiche del laboratorio. Dopo un tempo definito di elettrofilatura, spegnere la pompa per siringa. Dopo 10 secondi, spegnere la fonte di alta tensione per produrre una maglia non tessuta.Per esperimenti successivi di stabilità. Utilizzare carta nera al posto del materiale filtrante. Dopo cinque minuti di elettrofilatura, interrompere il processo come mostrato in precedenza in un forno preriscaldato a 60 gradi Celsius.Posizionare verticalmente i substrati filtranti con maglie non tessute. Lasciare una distanza minima di due centimetri tra i campioni e le pareti di un contenitore in vetro richiudibile dotato di due aperture. Per l'introduzione del solvente, collegare due siringhe da 60 millilitri, una riempita con etanolo e una con acqua, mediante tubi di silicone orientati verso il fondo interno del contenitore per il post-trattamento.Posizionare il contenitore post-trattamento in forno e aggiungere 60 millilitri di etanolo espellendo la siringa. Utilizzare un cronometro per controllare la durata del trattamento. Rimuovere l'etanolo con la siringa dal vetro, aggiungendo ora 60 millilitri di acqua dalla seconda siringa nell'arco di altri 90 minuti.Quindi rimuovere l'acqua e spegnere il forno. Per evitare gocce dovute alla condensa, rimuovere il contenitore dal forno solo quando si sarà completamente raffreddato. Per i test di stabilità, utilizzare reti di seta non tessute filate su carta nera o qualsiasi altro supporto rimovibile.Regolare il nastro adesivo doppio. Quindi ritagliare due telai dal cartone. Premere un telaio sulla maglia non tessuta di seta depositata su carta nera.Quindi tagliare l'eccesso di rete non tessuta e rimuovere con cura la cornice. Successivamente, fissare la seconda cornice, nello stesso modo.Per il test pratico di immersione, prendere i campioni della maglia non tessuta di seta post-trattata e non trattata e immergerli in acqua deionizzata. Osservare come la maglia non tessuta di seta non trattata si sciolga immediatamente. Mentre la maglia non tessuta trattata è stabile, lasciarla asciugare all'aria.Il campione per l'analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM), applicare la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier per ottenere informazioni sulle modifiche strutturali delle proteine della seta a seguito del trattamento post-produzione delle maglie non tessute. Selezionare la modalità trasmissione e impostare la scansione da 800 a 4.000 centimetri inversi. Effettuare 60 accumuli con media per ciascuno spettro e una misura di riferimento per ogni spettro.Per M, per l'analisi quantitativa dei dati, utilizzare la deconvoluzione di Fourier automatica. Impostare le curve sui numeri d'onda compresi tra 1.590 e 1.705 cm⁻¹, includendo anche una correzione della linea di base. Successivamente, calcolare un adattamento ai minimi quadrati locale come descritto da Schu e colleghi nel 2006.Successivamente, utilizzare l'immagine al microscopio elettronico a scansione (SEM) per analizzare i diametri delle fibre e la morfologia delle fibre di seta su diversi substrati filtranti e valutare l'influenza del trattamento post-produzione sulla morfologia delle fibre. Utilizzare ingrandimenti compresi tra 5.000 e 25.000 volte per ottenere immagini sufficientemente dettagliate. Posizionare innanzitutto una porzione adeguata del materiale filtrante sulla zona di misurazione dello strumento.Utilizzare un dispositivo di permeabilità all'aria acutron seguendo le istruzioni del produttore e annotare i dati normalizzati. Dopo aver raccolto i dati da almeno 10 diverse parti del campione, calcolare la media aritmetica per determinare l'efficienza del filtro. Utilizzare un'apparecchiatura adeguata dotata di controllo della pressione e contatore di particelle, come un analizzatore universale di dimensioni delle particelle.Maneggiare il campione con cura e non toccare la superficie per evitare la distruzione della maglia non tessuta e prevenire qualsiasi contaminazione. Assicurarsi di produrre un numero sufficiente di campioni di qualità uniforme per le misurazioni delle prestazioni. L'elettrofilatura della seta di ragno ricombinante con concentrazioni del 10% peso/volume in HFIP su diversi materiali filtranti come poliammide, polipropilene e poliestere ha prodotto fibre lisce con diametri compresi tra 80 e 120 nanometri, consentendo la formazione di maglie non tessute su diversi materiali filtranti.Il trattamento post-operatorio con vapore di etanolo non ha portato a cambiamenti morfologici evidenti, stabilendosi quindi come un metodo appropriato per il trattamento post-operatorio dei tessuti non tessuti in seta. I cambiamenti strutturali sono stati rilevati mediante FTIR ed è stata successivamente eseguita l'FSD delle bande Amid IB per analizzare i singoli picchi di contribuzione. In modo interessante, il trattamento post-operatorio provoca un aumento delle strutture a foglietto beta, mentre il contenuto di strutture ad elica alfa e a coil casuale diminuisce.Questo risultato può essere dimostrato praticamente immergendo una maglia non tessuta di seta pretrattata in acqua. Come mostrato in precedenza, la durata della filatura è il parametro più importante per quanto riguarda l'applicazione delle maglie non tessute di seta in materiali filtranti: durate di filatura più lunghe, e quindi un numero maggiore di strati di fibre, determinano una diminuzione esponenziale dell'aria. Allo stesso modo, l'efficienza di filtrazione dei materiali filtranti contenenti seta nei confronti di particelle submicrometriche aumenta dopo il loro sviluppo.Questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo dei materiali bio-ispirati per esplorarne il grande potenziale in applicazioni tecniche. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come processare proteine ricombinanti della seta di ragno in reti non tessute di dimensioni submicrometriche. Utili per la filtrazione di particelle piccole.Non dimenticare che lavorare con HFIP può essere estremamente pericoloso e che precauzioni come l'utilizzo di una cappa aspirante devono sempre essere considerate durante l'esecuzione della procedura.

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