バイオインスパイアード法を用いた機能性シリカの作製

この方法の主な利点は、速く、簡単で、環境に優しく、素材のカスタマイズが可能なことです。この方法は、生体模倣シリカがどのように形成されるか、生体分子の取り込み方法、および合成後の材料処理についての洞察を提供します。一般に、この方法に不慣れな人は、シリカの形成が速く、最適な結果を得るために特定の量の酸を迅速に添加する必要があるため、苦労します。

この方法のアイデアを最初に思いついたのは、それがどれほど穏やかで、条件が酵素と適合しているかに気づいたときでした。私たちは、この方法を使用して酵素の性能と安定性を高めることを考えました。酸中和ステップは最終的な材料特性にとって最も重要なため、この方法を視覚的にデモンストレーションすることが重要です。

まず、318.2ミリグラムのケイ酸ナトリウム五水和物を180ミリリットルのプラスチック容器に秤量し、20ミリリットルの脱イオン水に溶解します。2番目の容器で、58.1ミリグラムのペンタエチレンヘキサミンまたはPEHAを計量し、20ミリリットルの脱イオン水に溶解します。ケイ酸ナトリウム五水和物の溶解に使用される脱イオン水の量からこの量の水を差し引きます。

合成中にin situカプセル化を行うには、所定の質量のタンパク質を5ミリリットルの脱イオン水に溶解し、溶液を冷蔵庫に入れて完全に溶解します。溶解の進行状況を時々、できれば攪拌せずに確認してください。ケイ酸ナトリウム五水和物とPEHA溶液を容器の1つに組み合わせ、十分な脱イオン水を追加して、最終溶液容量を41.5ミリリットルにします。

新しく調製した混合物を攪拌板の上に置き、攪拌子を追加して一貫した混合を提供します。次に、攪拌溶液にpHプローブを懸濁し、初期pHを記録します。あらかじめ決められた量の1モル塩酸を添加して合成を開始し、濁りの即時進行を観察します。

最初の重要なステップは、シリカの形成を開始するための酸の迅速な添加です。pHをできるだけ早く7に下げる必要があります。カプセル化が行われている場合は、酸の添加が完了したらすぐにカプセル化溶液を追加します。

次に、5分後にpHを記録して、反応の完了を判断します。反応が完了した後、混合物に塩酸をさらに添加して、製造されたシリカの組成を、所望のpHが2〜7に達するまで変更し、懸濁液を約1分間安定させます。これに続いて、生体模倣シリカ懸濁液を50ミリリットルの遠心分離管にデカントし、次いで懸濁液を5, 000gで15分間遠心分離します。

遠心分離後、上清を取り除き、さらなる分析のために保管します。遠心分離チューブに脱イオン水を補充し、ボルテックスミキサーを使用してシリカを再懸濁します。生体分子の取り込みの場合、重要なステップは、さらに分析するために、生体模倣シリカ洗浄から上清を与えることです。

遠心分離と再懸濁のステップを2回繰り返した後、上清を取り除き、シリカをセラミックるつぼにこすり落とします。シリカをオーブンで摂氏85度で一晩乾燥させます。5ミリリットルのプラスチックバイアルで、300マイクロリットルのモリブデンブルー試薬を3ミリリットルの脱イオン水で希釈します。

次に、10マイクロリットルの塩酸試験液を加え、振って混ぜます。15分後、1.6ミリリットルの事前に調製したパラアミノフェノール硫酸塩還元剤を加えて、黄色のシリコモリブデン酸複合体を青色異性体に還元します。.これに続いて、UV-vis分光光度計で810ナノメートルでサンプル吸光度を測定し、検量線に対してシリコン濃度を計算します。

使い捨てピペットチップを使用して、割り当てられた各キュベットにあらかじめ決められた量のBradford試薬とサンプルを追加します。各キュベットを3回反転させて混合し、10分間発育させます。次に、純粋な上清をブランクとして使用して595ナノメートルでの吸光度を測定します。

各測定値からコントロールサンプルの吸光度を差し引いて、各キュベットの元の吸光度を計算します。次に、BSAの濃度に対して測定された吸光度をプロットすることにより、各実験セットの検量線を作成し、アッセイの感度に影響を与える可能性のあるランダムな変動を回避します。最後に、再懸濁中の各サンプルのタンパク質含有量を決定して、タンパク質損失の可能性を監視します。

シリカ形成反応の収率は、通常、58プラスマイナス6.5%モリブデンブルー分光法は、未反応のモノマーケイ酸塩種、ならびにポリケイ酸塩またはオリゴマーを形成するために反応したが、凝固するのに十分なサイズに達することができなかった種の量を検出しました。凝固が完了すると、酸溶出を使用して材料の表面を容易に変更できるため、添加剤の組成、多孔性、化学活性などの材料特性を微調整できます。最初の遠心分離後に上清から約50%のBSAが検出され、これは50%の固定化効率に関連しています。

以下の洗浄ではBSAが検出されなかったため、BSAは合成中に浸出することなく安全にカプセル化することができました。シリカのFTIRスペクトルは、BSAを含むサンプルでは特徴的なアミドバンドを示しましたが、コントロールサンプルでは見られませんでした。未反応の試薬にBSAを添加した場合、得られた複合材料中の固定化効率やBSAの量に大きな違いはありませんでした。

シリカ形成時にBSAを添加すると、製品中のBSAの固定化効率と量が有意に低下しました。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば5分以内に完了できます。この手順を試みる際には、反応物の重量と量を正確に把握し、1回の投与で酸を迅速に追加することを覚えておくことが重要です。

この手順に続いて、FTIR、SCM、ポロシメトリー、酵素アッセイなどの他の方法を実行して、生体分子の活性だけでなく、材料特性や形態に関する追加の質問に答えることができます。その開発後、この技術は、生体模倣シリカ形成の分野の研究者が、生体分子のin situカプセル化能力を備えたシリカを迅速、簡単、制御可能、かつ環境に優しい方法で合成する方法を探求する道を開きました。このビデオを見れば、バイオインスパイアード法を用いたシリカの合成方法、生体分子のin situカプセル化方法、カプセル化効率の測定方法、添加剤の合成後溶出方法などについて十分に理解できるはずです。

アミン、酸、生体分子の取り扱いは非常に危険である可能性があるため、この手順を実行する際には、常にPPEやこぼれ防止などの予防措置を講じる必要があることを忘れないでください。