Name: Molecolare Entanglement e Electrospinnability di biopolimeri (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-03T15:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: Scopri come valutare l'elettrofilatura di biopolimeri come amido e pullulan mediante test reologici di taglio. Questo metodo consente di correlare la viscosità con la capacità di elettrofilatura.

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Questo lavoro è finanziato in parte dall&#39;Istituto USDA Nazionale per l&#39;Alimentazione e l&#39;Agricoltura, Programma Nazionale di sovvenzioni competitive, National Research Initiative Programma di 71,1 dell&#39;esercizio 2007 come Grant No 2007-35503-18392, e National Institutes of Health, Istituto per le allergie e malattie infettive , R33AI94514-03.

1 Spinning Dope Preparazione <ol><li> Preparare una serie di concentrazioni di biopolimeri da indagare (0,1% al 30%, w / v) ed essere sicuri di prendere in considerazione il contenuto di umidità della polvere biopolimero in questi calcoli. Per ogni concentrazione, pesare il biopolimero (amido o pullulano) in polvere in una provetta da 50 ml. Aggiungere la soluzione acquosa dimetilsolfossido (DMSO) e un ancoretta. </li><li> Posizionare il tubo in acqua bollente con agitazione costante su un agitatore magnetico piastra. </li><li> Dopo circa 1 ora, spegnere il calore e lasciare la dispersione raffreddare a temperatura ambiente. La dispersione è quindi pronto per il test reologiche e electrospinning. </li></ol> 2. costante Shear reologia <ol><li> Riscaldare il reometro e impostare la temperatura dello stadio a 20 ° C. Calibrare il divario tra il (mm cono 25 usato) Sonda e la fase (piastra). </li><li> Carico 0,41 ml della dispersione biopolimero sul centro del palco e abbassare la sonda per impostare il positisu (0,053 millimetri divario per 25 millimetri cono). Assicurarsi che la dispersione si diffonde in modo uniforme all'interno del gap. </li><li> Eseguire il test reologici con i seguenti parametri sperimentali: modalità sweep: log, velocità iniziale: 100 sec -1, tasso finale: 0.1 sec -1, punti per decade: 10, ritardo prima misura: 5 sec, tempo di misurazione: 10 sec, e indicazioni per misura: due (sia in senso orario e antiorario). </li><li> Analizzare i dati reologici per stimare le concentrazioni adeguate di dispersione per elettrospinning prove. <ol><li> Tracciare viscosità apparenti shear contro shear rate in funzione delle concentrazioni di polimero. Per ogni curva di flusso, approssimative viscosità a zero shear, η 0, dai valori reali o estrapolati (ad esempio, a concentrazioni basse, dove i dati relativi alla frequenza di taglio basso sono inaffidabili) per la viscosità apparente a 0.1 sec - 1. </li><li> Calcola viscosità specifico: η sp = (η 0 - η s)η / s, dove s η è la viscosità del solvente. </li><li> Tracciare viscosità specifici in funzione della concentrazione. Identificare i regimi disimpigliata e aggrovigliati semidilute. Il regime disimpigliata semidilute inizia dalla fine bassa concentrazione con una piccola pendenza, e il regime semidilute impigliato ha una maggiore pendenza seguendo il regime disimpigliata. Modelli legge di potenza regressione Fit in entrambi i regimi. I valori di potenza sono le piste (concentrazione dipendenza) in semidilute regimi disimpigliata e aggrovigliati su un grafico log-log. L'intersezione delle due linee a muro è la concentrazione entanglement, c e. </li></ol></li></ol> 3. Electrospinning parametro di variazione <ol><li> Assemblare la configurazione elettrospinning come mostrato in Figura 1. Caricare la siringa con dispersione di composizione appropriata, ad esempio, il 15% (w / v) di amido o pullulano in 100% DMSO, sulla pompa a siringa. Agganciare il filo ad alta tensione (positive) all'ago. Collegare il bagno di coagulazione contenente etanolo puro a terra immergendo il filo di terra (negativo) nel bagno. Utilizzare un jack laboratorio per regolare la distanza tra l'ago della siringa e bagno di coagulo. Immergere una rete metallica nella vasca da bagno per raccogliere il materassino di fibra dopo elettrospinning. </li><li> Spin il biopolimero nella seguente parametro varia: avanzamento 0,1-0,4 ml / h, la distanza che gira da 5 a 10 cm, e la tensione da 0 a 15 kV. <ol><li> Iniziare con una distanza di filatura di 5 cm. Per la prima velocità di avanzamento (0,1 ml / h), la rampa della tensione lentamente da 0 V. Prestare attenzione alla forma della dispersione estruso sulla punta dell'ago e notare quando la dispersione gocciolamento viene accelerato e poi allungata. </li><li> Nota la tensione alla quale un getto minuscolo avviato dalla superficie goccia, indicando electrospinnability della soluzione. Registrare la tensione alla quale un getto continuo avvia, se del caso. </li><li> Esaminare la gamma completa per ciascuno dei tre parameters e note condizioni di filatura di successo. Raccogliere le fibre solo quando vi è un getto continuo dalla punta. </li></ol></li><li> Dopo pochi minuti di raccolta, lavare il materassino di fibra con etanolo puro. Posizionare il materassino di fibra in un essiccatore contenente essiccante sotto vuoto. </li><li> Ripetere l'operazione per ciascuna concentrazione biopolimero per la caratterizzazione completa. </li></ol><img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51933/51933fig1highres.jpg" width="500"> Figura 1 Schema del setup elettro-wet-spinning. La dispersione biopolimero viene estrusa da una pompa a siringa. Un alimentatore in CC ad alta tensione fornisce alta tensione per l'ago smussato e motivi, la vasca di coagulazione. Il getto del polimero dalla punta dell'ago viaggia attraverso un percorso lineare e quindi sviluppa un rapido percorso di fustigazione (aka frustare instabilità). 4 Caratterizzazione morfologica<ol><li> Tagliare un pezzo di stuoia in fibra secca e immobilizzarlo su un stub per il SEM mediante nastro di carbonio. </li><li> Caricare lo stub del campione nello strumento SEM e ottenere immagini per l'analisi. </li></ol>

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</ol>

Gli autori dichiarano di non avere nulla da rivelare.

Reologia è uno strumento essenziale per studiare la lavorazione di polimeri, tra cui fibra di filatura convenzionale e electrospinning 13. Dagli studi di taglio costante reologiche del polimero, conformazione e le loro interazioni in diversi solventi possono essere risolti (figure 2 e 3). A concentrazioni non abbastanza alti per le molecole di biopolimeri si sovrappongono tra loro, la loro dipendenza concentrazione è stata di circa 1,4 (Figura 3), che era in ...

Electrospinning è una tecnica che è in grado di produrre micro continua a fibre nanoscala da un&#39;ampia varietà di materiali. Esso ha acquisito sempre maggiore accademico e industriale di interesse 1. Anche se la messa a punto e la pratica della elettrofilatura sembra semplice, la capacità di prevedere electrospinnability e controllare le proprietà della fibra rimane una sfida. Il motivo può risiedere nel fatto che ci sono molti fattori che influenzano il processo elettrospinning 2 e il processo, soprattutto percorsa dalla fibra, è caotica 1. Spesso un approccio &quot;cuoco-e-guardare&quot; empirica viene utilizzato per lo screening di potenziali materiali electrospinnable. Tuttavia, per ottenere un migliore controllo sul processo elettrofilatura e proprietà delle fibre che ne derivano, una più completa comprensione dei meccanismi che governano electrospinnability è richiesto. Diversi ricercatori hanno scoperto che l&#39;entanglement molecolare dei polimeri nella droga filatura è un essential prerequisito per il successo elettrofilatura 3 5. Reologia è un potente strumento per sondare conformazione molecolare e l&#39;interazione in dispersioni polimeriche. Per esempio, McKee et al. indagato la conformazione molecolare lineare e ramificata poli (etilene tereftalato-co-etilene isoftalato) copolimeri in un solvente contenente cloroformio / dimetil tereftalato (7/3, v / v), e determinato che la concentrazione del polimero doveva essere 2-2.5x la concentrazione di entanglement per elettrofilatura successo 4. Non ci sono attualmente rinnovato interesse per le fibre da biopolimeri a causa dei loro vantaggi in biodegradabilità, biocompatibilità, e rinnovabilità nei confronti dei loro omologhi sintetici. Eppure i praticanti affrontare molte sfide che derivano generalmente dalla loro complessità strutturale, la difficoltà nella lavorazione termica e inferiori proprietà meccaniche. L&#39;amido, che si trova nei tessuti vegetali, è among i biopolimeri più abbondanti e poco costosi sulla terra. Fibre di amido Pure fabbricati utilizzando un apparato elettro-filatura a umido sono stati recentemente descritti 6. Pullulan è un polisaccaride lineare prodotta extracellulare da alcuni batteri. L&#39;alternanza regolare di (1 → 4) e (1 → 6) obbligazioni glucosidici sono da ritenersi responsabili per diverse proprietà distintive di pullulan, tra cui eccellente fibra / filmogeno capacità di 7,8. Electrospinning di fibre pullulano di dispersione acquosa è stata riportata da un certo numero di ricercatori 9,10. Nelle nostre precedenti pubblicazioni, l&#39;electrospinnability di due biopolimeri, amido 11 e Pullulan 12, è stato discusso. Questa relazione si concentra sulla dimostrazione del protocollo per l&#39;utilizzo dei principi reologiche nelle indagini della electrospinnability di questi due biopolimeri.

<table><tbody><tr><td>Gelose 80 amido</td><td>Ingredion</td><td></td><td>Usato così com'è</td></tr><tr><td>Pullulan</td><td>Hayashibara Co. Ltd</td><td></td><td>Usato così com'è</td></tr><tr><td>Dimetil solfossido</td><td>BDH Sostanze chimiche</td><td>BDH1115-4LP</td><td></td></tr><tr><td>Etanolo</td><td>VWR International</td><td>89125-172</td><td>200 prova</td></tr><tr><td>Reometro</td><td>TA Strumenti</td><td>ARES&nbsp;</td><td>Geometria del cono e della piastra da 50 mm</td></tr><tr><td>Siringa (10 ml)</td><td>Becton, Dickinson and Company</td><td>309604</td><td>Siringa con Luer-Lok® Suggerimento</td></tr><tr><td>Generatore ad alta tensione</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc.</td><td>ES40P</td><td></td></tr><tr><td>Pompa a siringa</td><td>Hamilton Company</td><td>81620</td><td></td></tr><tr><td>Microscopio elettronico a scansione ambientale</td><td>FEI Company</td><td>Quanta 200</td><td>per fibre di amido Microscopio</td></tr><tr><td>elettronico a scansione ambientale</td><td>Phenom-World</td><td>Phenom G2 Pro</td><td>per fibre di pullulan</td></tr></tbody></table>

molecolare entanglement e electrospinnability di biopolimeri

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

Electrospinning è una tecnica affascinante per fabbricare micro fibre di nano-scala da una grande varietà di materiali. Per i biopolimeri, entanglement molecolare dei polimeri costituenti della droga filatura è risultata essere una condizione essenziale per il successo electrospinning. Reologia è un potente strumento per sondare la conformazione molecolare e l&#39;interazione di biopolimeri. In questo rapporto, dimostriamo il protocollo per l&#39;utilizzo reologia per valutare la electrospinnability di due biopolimeri, amido e pullulano, dalla loro dimetilsolfossido (DMSO) / dispersioni di acqua. Sono state ottenute le fibre di amido e Pullulan ben formati con diametri medi del submicron di gamma micron. Electrospinnability è stata valutata mediante osservazione visiva e microscopica delle fibre formate. Correlando le proprietà reologiche delle dispersioni al loro electrospinnability, dimostriamo che la conformazione molecolare, entanglement molecolare e viscosità di taglio tutti fattori che influiscono elettirospinning. Reologia non è utile solo in selezione del sistema solvente e ottimizzazione del processo, ma anche nella comprensione del meccanismo di formazione della fibra a livello molecolare.

Curve di flusso delle dispersioni biopolimeri in funzione della concentrazione biopolimero e la concentrazione di DMSO in solvente sono stati ottenuti. Due figure rappresentative mostrano le curve di flusso di amido (Figura 2A) e pullulano (Figura 2B) in funzione della loro concentrazione nel solvente DMSO puro. Le viscosità specifiche sono state rilevate in concentrazioni biopolimero (Figura 3A per l'amido e la Figura 3B per pullulano). Da queste trame...

Electrospinning è una tecnica affascinante utilizzata per fabbricare micro fibre di nano-scala da una grande varietà di materiali. Entanglement molecolare dei polimeri costituenti della droga filatura è essenziale per electrospinning successo. Vi presentiamo un protocollo per l&#39;utilizzo reologia per valutare la electrospinnability di due biopolimeri, amido e pullulano.

Molecolare Entanglement e Electrospinnability di biopolimeri

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di utilizzare studi radiologici per valutare la capacità di spin elettrico dei biopolimeri. Ciò si ottiene preparando prima le dispersioni di biopolimeri in solvente. Il secondo passo consiste nell'eseguire test radiologici puri sulle dispersioni.Successivamente, le dispersioni sono soggette a elettro filatura e si osserva la loro capacità di elettrorotazione. Il passaggio finale consiste nel correlare i dati di viscosità pura con la capacità di elettrospin. In definitiva, è possibile costruire una mappa di capacità di elettrospin in funzione della concentrazione del biopolimero e della composizione del solvente.Sebbene il metodo possa fornire informazioni sull'effetto dell'interazione molecolare sulla capacità di elettrospin dell'amido e dell'inquinante, può anche essere applicato all'elettrofilatura di altri sistemi polimerici. Iniziare il protocollo preparando una gamma di concentrazioni di massa di biopolimeri. Produrre campioni con concentrazioni di massa comprese tra lo 0,1 e il 30% pesando prima la polvere di biopolimero in una provetta da 50 millilitri.Per questo video, viene utilizzato l'amido mostrato qui o il polano, tenere conto del contenuto di umidità della polvere prima di aggiungere una soluzione acquosa di dimetilsolfossido. Fatto ciò, mettere un'ancoretta nella soluzione di biopolimero. Mettere la provetta in un becher contenente acqua sufficiente per immergere il campione.Posizionalo su un'agitazione magnetica o su una piastra calda e inizia a mescolare costantemente portando l'acqua a ebollizione. Mantieni questo per circa un'ora. Trascorsa l'ora, spegnete il fuoco e lasciate raffreddare la dispersione a temperatura ambiente.Una volta a temperatura ambiente, la dispersione è pronta per i test radiologici e l'elettrofilatura. Prima del test radiologico, riscaldare il TER e impostare la temperatura del tavolino a 20 gradi Celsius. Installare una sonda a cono da 25 millimetri e calibrare lo spazio tra essa e il tavolino.Quando è pronto. Caricare 0,41 millilitri di dispersione di biopolimero al centro del tavolino. Assicurati che la dispersione sia al centro del palco.Abbassare la sonda per impostare la posizione. Assicurarsi che la dispersione si diffonda uniformemente all'interno dello spazio. Eseguire il test radiologico in modalità logaritmica, iniziando a una velocità di taglio di 100 al secondo e terminando a 0,1 al secondo.Effettuare misurazioni sia in senso orario che antiorario dopo aver testato diverse concentrazioni di polimeri. Tracciare la viscosità apparente rispetto alla velocità di taglio per ogni concentrazione sullo stesso grafico di questo grafico per le gelatine 80 di amido in DMSO puro a 20 gradi Celsius. Questa è la trama analoga per Polan.Utilizzare i dati per approssimare le viscosità di taglio zero da ciò, determinare e tracciare la viscosità specifica del solvente in funzione della concentrazione utilizzando il grafico dell'amido JELLOS 80. Ad esempio, la regione con la pendenza minore è il regime semidiluito non entangled. La regione con la pendenza maggiore è il regime di entangled semi diluito.L'intersezione delle due linee montate è che la concentrazione di aggrovigliamento per l'amido nel DMSO puro è del 6,88%La concentrazione di aggrovigliamento in Polan nel DMSO puro è del 4,3%Il passo successivo è quello di assemblare l'impianto di elettrofilatura, che viene fatto in una cappa aspirante per sicurezza. Questo consiste in una pompa a siringa su un supporto che può essere regolato verticalmente. La pompa ospita una siringa con un ago smussato orientato verticalmente.Questi sono posti sopra un bagno di coagulazione contenente etanolo puro. Utilizzare un alimentatore CC ad alta tensione e collegare un filo al suo terminale di terra ed estenderlo al bagno di coagulazione. Per mettere a terra il bagno di coagulazione.Immergere l'altra estremità del filo nell'etanolo e fissarlo. Successivamente, rimuovere la siringa per la pompa e riempirla con una composizione di dispersione superiore alla concentrazione di entanglement identificata. Negli esperimenti radiologici, montare la siringa sulla pompa.Quindi estendere un filo dal terminale positivo dell'alimentatore ad alta tensione e agganciarlo all'ago della siringa prima dell'elettrofilatura. Inserire una rete metallica nella vasca da bagno per raccogliere il tappetino in fibra. Impostare anche la distanza tra la punta dell'ago e la superficie del bagno di coagulazione.La distanza di rotazione inizia con una distanza di rotazione di sette centimetri. Impostare la velocità di alimentazione della pompa a siringa su 0,1 millilitri all'ora. Quindi, partendo da zero volt, aumentare lentamente la tensione fino a un massimo di 15 kilovolt.Prestare attenzione alla forma della dispersione estrusa alla nota della punta dell'ago, quando la dispersione gocciolante viene accelerata e poi allungata. Continua l'esperimento esplorando l'intervallo di velocità di alimentazione della tensione da 0,1 a 0,4 millilitri all'ora e le distanze di rotazione da cinque a 10 centimetri. Se dalla punta viene avviato un getto continuo, è stata ottenuta l'elettrofilatura, che consente alle fibre di raccogliersi nel bagno.Assicurati di registrare i parametri e raccogliere le fibre. Sciacquare il tappetino in fibra raccolto con etanolo puro. Quindi metterlo in un essiccante contenente essiccante sotto vuoto.Una volta dimostrata la capacità di rotazione degli elettropolimeri, passare a un'altra dispersione e ripetere i passaggi fino a quando ogni concentrazione di biopolimero non è stata testata. Questa è un'immagine al microscopio elettronico a scansione di fibre ben formate prodotte dall'elettrofilatura della dispersione polacca. La dispersione ha formato un getto stabile e continuo e ha portato a fibre lisce senza goccioline.Al contrario, si tratta di fibre spon mal formate. Si notino le minuscole goccioline che derivano dall'incapacità della dispersione di formare un getto stabile. Risultati simili sono stati ottenuti con l'amido di gelatina 80.Si noti che le fibre spesse con superficie ruvida derivano da una dispersione troppo viscosa per sviluppare instabilità da montatura. L'elettrofilatura è stata tentata per una serie di dispersioni di polano e amido. Questi grafici riassumono la valutazione della capacità di spin degli elettros in funzione del DMSO, della concentrazione nel solvente e della concentrazione del biopolimero nella dispersione.Una buona capacità di rotazione elettrica è indicata con i cerchi. La scarsa capacità di rotazione degli elettros è contrassegnata dai diamanti. La X è marcata dispersioni per le quali non è stato possibile ottenere l'elettrofilatura.Le concentrazioni di entanglement sono approssimativamente etichettate. Le aree ombreggiate rappresentano approssimativamente le regioni di elettrospinn. Non dimenticare che lavorare con l'alta tensione dell'elettrofilatura può essere estremamente pericoloso.Quindi, durante l'esecuzione della procedura, prendere precauzioni, come assicurarsi che l'app si eserciti correttamente a terra, far funzionare il cappuccio della pellicola ed evitare brevi posizioni di rotazione.

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Lifetime Imaging di fluorescenza (FLIM) è emersa come una tecnica fondamentale per l'immagine l'ambiente e l'interazione di proteine ​​specifiche e coloranti nelle cellule viventi. FLIM fluorescenti di rotori molecolari consente mappatura di viscosità in cellule viventi.

Lifetime Imaging di fluorescenza di rotori molecolari nelle cellule viventi

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Molecolare Entanglement e Electrospinnability di biopolimeri

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