자철석 내재 박테리아 나노셀룰로오스 펠리클 생성

초록

출처: Arias, S. L. 외 산화철 나노입자를 이용한 기능화된 자성 박테리아 나노셀룰로오스 제조. J. Vis. 경험 (2016)

이 영상은 글루코나세토박터 자일리누스가 생성하는 박테리아 나노셀룰로오스 펠리클 내에서 자철석 나노입자를 현장에서 합성하는 과정을 시연합니다. 이 연구는 자기 박테리아 나노셀룰로오스가 철 이온 주입, 알칼리 침전, 정제를 통해 생성되는 과정을 설명합니다.

프로토콜

1. 폴리머 코팅 산화철 나노입자 합성 및 박테리아 나노셀룰로오스(BNC) 막 내 침착

1. 고순도 물 1,000ml에 질소 가스를 넣어 물에 녹아 있는 산소를 제거하고 질소로 대체하세요.
2. 세 개의 목이 있는 둥근 바닥 플라스크를 사용해 철(III) 염화물 육수화물(FeCl_{3.6H 2}O)과 염화철(II) 사수화물(FeCl₂·4H₂O)을 탈산소 고순도로 희석한 2:1 몰 비율로 용액을 만듭니다. 예를 들어, 10ml의 탈산소 고순수에 FeCl₃·6H₂O 5.4g과 FeCl₂·4H₂O 1.98 g을 사용하세요. 이 제제물이 점성이 너무 높아 교반하기 어렵다면, 20ml의 탈산소 고순도수에 FeCl_{3.6H 2}O 0.54g과 FeCl₂·4H₂O 0.198g을 사용하세요.
   메모: FeCl₂·4H₂O의 공기와의 노출 시간을 최대한 빠르게 계량하여 줄이세요. 3목 원형 바닥 플라스크에 주입되면, 질소 가스 공급과 응축관 연결될 때까지 격 마개로 밀봉합니다.
3. 용기의 두 목을 사용해 질소 가스 공급을 중격 마개에 꽂아 목에 고정한 바늘에 연결하여 질소 가스의 지속적인 입구와 배출을 제공합니다.
4. 반응물이 있는 그릇에 1개의 BNC 펠리클(직경 15.6mm, 두께 2-3mm)을 넣습니다. 샘플이 액체에 완전히 잠겨 있는지 확인하세요.
5. 용기의 남은 목부분을 응축관에 연결하세요. 또한, 응축기 튜브 위에 무수 황산칼슘이 채워진 건조관을 사용하세요. 응축관을 통해 물을 흐르세요.
6. 모든 유리 접합부를 진공 그리스로 밀봉하세요.
7. 용액을 실리콘 오일 욕조에서 80 °C로 가열하고 1.10단계까지 유지하세요. 작은 자석 교반봉을 사용해 350rpm에서 5분간 반응물을 혼합하세요. BNC가 철 용액으로 적절히 함침되어 반응물이 완전히 용해되었는지 확인하세요. 실험이 끝날 때까지 혼합물을 계속 저어주세요.
   메모: 온도계를 사용해 실리콘 오일의 온도를 확인하세요. 80°C까지 안정적이어야 합니다.
8. 저어 속도를 700rpm으로 늘리고, 5분 간격 내에 피펫팅 바늘(피펫팅 바늘)을 10ml의 철 용액에 5ml(떨어뜨려 14%)를 추가하세요. 수산화암모늄을 첨가한 후 용액의 색은 노란색/주황색에서 검은색으로 변합니다.
9. 용액을 80°C에서 5분 더 저어줍니다. 샘플의 무결성을 유지하기 위해 고속 교반은 피하세요. 1,000rpm 이상의 고속은 샘플을 파괴할 수 있습니다.
10. 저어주는 핫플레이트의 온도 조절 바닥을 이용해 용액의 온도를 30°C로 낮추고 5분 더 저어줍니다. 그다음 핫플레이트를 끄세요. 이 시점에서 산화철 나노입자(IONPs)가 BNC 메쉬에 통합되었습니다.
11. 혼합물을 실온(RT)까지 냉각한 후, 강력한 영구 자석(예: 1 테슬라)을 사용해 자기 나노입자(MNPs)와 BNC를 분리합니다. 이를 위해 혼합물을 용기 플라스크로 옮긴 후, 자석을 용기 가까이에 둔 채 MNP와 BNC를 고정한 채 상원액을 디캔팅합니다.
    메모: 강한 자석을 다룰 때는 잘못 사용하면 해로울 수 있으니 주의하세요. 단계(1.12)부터 (1.14), (1.16)에서는 (1.1)에서 미리 준비된 탈산소 고순도를 사용하여 입자 산화를 방지합니다.
12. MNP와 BNC를 100ml 물에 재현탁하세요. BNC에 강하게 통합되지 않은 모든 MNP를 제거하기 위해 용액을 부드럽게 흔들어 주세요. MNP와 BNC를 자석으로 고정하여 상청액을 다시 디캔트합니다.
13. MNP와 BNC를 여러 차례 물로 세척하여 상원액이 중성 pH(pH~7)에 도달할 때까지 사용하며, 이는 색도 스트립을 사용해 측정합니다.
14. 자기성 기능성 BNC 또는 자기 박테리아 나노셀룰로오스(MBNC)를 MNP에서 핀셋으로 분리하고, 물이 맑아질 때까지 여러 번 물로 헹군습니다.
15. MBNC O/N을 UV(110-280nm)에 노출시켜 MBNC를 멸균하세요.
16. 120°C에서 500ml의 탈산소 고순도를 오토클레이브하여 20분간 보관하고, MBNC를 이 물 20ml에 보관합니다.
17. 무방정으로 샘플을 1% 폴리에틸렌글리콜(PEG)에 담근 후 RT(37 °C)에서 2시간 동안 저어줍니다. 이 절차는 특히 표면에 노출된 BNC에 침착된 산화철 나노입자의 생체 적합성과 안정성을 향상시킵니다. PEG 코팅은 MBNC 3D 네트워크를 통해 배포될 예정입니다.
    메모: 노출된 IONP는 높은 화학 활성 덕분에 공기 중에서 쉽게 산화됩니다. PEG는 비생분해성 물질로 간주되지만, 화학적 안정성은 수분 함량, pH, 온도, 효소, 활성산소, 반응성 질소 종 등과 같은 적용된 생물학적 조건에 따라 달라집니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
글루코아세토박터 자일리누스	ATCC	700178
철(III) 염화물 육수화물	시그마 올드리치	236489-100G
수산화암모늄	마크롱 파인 케미컬	6665-46
폴리(에틸렌글리콜), 평균 Mn 400	시그마 올드리치	202398-250G
염화철(II) 사수화물	시그마 올드리치	44939-250G
무수 황산칼슘	W.A. 해먼드 드라이어라이트	13001
고진공 그리스	시그마 올드리치	Z273554-1EA
pH 테스트 스트립	시그마 올드리치	P4786-100EA
둥근 바닥 3넥 앵글형 증류 플라스크	시그마-올드리치	CLS4965250
오일 목욕용 실리콘 오일	시그마-올드리치	85409-250ML
건조관	켐글래스	CG-1295-01
Septum Stopper, 슬리브 타입	켐글래스	CG-3022-98
자기 교반봉	켐글래스	CG-2001-05
콘덴서	켐글래스	CG-1218-01
온도 조절기	브리스크 히트	SDC120JC-A
저어주는 핫플레이트	피셔 사이언티브	11-100-49SH