여기서 우리는 생물학적 조건하에 액체 배지에서 신규 한 고 종횡비 biocomposites를 합성 프로토콜을 제시한다. biocomposites 각각의 직경 및 길이에서 마이크로 나노 미터 스케일. 시스틴 결합 구리 나노 입자 (CNPS) 및 황산구리는 합성 용 핵심 부품이다.
여기서 우리는 생물학적 조건하에 액체 배지에서 신규 한 고 종횡비 biocomposites를 합성 프로토콜을 제시한다. biocomposites 각각의 직경 및 길이에서 마이크로 나노 미터 스케일. 시스틴 결합 구리 나노 입자 (CNPS) 및 황산구리는 합성 용 핵심 부품이다.
이 프로토콜의 목적은 높은 종횡비 구조를 갖는 두 개의 신규 biocomposites의 합성을 설명하는 것이다. biocomposites 구리 나노 입자 (CNPS) 또는 금속 성분을 기여 황산구리 중 하나와, 구리 및 시스틴 이루어져있다. 합성 생물학적 조건 (37 ° C)와 24 시간 후의 자기 조립 복합 형태 하에서 액상에서 수행된다. 형성되면, 이러한 복합 재료는 모두 액체 매체와 건조 폼에서 매우 안정적이다. 복합 길이 범위를 마이크로 -하는 나노에서 확장, 몇 미크론에서 직경 25 nm의. 에너지 분산 형 X 선 분광법 (EDX)을 전계 방출 주사 전자 현미경은 따라서 최종 나노 복합 재료에서의 황 원으로서 시스테인을 확인, 출발 CNP 재료 결석 동안 황, NP 유래의 선형 구조 내에 존재하는 것을 입증 . 이러한 선형 나노 및 마이크로 복합 재료의 합성, STR의 길이의 다양한 중uctures는 합성 용기 내에서 형성된다. 합성 후 액상 혼합물의 초음파 처리는 초음파 처리 시간 증가로 평균 길이를 감소하여 구조물의 평균 크기를 제어하는데 도움이 입증되었다. 형성된 구조는 고도로 응집하지 않는 안정한 액상이 형성되어 있기 때문에, 원심 분리는 또한 집중 형성된 복합체 편석을 돕기 위해 사용될 수있다.
구리는 생물학 세계에서 일부 효소 기능 1,2에 필수적인 고반응성 금속이지만 더 높은 농도에서는 나노 입자 형태 3,4를 포함하여 강력하게 독성이 있습니다. 구리 독성에 대한 우려는 나노 구조의 표면적/질량이 증가하기 때문에 CNP 및 기타 구리 기반 나노 물질이 사용됨에 따라 더욱 관련성이 높아졌습니다. 따라서 나노 입자 형태의 작은 구리 덩어리조차도 세포를 관통하고 반응성 형태로 분해되는 능력으로 인해 국소 독성을 유발할 수 있습니다. 일부 생물학적 종은 금속 이온과 복합하고 킬레이트화할 수 있으며, 해양 홍합 5에서 설명한 것처럼 금속 이온을 생물학적 구조에 통합할 수도 있습니다. 나노 물질 4의 잠재적 독성 효과를 연구하는 과정에서 시간이 지남에 따라 일반적인 세포 배양에 사용되는 생물학적 조건(37°C 및 5% CO2)에서 높은 종횡비(선형) 구조로 안정적인 구리 생체 복합체를 형성할 수 있음이 발견되었습니다.
제거 과정을 통해 완전한 세포 배양 배지에서 발생한 이러한 선형 생체 복합체의 초기 발견은 생체 복합체가 자체 조립되는 데 필요한 필수 원소의 정의된 프로토콜로 단순화되었습니다. 두 가지 유형의 고선형 생체 복합체의 자가 조립은 1) CNP 및 2) 황산구리의 두 가지 시작 금속 성분으로 가능한 것으로 밝혀졌으며, 일반적인 생물학적 성분은 시스틴입니다. 나노 스케일 및 마이크로 스케일 기능을 가진 더 복잡하고 소위 "성게"및 "나노 플라워"유형 구리 함유 구조가 이전에 보고되었지만, 이들은 100 ° C 이상의 온도 6-8과 같은 비 생물학적 조건에서 생산되었습니다. 우리가 아는 한, 생물학적 조건에서 액상으로 확장 가능한 개별적인 선형 구리 함유 나노 구조의 합성은 이전에 설명되지 않았습니다.
나노복합체의 합성에 사용되는 출발 물질 중 하나인 CNP는 이전에 세포 4에 매우 독성이 있는 것으로 보고되었습니다. 나노 복합체가 형성 된 후, 이러한 구조는 시작 NP 9 보다 질량 기준으로 독성이 적다는 것이 최근에 보고되었습니다. 따라서, 여기에 설명 된 합성은 NP 형태를 더 큰 구조로 변형시키고 세포에 덜 독성이있는 복합체를 생성한다는 의미에서 반응성 구리 종을 안정화하는 데 유용성이 있는 생물학적 및 생화학적 반응에서 파생될 수 있습니다.
생물학적 액체 매체와의 상호 작용 시 응집되거나 응집되는 것으로 알려진 다른 많은 나노 물질 형태와 대조적으로, 10,11, 일단 형성되면, 여기에 설명된 고선형 복합체는 이전에 보고된 전하의 재분포로 인해 응집을 피합니다 9. 본 연구에서 상세히 기술된 바와 같이, 이러한 응집의 회피는 적어도 3가지 이유로 한 번 형성된 구조로 작업하는 목적에 편리하다: 1) 일단 형성된 복합 구조는 원심분리를 사용하여 농축될 수 있고 와류 혼합을 사용하여 다시 쉽게 분산될 수 있다. 2) 형성된 구조는 다른 기간 동안 초음파 처리에 의해 평균 크기를 줄일 수 있습니다. 및 3) 형성된 선형 구조체는 최근에 기술된 "커피 링 효과"(12)를 피하기 위한 추가 도구를 제공할 수 있으며, 따라서 재료, 특히 구형 미립자를 포함하는 재료의 보다 균일하게 분포된 코팅을 생성하기 위한 도펀트를 제공할 수 있다.
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실험 1. 계획
재료 2. 준비
구리 황산을 사용하여 3. 합성
4. 특성화 및 Biocomposites 후 합성 처리
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도 1은 본 연구에서 설명한 선형 biocomposites을 형성하는 합성 단계의 흐름도의 개략을 나타낸다. 출발 원료로 CNPS 또는 황산구리는 2 ㎎ / ㎖ 용액을 형성하기 위해 멸균 수와 함께,이 용액을 혼합하고 균일 혼합을 제공하는 초음파 처리하고,이 구리 용액을 합성에 대해 다음과 같은 비율로 혼합되어있다 : 949 부 멸균 물 : 50 부 구리 혼합물 : 1 부 시스틴 원액. 실제 볼륨은 확장 또는 최종 합성 수율을 확장 할 수있는 이러한 비율에 따라 증가 또는 감소 할 수있다. 시간이 지남에 따라 모양이 액체 용액 변화에 따라 정상 백색광 또는 현미경 하에서 육안으로 관찰 할 수있는 표시, 선형 biocomposite 구조가 형성된 적어도 2 시간 동안 배양 한 후.
도 2는 전체 세포 배양 매체 O 이러한 선형 구조물의 초기 탐색에서 대표적인 결과를 나타낸다82 시간의 기간을 VER. 우리의 실험은 세...
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CNPS 포함 된 나노 물질의 잠재적 인 독성을 평가하는 동안, 이것은 장기적, CNPS는 큰 응집 형태로 초기에 더 분산 미립자 분포 (도 2)로 형질 전환시키고 있음을 관찰 하였다. 일부의 경우, 생물학적 조건 하에서 세포 배양 접시에서 생산 된 이러한 고도로 응집 된 구조물은 "게"를 포함하는 전술 구리 연상시키는 중앙 집합체에서 높은 선형 돌기를 형성 6. 그것은 여기에 나타낸 조건, CNPS 농도 따라서 배양에서 세포의 전부 사망하지 서브 최대였다 세포에 첨가 될 수 있음을 지적한다 (도 2 참조). 이러한 초기 관찰로부터, 실험은 합성에 필요한 O 나머지 주요 구성 요소를 찾기 위해 (그 자체를 포함하여 최종적으로 세포) 세포 배양 조건의 연속 이상의 성분을 제거함으로써 계속 하였다F 선형 구리 biocomposites.
우리는 시스틴, 원래 세포 배양 물의 보충 성분...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
저자는 루이지애나 공과 대학의 마이크로 제조 연구소(Institute of Micromanufacturing)에서 전자 현미경 연구를 수행한 Alfred Gunasekaran의 기술 지원과 추가 현미경 연구를 지원한 Jim McNamara 박사의 기술 지원에 감사를 표합니다. 설명된 작업은 루이지애나 이사회 PKSFI 계약 번호의 일부 지원을 받았습니다. LEQSF (2007-12)-ENH-PKSFI-PRS-04 및 루이지애나 공과 대학의 James E. Wyche III 기부 교수직 (M.D.까지).
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| Mini Vortexer | VWR (https://us.vwr.com) | 58816-121 | |
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| Eppendorf Centrifuge (Refrigerated Microcentrifuge) | Labnet (http://labnetinternational.com/) | C2500-R | 모델 Prism R |
| 세포 배양 원심분리기 모델 Z323K | Labnet (http://labnetinternational.com/) | 판매자 연락처 | 현재 모델 Z206A 카탈로그 # C0206-A |
| 초음파 발생기 (초음파 세척기) | Branson Ultrasonics Corporation (http://www.bransonic.com/) | 1510R-MTH | |
| 밸런스 | Sartorius (http://dataweigh.com) | 모델 CP225D 유사한 모델 | |
| CPA225D Olympus IX51 도립 광 현미경 | Olympus ( http://olympusamerica.com | 공급 업체 | |
| Olympus DP71 현미경 디지털 카메라 | Olympus (http://olympusamerica.com | 공급 업체 | |
| 외부 전원 공급 장치 - Olympus 현미경 용 백색광 | Olympus (http://olympusamerica.com | TH4-100 | |
| 10X, 20X 및 40X 현미경 대물렌즈 | Olympus (http://olympusamerica.com | 공급 업체 | |
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| 테이블 탑 워크 스테이션 단방향 흐름 클린 벤치 | Envirco (http://envirco-hvac.com) | 모델 PNG62675 | 멸균 세포 배양에 사용 기술 |
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