Preparazione di silice funzionale utilizzando un metodo bioinalati

I principali vantaggi di questo metodo sono che è veloce, facile, ecologico e consente la personalizzazione dei materiali. Questo metodo può fornire informazioni su come si forma la silice bioispirata, sui modi disponibili di incorporazione delle biomolecole e sul trattamento post-sintetico dei materiali. In generale, le persone che non conoscono questo metodo avranno difficoltà perché la formazione di silice è rapida e una quantità specifica di acido deve essere aggiunta rapidamente per ottenere i risultati ottimali.

Abbiamo avuto l'idea di questo metodo per la prima volta quando ci siamo resi conto di quanto fosse lieve, in modo tale che le condizioni fossero compatibili con gli enzimi. Abbiamo pensato di utilizzare questo metodo per migliorare le prestazioni e la stabilità degli enzimi. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale in quanto la fase di neutralizzazione degli acidi è la più importante per le proprietà finali del materiale.

Per prima cosa, pesare 318,2 milligrammi di silicato di sodio pentaidrato in un contenitore di plastica da 180 millilitri e sciogliere in 20 millilitri di acqua deionizzata. In un secondo contenitore, pesare 58,1 milligrammi di pentaetilene esame o PEHA e sciogliere in 20 millilitri di acqua deionizzata. Sottrarre questa quantità di acqua dal volume di acqua deionizzata da utilizzare per la dissoluzione del silicato di sodio pentaidrato.

Per eseguire l'incapsulamento in situ durante la sintesi, sciogliere una massa predeterminata di proteine in cinque millilitri di acqua deionizzata e porre la soluzione in frigorifero per la dissoluzione totale. Controllare di tanto in tanto l'andamento della dissoluzione, preferibilmente senza mescolare. Unire le soluzioni di silicato di sodio pentaidrato e PEHA in uno dei contenitori e aggiungere acqua deionizzata sufficiente a rendere il volume della soluzione finale di 41,5 millilitri.

Posizionare il composto appena preparato sopra una piastra di mescolamento e aggiungere una barra di mescolamento per fornire una miscelazione uniforme. Quindi, sospendere una sonda di pH nella soluzione di agitazione e registrare il pH iniziale. Iniziare la sintesi aggiungendo una quantità predeterminata di acido cloridrico monomolare e osservare l'evoluzione immediata della torbidità.

Il primo passo critico è la rapida aggiunta di acido per avviare la formazione di silice. Il pH deve essere abbassato a sette il più velocemente possibile. Se è in corso l'incapsulamento, aggiungere la soluzione incapsulante non appena l'aggiunta di acido è completa.

Quindi registrare il pH dopo cinque minuti per determinare il completamento della reazione. Dopo che la reazione ha raggiunto il completamento, modificare la composizione della silice prodotta aggiungendo altro acido cloridrico alla miscela fino a raggiungere il pH desiderato tra due e sette e lasciare stabilizzare la sospensione per circa un minuto. Successivamente, travasare la sospensione di silice bioispirata in provette da centrifuga da 50 millilitri, quindi centrifugare la sospensione a 5.000 g per 15 minuti.

Dopo la centrifugazione, rimuovere il surnatante e conservarlo per ulteriori analisi. Riempire le provette da centrifuga con acqua deionizzata e risospendere la silice utilizzando un miscelatore a vortice. Nel caso dell'incorporazione di biomolecole, un passaggio critico consiste nel fornire i surnatanti provenienti dal lavaggio con silice bioispirata per essere ulteriormente analizzati.

Dopo aver ripetuto due volte le fasi di centrifugazione e risospensione, rimuovere il surnatante e raschiare la silice in crogioli di ceramica. Asciugare la silice in forno per una notte a 85 gradi Celsius. In una fiala di plastica da cinque millilitri, diluire 300 microlitri di reagente blu di molibdeno precedentemente preparato con tre millilitri di acqua deionizzata.

Quindi, aggiungere 10 microlitri di soluzione per il test dell'acido salicico e agitare per mescolare. Dopo 15 minuti, aggiungere 1,6 millilitri di agente riducente del para-amminofenolo solfato precedentemente preparato per ridurre il complesso giallo del silicomolibdato al suo isomero blu. Successivamente, misurare l'assorbanza del campione a 810 nanometri in uno spettrofotometro UV-vis e calcolare la concentrazione di silicio rispetto a una curva di calibrazione.

Utilizzando i puntali per pipette monouso, aggiungere una quantità predeterminata di reagente Bradford e campione in ciascuna cuvetta assegnata. Mescolare ogni cuvetta capovolgendola tre volte e lasciare sviluppare per 10 minuti. Successivamente, misurare l'assorbanza a 595 nanometri utilizzando il surnatante puro come bianco.

Calcolare l'assorbanza originale di ciascuna cuvetta sottraendo l'assorbanza del campione di controllo da ogni misurazione. A questo punto, è possibile creare una curva di calibrazione per ogni serie di esperimenti tracciando l'assorbanza misurata rispetto alla concentrazione di BSA per evitare fluttuazioni casuali che potrebbero influire sulla sensibilità del test. Infine, determinare il contenuto proteico per ciascun campione durante la risospensione per monitorare la possibile perdita di proteine.

La resa della reazione di formazione della silice è tipicamente del 58 più o meno il 6,5%Il metodo spettroscopico del blu di molibdeno ha rilevato la quantità di specie di silicati monomerici non reagiti, nonché quelle specie che hanno reagito per formare polisilicati o oligomeri ma non sono riuscite a raggiungere dimensioni sufficienti per coagulare. Una volta completata la coagulazione, le superfici dei materiali possono essere facilmente modificate attraverso l'uso dell'eluizione acida che consente la messa a punto delle proprietà del materiale come la composizione, la porosità e l'attività chimica dell'additivo. Circa il 50% di BSA è stato rilevato nel surnatante dopo la prima centrifugazione, il che si riferisce al 50% di efficienza di immobilizzazione.

Poiché non è stata rilevata BSA nei lavaggi successivi, la BSA è stata incapsulata in modo sicuro durante la sintesi senza lisciviazione. Lo spettro FTIR della silice ha mostrato bande ammidiche caratteristiche nei campioni con BSA ma non nei campioni di controllo. Quando la BSA è stata aggiunta ai reagenti non reagiti, non ci sono state differenze considerevoli nell'efficienza di immobilizzazione o nella quantità di BSA nel composito risultante.

Quando il BSA è stato aggiunto durante la formazione della silice, l'efficienza di immobilizzazione e la quantità di BSA nel prodotto erano significativamente inferiori. Una volta padroneggiata, questa tecnica può essere eseguita in meno di cinque minuti se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di essere precisi con i pesi e i volumi dei reagenti e di aggiungere rapidamente l'acido in una sola dose.

Seguendo questa procedura, è possibile eseguire altri metodi come FTIR, SCM, porosimetria e saggi enzimatici per rispondere a ulteriori domande sulle proprietà e la morfologia del materiale, nonché sull'attività delle biomolecole. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha aperto la strada ai ricercatori nel campo della formazione di silice bioispirata per esplorare un metodo veloce, facile, controllabile e rispettoso dell'ambiente per sintetizzare la silice con la capacità di incapsulare in situ le biomolecole. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come sintetizzare la silice utilizzando un metodo bioispirato, incapsulare le biomolecole in situ, misurare l'efficienza dell'incapsulamento ed eseguire l'eluizione post-sintetica degli additivi.

Non dimenticare che lavorare con ammine, acidi, biomolecole può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni come DPI e prevenzione delle fuoriuscite.