Name: バイオ機能ナノファイバーを製造するための手順 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-10T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 39 s
Description: 学ぶ、電気紡糸法を用いてタンパク質と特異的に結合する機能性ナノファイバーの製造法。ブロック共重合体の合成と特性評価、IgE抗体との結合解析により、バイオセンシングや医療診断への応用可能性を示します。

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1。 αの合成、ω-ジヒドロキシポリマー[HO-PEO-P2MS-PEO-OH] <ol><li> 図1に示すように、重合反応器を組み立てます。この実験のための反応器は、標準的なテーパージョイント外側（Chemglass）、三方活栓を持つ2つのフロー制御アダプタ（Chemglass）、および1テフロン攪拌棒を有する2口フラスコ100mlの丸底で構成されています。アダプタA（ 図1）は不活性システムに侵入する空気や水分を防ぐために、システムを介して超高純度（UHP）窒素の流れを維持するために使用された。アダプタB（ 図1）を反応フラスコに、溶媒、モノマーおよび開始剤を注入するために使用されていました。 </li><li>乾燥窒素ガス下で6時間の最小値に対して、指標としてベンゾフェノンを用いて、Na金属の上にテトラヒドロフラン（THF）200mlを乾燥させてください。 </li><li> 24時間水素化カルシウム上で2 - メトキシ10mlを乾燥させてください。 </li><li> ℃でイソプロパノールのスラリーを用いて-78℃で維持低温風呂の準備をするND液体窒素。 </li><li>窒素ガス下（ 図1を参照）重合反応フラスコに、THFの25 mlを加え、重合を介してすべての窒素ガス下で反応を保つ。 </li><li>スラリー中に場所を100mlの丸底フラスコ。 </li><li>反応フラスコに、開始剤溶液2 mlを（0.27ミリモル/ ml）を追加します。 </li><li>反応フラスコに第一のモノマー、2 - メトキシ（4 ml）を注入します。 </li><li> 40分間進行する反応を可能にします。 </li><li>第二のモノマー、エチレンオキサイドの1ミリリットルを追加します。 </li><li>重合は2日間室温で継続することができます。 </li><li> HClとポリマー（6M）/メタノール（1/20、体積/体積）を終了。 </li><li>ヘキサンおよび真空オーブンで乾燥したポリマー中に沈殿させてポリマーを精製する。 </li><li> NMRを用いてポリマーを特徴付ける。 </li></ol> 2。 α、機能Polymを入手するためにN-2 ,4-DNP-Ε-アミノカプロン酸、ω-ジヒドロキシ持つ高分子の機能化えー、CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP <ol><li> 3口フラスコに、α、ω-ジヒドロキシポリマー（0.05ミリモル）、N-2 ,4-DNP-E-アミノカプロン酸（0.25ミリモル）、DCC（0.15ミリモル）およびDMAP（0.005 mmol）とを配置4時間真空ラインで乾燥させてください。 </li><li>フラスコに乾燥ジクロロメタン（10 ml）を蒸留する。 </li><li>窒素下で真空を解放し、室温で12時間反応をかき混ぜる。 </li><li>フィルター反応混合物およびヘキサン、メタノールに二回沈殿させることによってポリマーを回収。 </li><li>乾燥は、40℃の真空オーブン中でポリマーを沈殿させた</li><li> FT-IRおよび1 H NMRによる高分子の構造と機能を決定します。 </li></ol> 3。エレクトロスピニング用CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP/SWCNT溶液の調製<ol><li>クロロベンゼンCDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNPの20重量％を溶解します。 </li><li> 2の溶液を調製するクロロベンゼンで20ワット％とポリスチレンの40重量％（分子量800,000）を溶解。高い分子ポリスチレンはincreasに使用されている電子ポリマー鎖鎖の絡み合いとエレクトロスピニングするために必要な最適な粘度を得る。 </li><li>ポリマーの1:1と1:2の比率を形成し、混合物を1重量％の単層カーボンナノチューブ（SWCNT）を追加し、CNTの均一な分布のために一晩撹拌するために一緒に3.1と3.2で調製したポリマー溶液を混合。 </li></ol> 4。ポリマーCNTコンポジットのエレクトロスピニング<ol><li> 図2に示すように設定するエレクトロスピニングを組み立てます。図の右側にグラスマン高圧電源です。その隣に、シリコンウエハが接続されているレトルトスタンドです。左にシリンジをマウントして、その背後にそれが進行するとの手順を可視化するためのランプであるされている別のレトルトスタンドです。 </li><li>皮下注射器を使用して、CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP/polystyrene/SWCNT混合物（約1ml）の少量を撤回し、レトルトスタンドに皮下注射器をマウントします。 </li><li>シリコンウェハは、マウントされ10cmの距離でしっかりとシリンジ、高電圧源のグランド·クリップ向かいedはそれに接続されています。 </li><li>注射器の針に印加する高電圧を冠しクリップを取り付け、プランジャーを少し（針先端のドロップを中断するために）押し下げ、この時点では、エレクトロスピニングは準備ができています。 </li><li>高電圧源の電源をオンにし、10 kVの電圧計を調整します。複合材料中のポリマーの性質に応じて、より高い電圧は、直径が数百ナノメートルの下のナノファイバーが望まれている場合は、特に必要がある場合があります。 </li><li>完全に乾燥するために一晩デシケータでアンマウントシリコンウェハと場所。 </li></ol> 5。ナノファイバーの特性評価<ol><li>ナノファイバーの初期イメージングは​​、繊維の全体的な視点を観察する光学顕微鏡を使って行われます。 </li><li>形態、直径、平均細孔径、等のような細かい詳細を観察する走査型電子顕微鏡の活用</li><li>キャリー繊維などの3次元地形を観察する原子間力顕微鏡でさらにイメージング出</li></ol> 6。抗DNP IgEタンパク質とナノファイバーの結合特異性<ol><li> PBS-BSA（リン酸緩衝生理食塩水 - ウシ血清アルブミン）溶液に4 UG / lの蛍光標識、FITC標識抗IgE（フルオレセインIsothio - シアネート - 免疫グロブリンE）の溶液を調製します。 </li><li>マテックよくカバースリップ上のナノファイバーが発生していたシリコンウェハの小片を置きます。 1時間この溶液中でナノファイバーをインキュベートする。インキュベーションは、優しく、シリコンウェハ上に、10μlのIgEのソリューションをピペッティングすることによって行われます。 </li><li>インキュベーション後、PBS-BSA緩衝液でサンプルを三回洗浄することによって結合していないIgEを削除します。 PBS溶液をナノファイバー上に直接バッファを潮吹き避けるために、マテック皿の壁にそっと分配される。ナノファイバー上に緩衝液を配布するための手で優しく渦巻皿を。ピペットで注意深くバッファを削除して再泥炭この2回以上。 </li><li>制御のために、同じ条件で蛍光標識IgG（DNPの非特定の）でナノファイバーをインキュベートする。 </li><li> IgEと結合観察する共焦点レーザ顕微鏡を用いたバインドされた繊維を可視化する。私たちの研究のために、使用される顕微鏡は、63Xレンズ付きライカTCS SP2共焦点だった。 </li></ol> 7。ナノファイバーの電流 - 電圧特性<ol><li class="jove_content">ケースレー6430敏感なソースメータのような非常に低い電流源に2マイクロポジショナーを接続します。現在の電圧の挙動を決定するためのセットアップ図3に示します。この図は、ナノ繊維の初期のIV特性を決定するために使用されるプローブ·ステーションを示しています。それはボシュロムMicroZoom顕微鏡、真空チャックステージ、およびプロービングに使用される4つのMicropositionersで構成されています。右上のAgilent 34405Aデジタル·マルチメータは、電圧を測定する際に使用し、その下にはされている<html>ソースに繊維に入力された低電流を使用ケースレー6430サブフェムトアンペアリモートソースメータ。 </li><li class="jove_content">繊維に触れる先端と反対側に繊維マットの上にマイクロポジショナーのプローブ·アームをマウントします。 </li><li class="jove_content">デジタルマルチメータに別の2つのマイクロポジショナーを接続し、他の2つの間インプローブ·アームをマウントし、繊維マットのヒントを着陸。 4つのヒントは、できるだけ同一直線上にあることを確認します。 </li><li class="jove_content">ケースレー（典型的にはナノアンペアの範囲）からの電流の量を変化させる入力。 </li><li class="jove_content">供給される電流の大きさのためにすべての外側先端の両端の電圧降下を測定します。 </li><li class="jove_content">これらの値をプロットすると、繊維マットのように動作するデバイスの種類を示します。 </li></ol> 8。代表的な結果機能性高分子α、ω-ビ[2,4 - ジニトロフェニルカプロン]の合成のための &quot;&gt;メソッド[ポリ（エチレンオキシド）-b-ポリ（2 - メトキシスチレン）-b-ポリ（エチレンオキシド）]（CDNP-PEO- P2MS-PEO-CDNP）は、図4に示されている。機能性高分子の1構造は、FT-IR（ 図5）と500 MHzの1 H NMRスペクトル（ 図6）により確認された。FT-IRは完全に消失を示しています-OH -1 CDNPグループとの定量的な官能基を示す3500センチメートル周辺の広い吸収が、これはまた、 図6に示すように、NMRスペクトルによって確認された。NMRスペクトルにおけるピークの積分を使用して、それを決定したことCDNP-PEO -P2MS-PEO-CDNPポリマーが定量的に官能化される。 ナノファイバー 図7では、クロロベンゼンからCDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP /ポリスチレン/ SWCNTをエレクトロスピニングによって得られた導電性ナノファイバーのマットはshです自身。得られた共焦点画像は、タンパク質IgEが繊維表面にDNPと結合することを示した。3これはIgE抗体に向かって電界紡糸DNP-ポリマーの結合の特異性の指標である。タンパク質が蛍光標識される光の強度は、ナノファイバー上のIgEの存在の指標となる。 図8aは、このプロセスと図8bによって得られたナノファイバーは、この特定のナノファイバーの寸法は直径150 nm付近であることを示している1のAFM（原子間力顕微鏡）像である。このプロセスによって100から700 nmの間の繊維が得られる。この現在の時点ではそれは特定の次元を有する繊維を準備するために挑戦している。これは、他のグループで観察されるものと一致している。9に示すCDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP /ポリスチレン/ SWCNTのSEM像4 図は、ナノファイバーおよびナノファイバーの直径が200nm〜300nmの間であった。3 SEMがありますnanofibeのイメージrsは異なる倍率で示す。 3つの画像の研究では、繊維の形態は線形とビーズアールを示しています。全体的な目標は、主に線形である繊維を調製することである。 図10 CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP /ポリスチレン/ SWCNTから調製されたナノファイバーのマットのIVプロットを示しています。プロットは、抵抗（オーム）の挙動を示している。抗原がナノファイバーにバインドされているとき、我々は抵抗のこの変化は、機能性繊維は、単一分子検出のためのセンサーの有効成分として潜在的なアプリケーションを持っていることを示唆している特徴であるように繊維マットのIVの挙動の変化を見ることを期待。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig1.jpg" /> 図1は、α、ω-ジヒドロキシポリマーを合成するための重合反応器。フローUHPガス窒素のA）注入地点。 B.）、溶媒、モノマー、およびイニシエータの注入ポイント。 C）を反応容器を。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig2.jpg" /> 図2：グラスマン高圧電源を用いて電界紡糸に使用されるセットアップ。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig3.jpg" /> 図3：サブフェムトアンペアリモートソースメータ（Keithley社）を用いてIVのプロットを測定するために使用されるセットアップ。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig4.jpg" /> OH-PEO-P2MS-PEO-OHのポリマーを製造するための4）。合成アプローチ図 。 α、ω-ジヒドロキシのB）の官能[ポリ（エチレンオキシド）-b-ポリ（2 - メトキシスチレン）-b-ポリ（エチレンオキシド）]。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig5.jpg" /> の図5 FT-IRスペクトル（A）は、OH-PEO-P2MS-PEO-OH CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNPと（B）CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNPへの前駆体。 <img alt="図6"SRC = &quot;/ files/ftp_upload/4135/4135fig6.jpg&quot; /&gt; 図6 CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNPの500MHzプロトンNMR。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig7.jpg" /> 図7。）クロロベンゼンからCDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP繊維エレクトロとのFITC-IgEの結合画像。コントロールのB）の共焦点顕微鏡像（IgGとナノファイバー）。 <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig8.jpg" /> 図8。）クロロベンゼン及び図5aに示すように1つの繊維B）のAFMプロファイルすなわちディメンションからCDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNPファイバーエレクトロスピニングのAFM像。 <img alt="図9" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig9.jpg" /> 図9。CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP /ポリスチレン/ SWCNTのナノファイバーのSEM像。 <img alt="図10" src="/files/ftp_upload/4135/4135fig10.jpg"/&gt; 図10 CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP /ポリスチレン/ SWCNTから調製したナノファイバーのマットのIVプロット。

<ol><li>Sannigrahi, B., Sil, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+and+Characterization+of+%CE%B1%2C%CF%89-bi%5B2%2C4-dinitrophenyl+%28DNP%29%5D+poly%282-methoxystyrene%29+Functional+Polymers.+Preliminary+Evaluation+of+the+Interaction+of+the+Functional+Polymers+with+RBL+Mast+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Macromolecular+Science%2C+Part+A%22%5BJournal%5D)">Synthesis and Characterization of α,ω-bi[2,4-dinitrophenyl (DNP)] poly(2-methoxystyrene) Functional Polymers. Preliminary Evaluation of the Interaction of the Functional Polymers with RBL Mast Cells.</a> Journal of Macromolecular Science, Part A. 45, 664-671 (2008).</li>
<li>Gordon, K., Sannigrahi, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Optically+Active+Helical+Poly%282-methoxystyrene%29.+Enhancement+of+HeLa+and+Osteoblast+Cell+Growth+on+Optically+Active+Helical+Poly%282-methoxystyrene%29+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomaterials+Science%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Optically Active Helical Poly(2-methoxystyrene). Enhancement of HeLa and Osteoblast Cell Growth on Optically Active Helical Poly(2-methoxystyrene) Surfaces.</a> Journal of Biomaterials Science. 2, 2055-2072 (2009).</li>
<li>Baird, E. J., Holowka, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+Effective+Poly%28Ethylene+Glycol%29+Architectures+for+Specific+Inhibition+of+Immune+Receptor+Activation%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Highly Effective Poly(Ethylene Glycol) Architectures for Specific Inhibition of Immune Receptor Activation.</a> Biochemistry. 2, 12739-12748 (2003).</li>
<li>Ramakrisna, S., Fugihara, K., Lim, W. -E., Ma, Z. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRamakrisna%2C+S+%22Introductions+to+Electrospinning+and+Nanofibers%22">Introductions to Electrospinning and Nanofibers</a>. , World Sceintific. (2005).</li>
<li>Kameoka, J., Craighead, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+Oriented+Polymeric+Nanofibers+on+Planar+Surfaces+by+Electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Fabrication of Oriented Polymeric Nanofibers on Planar Surfaces by Electrospinning.</a> Applied Physics Letters. 83, 371-3773 (2003).</li>
<li>Ramakrishna, S., Lala, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer+Nanofibers+for+Biosensor+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Topics+in+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Polymer Nanofibers for Biosensor Applications.</a> Topics in Applied Physics. 109, 377-392 (2007).</li>
<li>Reuven, D., Sil, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Archetypical+Conductive+Polymer+Structure+for+Specific+Interaction+with+Proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Macromolecular+Science+Part+A%3A+Pure+and+Applied+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Archetypical Conductive Polymer Structure for Specific Interaction with Proteins.</a> Journal of Macromolecular Science Part A: Pure and Applied Chemistry. , Forthcoming (2012).</li>
<li>Ogunro, O., Karunwi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chiral+Asymmetry+of+Helical+Polymer+Nanowire%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Chiral Asymmetry of Helical Polymer Nanowire.</a> The Journal of Physical Chemistry Letters. 1, 704-707 (2010).</li>
</ol>

特別な利害関係は宣言されません。

本稿では、生体機能性ナノファイバーを製造するための強力なアプローチを提示している。ナノファイバーは、モデルタンパク質に特異的である官能基に装飾が施されています。この通信で報告された手順とアプローチは、一般的なものであり、所望の任意の官能基が飾られたナノファイバーを調製するために用いることができる。アニオンリビング重合が共有結合し、関心のある特定のバイオマーカーに固有の興味深い機能性または官能基のいずれかの番号に接続された制御されたポリマー構造体を合成するための強力な方法である。アニオンリビング重合は、モノマー、2 -メトキシためによく確立されている。2エレクトロスピニング法は、繊維の寸法が簡単に電圧を変化させ、また、エレクトロなるように溶液の濃度を変えることによって制御することができるという点で汎用性の高いテクニックです。5ナノファイバーは、抵抗IVを示す振る舞い、したがっての活性成分として機能するように期待されている報告されたアプローチ、すなわちバイオセンサー、バイオマーカー検出装置を開発するための可能性を秘めています。6,7 <p class...

<table border="1"><tbody><tr><td> 試薬の名称 </td><td> 会社 </td><td> カタログ番号 </td></tr><tr><td>ナトリウム金属</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 282065 </td></tr><tr><td>ベンゾフェノン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 239852 </td></tr><tr><td> 2 - メトキシ</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 563064 </td></tr><tr><td>テトラヒドロフラン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 178810 </td></tr><tr><td>クロロベンゼン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 319996 </td></tr><tr><td>単層カーボンナノチューブ</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 704113 </td></tr><tr><td>ポリスチレン</td><td>シグマアルドリッチ</td><td> 81416 </td></tr><tr><td>シリコンウェーハ</td><td>シリコンクエストインターナショナル</td><td> 720200 </td></tr><tr><td>ツァイスFESEM </td><td>カールツァイス社</td><td>ウルトラ60 </td></tr><tr><td>ボシュロムMicroZoom IIの高性能顕微鏡によるProbestation </td><td>バウシュとLoメガバイト</td><td></td></tr><tr><td>ライカ走査型共焦点システム</td><td>ライカマイクロシステムズ</td><td> TCS SP2 </td></tr><tr><td>サブフェムトアンペアリモートソースメータ</td><td>ケースレーインスツルメンツ</td><td> 6430 </td></tr><tr><td>デジタル·マルチメータのオートレンジ</td><td>ケースレーインスツルメンツ</td><td> 175A </td></tr><tr><td>注射器ポンプ</td><td> Chemyx株式会社</td><td>フュージョン200 </td></tr><tr><td>ツァイス光学顕微鏡</td><td>カールツァイス社</td><td>ツァイス/ Axiotech </td></tr></tbody></table>

バイオ機能ナノファイバーを製造するための手順

Procedure for Fabricating Biofunctional Nanofibers

エレクトロスピニング法は、官能基で飾られたナノファイバーを製造するための効果的な処理方法である。官能基が飾らナノファイバーは、単一分子検出器のような可能性を秘めたバイオセンサーとして作用すなわち物質のバイオマーカーの相互作用を研究するために利用することができる。我々は、機能性はモデルタンパク質と特異的に結合する能力を持っている機能性ポリマーを製造するための効果的なアプローチを開発しました。我々のモデルシステムでは、官能基は、2,4 - ジニトロフェニル（DNP）とタンパク質である抗DNP IgE（免疫グロブリンE）です。機能性ポリマー、α、ω-ビ[2,4 - ジニトロフェニルカプロン] [ポリ（エチレンオキシド）-b-ポリ（2 - メトキシスチレン）-b-ポリ（エチレンオキシド）]（CDNP-PEO-P2MS-PEO- CDNP）は、アニオンリビング重合によって調製される。重合に利用二官能性開始剤は、α-メチルスチレンとカリウム（ミラー）は、金属の電子移動反応によって調製した。 2 - メトキシスチレンモノマーが追加されましたイニシエータに、第一、第二のモノマー、酸化エチレンを付加し、続いて、最後にリビングポリマーをメタノールによって終了されました。 α、ω-ジヒドロキシポリマー[HO-PEO-P2MS-PEO-OH]のα、ω-biの形成をもたらすのDCCカップリングによるN-2 ,4-DNP-∈-アミノカプロン酸、と反応させた[ 2,4 - dinitrophenylcaproic] [ポリ（エチレンオキシド）-b-ポリ（2 - メトキシスチレン）-b-ポリ（エチレンオキシド）]（CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP）。ポリマーは、FT-IR、1 H NMRおよびゲル浸透クロマトグラフィー（GPC）によって特徴付けられた。ポリマーの分子量分布は狭かった（1.1-1.2）、50,000より大きい分子量を有するポリマーをこの研究で使用されていました。ポリマーは、黄色の粉末及びテトラヒドロフランに可溶であった。水溶性CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP / DMEG（dimethoxyethyleneグリコール）複合体は、結合して数秒以内に解IgEと定常状態の結合を実現しています。より高い分子量（約50,000水不溶性IE）より1パーセントを含むP-PEO-P2MS-PEO-CDNPポリマーは、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）は、シリコン基板上に電気的に活性なナノファイバー（100 nmの直径が500ナノメートル）に加工した。蛍光分光法は、抗DNP IgEが飾るDNPの官能基の繊維と結合することにより、ナノファイバーと相互作用を示しています。これらの観​​察結果は、適切に官能化されたナノファイバーは、バイオマーカー検出装置を開発するための約束を保持することを示唆している。

特にタンパク質と相互作用することができる官能基が飾られたナノファイバーを製造するための効率的なアプローチを説明する。アプローチは、最初に適切な官能基で官能化ポリマーの調製を必要とします。官能性ポリマーは、エレクトロスピニング法によるナノファイバーに加工される。タンパク質とナノファイバーの結合の有効性は、共焦点顕微鏡によって研究されています。

エレクトロスピンニングは、官能基で修飾したナノファイバーを作製するための効果的な加工法である。官能基で修飾されたナノファイバーは……

本手順の全体的な目的は、官能基で修飾されたナノファイバーを作製することです。まず、アニオン重合により2つのメトキシスチレンとエチレンオキシドのブロック共重合体を合成し、プロトンNMR分光法によってその特性を評価します。次に、機能性ポリマーと単層カーボンナノチューブの溶液をエレクトロスピンし、複合ナノファイバーを作製します。次に、タンパク質IgEに曝露した後のナノファイバーの電流電圧挙動を測定します。最終的に、ANIとリビング重合をエレクトロスピン法と組み合わせることで、特定のタンパク質に結合可能な官能基で修飾されたナノファイバーを製造できます。バイオ機能性ナノファイバーを製造するこの手法において、リビング重合により、分子量を制御したバイオ機能性ポリマーを容易に合成することが可能です。さらに、エレクトロスピン法を用いることで、タンパク質と特異的に相互作用できる官能基で修飾されたナノファイバーの調製が可能になります。この手法は、医療診断に貴重な知見をもたらす可能性があります。また、機能性ナノファイバーを衣類や自動車などに組み込むことで、環境中の任意の単一分子をモニタリングするといった他のシステムにも応用可能です。Can I Polyには非常に厳格な条件が必要です。このビデオでは、ポリマーの合成およびその後のナノファイバーへの加工に必要な操作を習得するのに役立ちます。ベンゾフェノンを指示薬として用い、乾燥窒素ガス下でナトリウム金属を用いて200 millilitersのテトラヒドロフランを脱水してください。また、重合反応器に使用するため、10 millilitersの2-メトキシスチレンを水素化カルシウムで24時間乾燥させます。この反応にあたり、イソプロパノールと液体窒素のスラリーを用いて、minus 78 degrees Celsiusに維持された低温浴を準備します。標準テーパー外口を備えた100 mLの丸底単口フラスコを組み立てます。反応フロー全体に、ストップコック付きのフローコントロールアダプター2個とテフロン製攪拌棒1本を配置します。システムを不活性にするため、超高純度窒素を使用します。重合反応フラスコに 25 µL の THF を加えます。次に、開始剤溶液 2 mL を加えます。続いて、1番目のモノマー 4 mL を注入し、40 分間反応させます。次に、重合のために第2モノマーを1 mL加え、室温で2日間重合させ、6 M 塩酸とメタノールで重合を停止させます。その後、ポリマーをヘキサン中で沈殿させて精製し、真空オーブンで乾燥させ、NMRを用いてポリマーの特性評価を行います。カップリング試薬を三口フラスコに入れ、真空ラインで4時間乾燥させます。次に、窒素雰囲気下で、乾燥した 10 milliliter のジクロロメタンをフラスコに注入します。室温で 12 時間、混合物を撹拌して反応させます。反応混合物をろ過し、ヘキサンとメタノールで2回洗浄してポリマー沈殿を回収し、沈殿したポリマーを40 °Cの真空乾燥機で乾燥させます。最後に、FTIRおよびHNMRによってポリマーの構造と官能基を決定します。官能基化ポリマーの20%をクロロベンゼンに溶解させます。次に、クロロベンゼンを用いた2種類のポリスチレン溶液を調製します。分子量の高いポリスチレンを使用することで、ポリマー鎖の絡み合いを改善し、エレクトロスピニングに必要な最適な粘度を得ることができます。これらのポリマー溶液を混合し、ポリマーの比率が1:1および1:2となるように調製します。次に、1%の単層カーボンナノチューブを混合物に加えて一晩撹拌します。Glassman高電圧電源、シリコンウェハー、シリンジまたは化学シリンジポンプ、および手順を可視化するためのランプを用いて、電界紡糸装置を組み立てます。準備ができたら、少量のポリマーswc NT溶液を皮下注射用シリンジに吸い上げ、そのシリンジを装着します。次に、シリンジの針に印加する高電圧のクリップを取り付けます。エレクトロスピニングを開始するために、高電圧電源をオンにし、電圧計を10 kilovoltsに調整します。その後、シリンジのプランジャーを押し始めます。複合材に含まれるポリマーの性質によっては、より高い電圧が必要になる場合があり、特に100 nm以下のナノファイバーを得たい場合に顕著です。シリコンウェハーを取り外し、デシケーター内で一晩完全に乾燥させます。ナノファイバーの全体像を観察するため、まず光学顕微鏡で画像を取得します。次に、走査電子顕微鏡を用いて、形態、直径、平均孔径などのより詳細な構造を観察します。さらに、原子間力顕微鏡で結像することにより、ナノファイバーの3Dトポグラフィーを観察することが可能です。ナノファイバーが付着したシリコンウェハーの小さな断片をマットテックの上に配置します。ウェルカバーガラスを用意します。蛍光標識抗体を10 µL加え、1時間インキュベートします。その後、マトリックディッシュの壁面にPBS-BSA溶液を静かに分注し、手でゆっくりとディッシュを回して洗浄する操作を3回繰り返し、ピペットで緩衝液を除去してIgEとの結合を観察します。繊維は共焦点顕微鏡を用いて可視化します。ナノファイバーの初期の電流-電圧特性を測定するために使用される典型的なプローブステーションは、ABOsおよびlo micro zoomo顕微鏡、マイクロポジショナー用の真空チャックステージ、電圧測定用のマルチメーター、およびファイバーへの低電流入力用のソースメーターで構成されています。まず、2台のマイクロポジショナーを非常に低電流の電源に接続し、マイクロポジショナーのプローブアームをファイバーマットの反対側に配置して、チップをファイバーに接触させます。次に、別の2台のマイクロポジショナーをデジタルマルチメーターに接続します。プローブアームを他の2本の間に取り付け、チップをファイバーマット上に接地させます。4つのチップができるだけ直線上に並ぶようにしてください。通常、ナノアンペア（nA）範囲のさまざまな電流値を入力します。次に、供給する電流の各強度において、外側端子間の電圧降下を測定します。続いて、電流-電圧特性図（I-Vプロット）を作成し、ファイバーマットによって特性評価されるデバイスの種類を決定します。本手法では、DNPの機能性ポリマーをアニオンリビング重合によって調製します。重合に使用されるD機能性開始剤は、電子移動反応によって調製されます。この工程では、まず開始剤に2-メトキシスチレンモノマーを添加し、次に2番目のモノマーとしてエチレンオキシドを添加します。最後に、リビングポリマーをメタノールで停止させます。機能性ポリマーの構造は、FTIRおよびNMR分光法によって確認されます。FTIRでは、OH基の幅広な吸収が完全に消失しており、CDNP基による定量的な機能化が行われたことが示されています。NMRスペクトルのピーク積分値により、ポリマーが定量的に機能化されていることが決定されます。次に、DCCカップリングによってポリマーを機能化し、導電性ナノファイバーのマットに機能性DNP部位を組み込みます。電界紡糸したDNPポリマーのIgE抗体に対する結合特異性は、蛍光により実証されます。通常、原子間力顕微鏡によるナノファイバー画像で、ナノファイバーの寸法を測定できます。SEM画像は、これらのファイバーの形態が線状およびビーズ状であることを示しています。全体の目的は、ほぼ直線的なファイバーを作製することである。ナノファイバーマットの電流電圧特性をプロットすると、抗原がナノファイバーに結合した際に抵抗器のようなオーム挙動を示す。抵抗値の変化は、この機能化ファイバーが単一分子検出用センサーの活性成分として応用できる可能性を示唆している。テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジメチルスルホキシドなどの溶媒を取り扱う際は非常に危険を伴うため、適切な予防措置を講じてください。この手法は5日間で実施可能です。これにはポリマーの合成および特性評価、ならびにナノファイバーの作製および特性評価が含まれます。この手順を行う際は、アノマー重合が生成物の不純物に敏感であることに留意することが重要です。このビデオがお役に立てば幸いです。実験の成功をお祈りいたします。

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バイオ機能ナノファイバーを製造するための手順

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