Name: 전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬를 포함하여 공기 정화 장치 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 51 s
Description: 학습하세요 전기 방사 기술로 재조합 거미 실크 단백질(eADF4)을 이용해 나노섬유 부직포 메쉬를 제조하는 방법을. 이 생분해성 소재는 공기 정화 필터의 효율을 크게 향상시켜 환경 및 의료 분야에 활용됩니다.

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우리는 기꺼이 안자 라우터 바흐 (Lehrstuhl Biomaterialien), 로렌츠 SUMMA (샌들러 AG)와 민 Boeck의 (B / S / H / G)의 기술 및 과학 지원을 인정합니다. SEM 이미징은 요하네스 디엘 (Lehrstuhl Biomaterialien)에 의해 수행되었다. 자금 BMBF (01RB0710)에서 파생되었다.

1. 마약 준비를 회전 <ol><li> eADF4 (C16) 단백질을 동결 건조 가라. </li><li> 높은 정밀도 스케일을 사용하여 1 ML 반응 용기에 eADF4 (C16)의 20 밀리그램 무게. </li><li> hexafluoroisopropanol (HFIP) 200 μl를 추가하고 파라 필름과 용기를 밀봉하십시오. 참고 : HFIP 매우 휘발성 해로운 것입니다. 그것은 신중하게 안전 후드, 피펫 아래의 호흡 트랙 작업에 해를 입힐하고, 튜브 캡 수. </li><li> 소용돌이는 1 분간 정지 및 추가 솔루션을 취소 흔들어. 확인하려면, 단백질의 전체 양이 완전히 용해되어, 이상 밤 기다립니다. </li></ol> 2. 전기 방사 <ol><li> 장소 카운터 전극과 전극 (-22.5 kV의)과 상대 전극 (+2.5 kV의) 두 가지 사전 설정 전압의 상단에있는 필터 재료 : 전기 방사 장치 (그림 1)를 준비합니다. 315 μL / 시간에 부피 유량을 설정합니다. 참고 : W하일 전기 방사 독성 HFIP이 증발됩니다. 당신의 전기 방사 장치 흄 후드에 연결되어 있는지 확인합니다. </li><li> 상업적으로 이용 가능한 20 G 바늘을 30 mm의 잔여 길이 손 분쇄기 날카로운 끝을 갈기. 1 ML의 주사기에 바늘을 연결합니다. 참고 : 평면 바늘 끝은 잘 정의 된 테일러 콘을 생성하기 위해 필요합니다. </li><li> 주사기로 전체 방사 도프 (200 μL)을로드합니다. 완벽한 솔루션이 회전하는 과정에서 돌출 될 수 있도록하기 위해, 공기의 100 μL와 함께 마약을 오버레이. 참고 : 바늘의 막힘 방지하기 위해 회전 마약에는 입자 (집계 또는 불순물)이 없는지 확인하십시오. 흄 후드에서 작동! </li><li> 전기 방사 장치의 주사기 펌프에 채워진 주사기를 연결하고 물방울 바늘의 끝에 나타날 때까지 조심스럽게 주사기로 피스톤을 누르십시오. 피스톤을 잠급니다. </li><li> 거리를 설정바늘의 끝과 8~20센티미터에 상대 전극 사이. </li><li> 주사기 펌프를 시작하고 바늘의 개통에서 (일반적으로 밖으로 건조) 액을 제거하십시오. 즉시 전기 방사 장치의 안전 설치를 활성화하고 즉시 새로운 물방울이 나타나는 높은 전압 소스를 시작합니다. 방사 도프의 전기 방사하여 연속적으로 시작됩니다. 회전 기간을 제어하는​​ 스톱워치를 사용합니다. 참고 : 솔루션의 건조 방지하고 따라서 바늘 막힘하기 위해, 즉시 건조 액을 제거한 후 회전하는 프로세스를 시작해야합니다. </li><li> 재조합 거미 실크 단백질의 전기 방사하기 때문에 습도와 온도에 따라 각각의 실험 조건으로 공정 변수의 적응 (그림 2)이 필요할 수 있습니다. 참고 : 충분한 유량을 사용한다 (그림 2B) 건조 물방울을 방지 할 수 있습니다. 낮은 가습기가있는 경우TY는 주변 분위기, 상대 습도를 조정하거나 흐름 속도를 높입니다. 적절한 테일러 콘이 발생할 때까지 전압을 낮 춥니 다 (그림 2A). 팁 (그림 2C) 전혀 해결책이 없을 때, 유량을 높이고 물방울이 발생할 때까지 전압을 낮 춥니 다. 그런 다음 안정되어있는 테일러 콘 (그림 2A)을 설정하기 위해 전압을 조정합니다. </li><li> 30 주사기 펌프 오프 스위치를 전기 방사의 초 / 60 초 / 90 초 후. 떨어지는 물방울을 방지하기 위해, 주사기에 잔류 압력을 해제하는 높은 전압 소스를 켜기 전에 10 초를 기다립니다. </li><li> 단계 6 ~ 8은 이러한 비교를위한 폴리 아미드, 폴리 프로필렌과 폴리 에스테르 부직포 메쉬뿐만 아니라 검은 종이로 필터 재료의 다양한 유형을 수행 할 수 있습니다. </li><li> 이후 안정성 실험 부직포 메쉬를 생성하기 위해 필터 재료 대신에 검은 종이를 사용하고 5 단계에서 7 단계를 수행합니다. 전기 방사의 5 분 후에 중지과정은 8 단계에서 설명했다. </li></ol> 3. 실크 부직포 메쉬의 후 처리 <ol><li> 60 미리 가열 오븐 ° C. </li><li> eADF4 (C16) 부직포 메쉬 수직으로하고 잠금 유리 용기 2 cm의 최소 거리로 필터 기판을 놓습니다. 컨테이너는 이후 에탄올과 물을 소개하는 데 사용되는 두 개의 구멍이 있어야합니다. 참고 : 필터 재료를 고정 할 때, 투수 실험에 필요한 영역은 클램프에 의해 손상되지 않았는지 확인합니다. </li><li> 후 처리 용기의 내부 바닥 (그림 3)에 가리키는 실리콘 튜브 두 60 ML의 주사기, 에탄올로 가득 하나 물이 가득 하나를 연결합니다. 주 : 치료 후 컨테이너에서 액체를 제거 할 수하기 위해, 가능한 한 근접하게 아래로 파이프의 구멍을 배치합니다. </li><li> 오븐에서 치료 후 컨테이너를 배치EN과 주사기를 돌출시켜 에탄올 60 mL를 추가합니다. 치료 기간을 제어하는​​ 스톱워치를 사용합니다. </li><li> 에탄올 증기 치료 90 분 후, 유리 주사기 에탄올을 제거하고, 두 번째 주사기에 물 60 mL를 추가합니다. </li><li> 또 다른 90 분 동안 기다린 후 물을 제거하고 오븐을 끄십시오. 완전히 식을 때까지 응축하여 물방울을 방지하기 위해, 오븐에 컨테이너를 둡니다. </li></ol> 4. 거미 실크 부직포 메쉬 분석 <ol><li> 검은 종이 또는 기타 이동식 지원에 대한 안정성 테스트를위한 실크 부직포 메쉬를 준비합니다. 골판지 밖으로 두 프레임을 잘라 두 번 끈끈한 접착 테이프를 조정합니다. 실크 부직포 메쉬 위에 하나의 프레임은 검은 종이에 입금 누르고 실크 섬유 (SEM 이미징 이후의 과잉 섬유를 유지)의 과잉을 차단하기 위해 메스를 사용합니다. 조심스럽게 종이에서 부직포를 분리하기 위해 프레임을 제거합니다. 두 번째 프레임이 단계를 반복(그림 4). </li><li> 실제 딥 시험 : 각 조각 (1cm 2), 사후 처리 및 비 처리 된 실크 부직포 메쉬를 잘라 탈 물에 담근다. 처리 된 부직포 메쉬 (그림 5) 안정 될 동안 처리하지 않은 실크 부직포 메쉬 즉시 용해됩니다. 침지 후, 담근 샘플을 건조 SEM 이미지 준비를합니다. </li><li> 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR) 측정 및 연속 푸리에 자기 디컨 볼 루션 (FSD) 부직포 메쉬의 후 처리에 따라 실크 단백질의 구조적 변화에 대한 정보를 얻기 위해, FTIR이 매개 변수를 사용하여 적용 할 수 있습니다 투과율 800 4,000센티미터 -1 모드, 스캔, 60 축적을 측정하고 각각의 스펙트럼 평균을 하나의 참조 스펙트럼에 따라 측정된다. 데이터의 정량 분석을 위해, FSD (그림 6, 그림 7) 고용 할 수 있습니다. 따라서, 곡선 데이터를 AR로 감소1,590 및 1,705cm -1 기준 개정과 EA가 수행됩니다. 지역 최소 자승법은 22 (1611, 1619, 1624, 1630, 1640, 1650, 1659, 1666, 1680, 1691, 1,698cm -1) 이전의 연구에서 가져온 최고 위치에 따라 계산됩니다. </li><li> SEM 이미지 : SEM은 섬유 직경과 다른 필터 기판에 실크 섬유의 형태를 조사하고 섬유의 형태 (그림 8)의 후 처리의 영향을 분석하기 위해 적용 할 수 있습니다. 충분히 상세한 이미지를 얻기 위해 25,000 X 5,000 X의 배율을 사용합니다. </li></ol> 5. 공기 침투성의 결정 <ol><li> Akustron 공기 투과성 장치의 측정 영역에 필터 재료의 적절한 피팅 부품을 배치. 참고 :: 당신은 공기 침투성 장치의 다른 유형을 사용하는 경우, DIN의 요구 53 887, DIN 53 120, ISO를 충족하는지 확인 9237 및 ASTM D 737-96 표준. </li><li>Akustron 공기 침투성 장치 (또는 다른로 5.1에 묘사 된) 사용합니다. 필요가 NORMED 데이터를 계산하면 [L / (m 2 개 초)]. </li><li> 샘플의 다른 부분과 1 단계와 2 단계를 적어도 10 번 반복 연산 중간 (그림 9)을 계산합니다. 참고 : 측정 공기 침투성이 장치의 연락처 및 부직포 메쉬가 필요합니다. 따라서, 샘플의 취급에주의가 섬세한 실크 부직포 메쉬의 파열을 방지하기 위해 필수적이다. </li></ol> 6. 필터 효율의 결정 <ol><li> 압력 제어와 같은 범용 입자 선별기 (팔라스 GmbH를, 카를 스루에, GER)와 같은 입자 계수기와 적절한 기계를 사용합니다. </li><li> 장치와 측정 입자 보존 (그림 10)에서 필터 샘플을 놓습니다. 에어로졸 : 디 에틸 헥실 sebacat (DEHS) 입자 크기 : 0.3-3 μm의, 지속 시간 : 30 초, 액체 속도 : 2,350센티미터 / 초, 공기 흐름 : ​​3천4백m 3 / 시간. <br/&gt; 참고 :주의 샘플을 처리하고 부직포 메쉬의 파괴를 방지하고 오염을 방지하기 위해 표면을 만지지 마십시오. 성능 측정을 위해 동일한 품질의 충분한 샘플을 만들어야합니다. </li></ol>

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우리는 공개 아무것도 없어.

새 필터 장치는 일정 이상의 필터 효율의 공기 여과의 전반적인 에너지 소비를 절감 할 수 있어야합니다. 여기에, 이러한 장치는 거미줄로 만든 부직포를 사용하여 만들어졌습니다. 낮은 표면 장력과 높은 변동성으로 인해, HFIP는 전기 방사에 적합한 용매로 선정되었습니다. 또한, 수성 실크 솔루션은 이전의 실험에서 테스트되었습니다, 그러나 섬유가 생성 될 수 있습니다. 여기에, 그것은 표면 장력을 낮추고함으로써 솔루션의 회전 특성을 개선하기 위해 첨가제를 사용하는 것이 중요 할 것이다. 가장 중요한 단계는 높이, 전압, 압출 속도를 회전시키는 조건과 사용되는 재료의 농도와 방사 용액의 용매를 조정하는 것입니다. 연주 중에, 팁의 막힘 예를 들어 수증기 형태의 습기로 바늘 끝을 제공하여 방지 할 수 있지만, 전기 방사 설정​​에서 추가의 어떤 종류 연속적으로 방해 할 수민감한 프로세스와 전기장. 중요한 공정 변수 (농도, 전압, 거리, 습도) 개별적으로 별도의 실험 시리즈 (데이터가 표시되지 않음)을 수행하고 측정 하였다. 고려 사항으로 모든 매개 변수를 복용하면이 연속 테일러 콘 균일 한 섬유를 만드는 회전하는 프로세스를 돌봐 매우 중요합니다. 필터 효율은 필터 재료의 가장 중요한 변수 중 하나입니다. 이 매개 변수는 주로 필터 재료의 구조에 의해 영향을 받는다. 부직포는 균일 한 기공 크기 및 이후 일관 공기 침투성을 상속합니다. 그것은 모공을 채울하고 무결점 필터를 생성하기 위해 이러한 템플릿 자료에 균일 한 부직포 메쉬를 생성 할 중요하다. 우리의 필터에서 필터 효율은 부직포 메쉬 층의 수에 따라서, 회전 기간 (실크 단백질)에 직접적인 의존성을 표시합니다. 단일 섬유 사이의 간격이 지속적으로 유지 (을)를 가능하게 채워F 작은 입자. 이 작품에서 우리는 높은 필터 효율을 보여주는 거미 실크 짠것이 아닌 메시를 가진 새로운 필터 재료를 생산하는 방법을 소개했다. 따라서 이러한 필터는 공기 여과 시스템의 미래 사용을위한 유망한 후보입니다.

강도와 확장의 그들의 조합으로 인해, 거미 실크 섬유는 대부분의 다른 천연 또는 합성 섬유 1보다 더 많은 운동 에너지를 흡수 할 수있다. 또한, 대부분의 합성 고분자 물질과는 달리 실크 소재는 독성 및 생체 적합성이며, 2,3를 통합하는 경우에는 알레르기 반응을 일으킬 수 없다. 상상 속 건강 위험은 거미 실크를 사용하여 방지 할 수 있습니다. 이러한 기능은 의료 및 기술 응용 프로그램의 다양한 거미 실크는 매우 매력적. 거미가 자신의 야만적 행위로 인해 양식이 될 수 없기 때문에, 생명 공학 방법은 모두 비용 효율적이고 충분한 양 4, 거미 실크 단백질을 생산하기 위해 개발되었습니다. 재조합 실크 단백질 eADF4 (C16)는 Araneus diadematus 피브로인 4 (ADF4)의 자연 순서에 따라 설계되었습니다. eADF4 (C16)는 48kDa 5의 분자량을 가지고 있으며 (hexafluorois 다양한 용매에 용해opropanol (HFIP) 6, 포름산 7 수성 버퍼) 8. eADF4 (C16)은 같은 영화 9, 캡슐 8, 입자 10, 하이드로 겔 11, 코팅 7, 섬유 12 부직포 메쉬 6와 같은 다른 형태소로 처리 할 수 있습니다. 화학적 안정성으로 인해, 후자는 필터 응용 프로그램에서 높은 잠재력을 제공합니다. 여기, 우리는 전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬를 포함하여 공기 필터 장치를 조작하는 프로토콜을 제시한다. 전기 방사 또는 정전기 방사는 일반적으로 이미 필터 응용 프로그램을 14로 조사 된 10 나노 -10 μm의 13 일 및 부직포 메쉬의 범위의 직경을 가진 고분자 섬유를 생산 고용하는 기술입니다. 과거에는 전기 방사가 성공적으로뿐만 아니라 재조합 생산 16 거미 실크로 재생 15 처리를 위해 적용되었습니다단백질. 일반적으로 높은 전기 전압 (5-30 kV의)는 주사기와 8~20센티미터의 거리에 배치 상대 전극 (0-20 kV의)에 적용됩니다. 강한 정전기 필드는 충전 솔루션 내에서 반발력을 유도합니다. 표면 장력을 초과하면, 테일러 콘을 형성하고, 얇은 제트 팁 17,18에서 폭발합니다. 형성 한 후, 굽힘 불안정성은 더욱 용매 증발 스트레칭 일으키는 제트에서 발생하고 단단한 섬유 형성된다. 마지막으로, 섬유는 무작위 부직포 메쉬 19로 상대 전극에 입금됩니다. 직경 표면 토폴로지 (다공성, 부드러운)와 같은 섬유 속성은 농도, 점도, 표면 자유 에너지와 용매의 고유 전기 전도도와 투과도 20 개의 솔루션 매개 변수에 주로 의존한다. 솔루션의 단백질 농도에 따라 80-1,100 nm의에서 직경 부드러운 섬유에 HFIP 결과에 용해 eADF4 (C16)의 전기 방사.HFIP에서 eADF4 (C16) 전기 방사는 주로 α-나선 차 구조를 표시하고 섬유는 물에 6 수용성이다. 실크 섬유를 안정화하기 위해, β-시트 구조는 에탄올 후속 처리에 의해 유도해야합니다. 이전에 설정된 후 처리 방법 21 대조적으로, 본 연구 eADF4 (C16) 부직포에 실크 섬유의 형태를 유지하기 위해 에탄올 증기로 처리하고 있습니다. 이차 구조 분석은 문헌 22에 설명 된대로 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR)과 이후 푸리에 자기 디컨 볼 루션 (FSD)를 사용하여 수행 하였다. FSD는 FTIR 스펙트럼의 해상도가 몇 가지 중복 대역으로 구성 할 수있는 신호 처리 도구입니다. 따라서, I 지역 가운데 넓은의 불명료 한 밴드는 향상된 최대 해상도 deconvoluted 스펙트럼을받을 수 하이 패스 필터를 사용하여 축소 할 수 있습니다. EFF을 평가하기 위하여실크 부직포 메쉬를 보완 필터 기판의 iciency는 공기 투과성 시험은 표준 프로토콜에 따라 Akustron 장치를 사용하여 수행 하였다. 증착 속도는 팔라스 보편적 인 입자 선별기를 사용하여 측정 하였다.

전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬를 포함하여 공기 정화 장치

Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins

Araneus diadematus 피브로인 4 (ADF4), 재조합 거미 실크 단백질 eADF4의 자연 순서에 따라 (C16) 설계되었습니다. 이 고도의 반복적 인 단백질은 48kDa의 분자량을 가지고 있으며 (hexafluoroisopropanol (HFIP), 포름산 및 수성 버퍼) 다른 용매에 용해됩니다. eADF4 (C16)은 같은 영화, 캡슐, 입자, 하이드로 젤, 코팅, 섬유 및 부직포의 메쉬로 형태소로 처리 다양한 기술 응용 프로그램에 대한 높은 가능성을 제공합니다. 화학적 안정성과 통제 형태에 의해, 후자는 필터 재료를 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜에서는, 우리는 전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬의 증착, 다른 공기 정화 장치의 효율을 향상시킬 수있는 절차를 제시한다. 부드러운 섬유에 HFIP 결과에 용해 eADF4 (C16)의 전기 방사. 다른 섬유 직경 (80-1,100 NM)과 단백질 농도의 변화 (5~25% W / V)의 결과부직포 메쉬 따라서 기공 크기. 단백질 갓 회전 섬유에 주로 α-나선 차 구조를 표시하므로 HFIP에서 eADF4 (C16) 전기 방사의 후 처리가 필요하며, 따라서 섬유는 수용성이다. 에탄올 증기와 이후의 치료는 실크 섬유 및 메쉬의 형태를 유지 방수, 안정 β-시트 구조의 형성을 유도합니다. 이차 구조 분석은 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR)과 이후 푸리에 자기 디컨 볼 루션 (FSD)를 사용하여 수행 하였다. 기본 목표는 정상에 실크 부직포 층을 추가하여 기존 필터 기판의 필터 효율을 향상시킬 수 있었다. 기간을 전기 방사의 영향 및 필터 효율에 따라서 부직포 층의 두께를 평가하기 위해, 우리는 입자 증착 측정과 함께 공기 침투성 시험을 수행 하였다. 실험은 표준에 따라 수행되었다프로토콜을 지원합니다.

10 %의 농도로 재조합 거미 실크 솔루션의 전기 방사 HFIP에서 W / V는 부직포 메쉬의 형성을 허용, 80 ~ 120 nm의 직경 범위 부드러운 섬유로 만들었습니다. 에탄올 증기와 사후 처리는 실크 부직포 후 처리의 적절한 방법 (그림 8)로 설립, 따라서이었다 눈에 띄는 형태 변화로 이어질하지 않았다. 구조적 변화는 FT-IR과 I 밴드가 하나의 공헌 피크 (그림 6)을 분석하기 위해 수행 된 가운데 후속 FSD를 사용하여 검출 하였다. 그것은 α-나선 싶게 임의의 코일 구조의 내용 (그림 7) 감소하면서 사후 처리, β-시트 구조의 증가로 연결되는 표시 할 수 있습니다. 이 결과는 사실상 물 (그림 5)에 부직포 사후 처리를 찍기로 입증 할 수 있습니다. 하나라도 주 후에, 부직포 메쉬의 더 용해가 발생하지 않습니다. 회전 뒤배급은 전기 방사 섬유의 증가 밀도에 따라 압력 강하에 의한 필터 소재의 실크 부직포의 적용에 관한 가장 중요한 매개 변수입니다. 따라서 확장 된 회전 기간 운트 공기 침투성의 지수 감소 섬유층 결과의 높은 숫자. 이 효과는 치료 후 이전과 이후의 모든 다른 필터 기판 재료 (그림 9)에 대한 감지 할 수있다. 마찬가지로, 서브 마이크로 미터의 입자 증가 실크 함유 필터 재료 (그림 10)의 여과 효율. 짧은 회전 기간 (30 초) 낮은 필터 효율, 높은 회전 기간 (90 초)보다 높은 효율로 리드를 얻을 수 있지만. <img alt="그림 1" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1.jpg" /> 그림 1. 높은 전기 전압 (0 ~ 30 kV의) I<html> 의는 실크 용액을 가득 주사기에 적용하고, 상대 전극 (0-20 kV의)는 8~20cm의 거리에 배치됩니다. 이 설정은 충전 솔루션 내에서 반발력을 유도, 강한 정전기 장을 발생합니다. 표면 장력을 초과하면, 테일러 콘을 형성하고, 얇은 제트 끝에서 폭발합니다. 형성 한 후, 굽힘 불안정성은 더욱 용매 증발 스트레칭 일으키는 제트에서 발생하고 단단한 섬유 형성된다. 마지막으로, 섬유는 무작위 부직포 메쉬의 형태로 상대 전극에 입금됩니다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig2.jpg" /> 일반 테일러 콘 (A), 건조 물방울 (B), 그리고 물방울 (C)없이 설치의 그림 2. 사진. iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg &quot;/&gt; 기상 후 치료 기간 동안 그림 3. 도식 절차. 첫 번째 단계에서, 챔버는 에탄올로 가득하고, 샘플은 90 분 동안 60 ° C에서 찐 있습니다. 후속 처리를 위해 부직포 메쉬를 완화하기 위해, 60 90 분 동안 에탄올을 제거하고 섬유를 수증기로 찐 ° C.는 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig3large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig4.jpg" /> 그림 4. 후 처리에 사용되는 첨부 실크 부직포 메쉬와 함께 골 판지 프레임의 사진. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig5.jpg" /> 그림 5. Electrosp유엔과 이후 사후 처리 된 건조 상태 (A)에 물 (B)에 따라 부직포. <img alt="그림 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6.jpg" /> 그림 6. 아미드 (A) 치료 및 사후 처리 (B) 거미 실크 부직포 메쉬의 I 밴드의 푸리에 자기 deconvoluted 흡수 스펙트럼. 실선은 디컨 볼 루션 후 유도로 단일 공헌 피크 (점선)으로 인한 흡수 밴드를 표시합니다. 각각의 곡선의 할당이 문헌 22에서 이전에 발행 된 값을 기반으로하고 있었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig6large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . <img alt="그림 7" fo:conten<html> T 너비 = &quot;5 인치&quot;FO : SRC = SRC = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg&quot;/ &quot;를 /는 files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg&quot;&gt; 그림 7. 비 처리 및 eADF4 (C16) 사후 처리 부직포 메쉬의 이차 구조의 콘텐츠입니다. <img alt="그림 8" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8.jpg" /> . 전기 방사 eADF4의 그림 8 SEM 이미지 (C16) 섬유 다른 필터 기판 : 폴리 아미드 (PA), 전 (S1) 후 폴리 에스테르 (PE), 폴리 프로필렌 (PP) 순수 eADF4 (C16) 섬유 (S2) 후 에탄올 증기 치료. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig8large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . / ftp_upload/50492/50492fig9.jpg &quot;/&gt; 그림 9. 공기 침투성 검사, 전 (A)과 후 처리 후 (B) 에탄올 증기와 실크 부직포 메쉬의 증가 회전 시간 이후에 공기 투과성을 낮추고 더 많은 짠것이 아닌 레이어로 이어집니다. <img alt="그림 10" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10.jpg" /> 그림 10. 에탄올 후 처리 후, 실크 레이어 수량에 영향을 미치는 다른 회전 기간의 폴리 아미드 필터 물질에 전기 방사 거미 실크 부직포 메쉬에 디 에틸 헥실 sebacat 에어로졸 필터 효율.

거미 실크 섬유는 특별한 기계적 특성을 표시합니다. 설계<em&gt; Araneus diadematus</em&gt; 피브로인 4 (eADF4)는 전기 방사를 사용하여 부직포 메쉬로 처리 할 수​​ 있습니다. 여기 eADF4 부직포 메쉬는 공기 여과 장치의 성능을 향상하는 데 사용됩니다.

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly ...

다음 실험의 전반적인 목표는 거미 실크 부직포 망을 증착하여 미세 입자 여과를 위한 상용 필터 재료를 개선하는 것입니다. 먼저, 동결 건조된 재조합 거미 실크 단백질을 HFIP에 용해시켜 적절한 방사 용액을 제조합니다. 그런 다음, 이 용액을 다양한 필터 재료 위에 전기 방사하여 실크 및 부직포 층으로 코팅합니다.다음으로, 이후의 취급을 위해 부직포를 연화시킬 수 있도록 수용성 구조와 안정적인 수분 구조를 유도하기 위해 실크 서브 마이크로미터 섬유를 에탄올 증기로 처리합니다. 수증기로 샘플을 가습했을 때, 입자 여과 측정 결과 합성 폴리머의 멜트 블로잉 공정과 비교하여 방사 시간 및 이에 따른 층 두께가 필터 효율에 명확한 의존성을 보인다는 점이 나타났습니다. 전기 방사는 입자 크기 분포가 더 좁으면서 직경이 약 10배 더 작은 섬유를 제공합니다.중요한 점은, 생분해성 거미 나노섬유를 사용하면 다른 고분자 섬유와 비교하여 잠재적인 건강 위험을 낮출 수 있다는 것입니다. 따라서 이 방법은 기술적 여과 분야에서 높은 활용도를 제공할 수 있습니다. 또한 거미 실 논직 메쉬가 상처 치유를 도울 수 있는 상처 피복 장치와 같은 의료 시스템에도 적용될 수 있습니다.우리는 다양한 기술로 거미줄 섬유를 제조하려 했을 때 처음으로 이 방법의 아이디어를 얻었습니다. 전기방사로 얻은 낮은 직경의 섬유를 공기 정화 장치에 사용할 수 있겠다는 생각에서 이 아이디어가 시작되었습니다. 20 mg의 동결건조 단백질에 200 µL의 HFIP를 가하고 용기를 파라필름으로 밀봉한 뒤, 전기방사 도프 현탁액을 1분 동안 흔들어 용액을 투명하게 만들고 실온에서 하룻밤 동안 배양합니다. 전기방사 장치를 준비하려면 필터 재료를 상대 전극 위에 놓고, 전극과 상대 전극의 전압을 미리 설정하십시오.그런 다음 체적 유량을 설정하십시오. 독성이 있는 HFIP가 증발하므로, 전기 방사 장치가 흄 후드에 연결되어 있는지 확인하십시오. 잘 정의된 테일러 원뿔을 생성하려면 20 gauge 바늘의 날카로운 끝부분을 갈아 잔여 길이를 30 millimeters로 만드십시오.그런 다음 바늘을 1 mL 주사기에 연결합니다. 방사 용액 전체를 주사기에 넣고, 방사 과정 동안 용액이 완전히 압출될 수 있도록 용액 위에 100 µL의 공기를 채웁니다. 다음으로, 용액이 채워진 주사기를 전기방사 장치의 주사기 펌프에 장착합니다.바늘 끝에 액적(droplet)이 나타날 때까지 피스톤을 시린지에 조심스럽게 누릅니다. 이제 피스톤을 고정합니다. 바늘 끝과 상대 전극 사이의 거리를 8~20 cm로 설정합니다.고전압 전원을 연결한 후, 시린지 펌프를 작동시키고 바늘 입구에서 액적을 제거합니다. 전기 방사 장치의 모든 안전 설비를 즉시 가동하고 고전압 전원을 켭니다. 새로운 액적이 나타나면 즉시 시작합니다.재조합 거미 실크 단백질의 전기방사는 습도와 온도에 영향을 받으며, 개별 실험실 조건에 맞춰 공정 매개변수를 조정해야 할 수도 있으므로 스톱워치를 사용하여 방사 시간을 제어하십시오. 정해진 전기방사 시간이 지나면 시린지 펌프를 끕니다. 10초 후에 고전압 전원을 꺼서 부직포 메쉬를 생성합니다.이후의 안정성 실험을 위해, 필터 재료 대신 검은색 종이를 사용하십시오. 5분 동안 전기 방사를 수행한 후, 앞서 설명한 대로 60 °C로 예열된 오븐에서 공정을 중단하십시오.부직포 메쉬가 포함된 필터 기질을 수직으로 배치합니다. 두 개의 개구부가 있는 잠금 가능한 유리 용기의 벽면과 샘플 사이에 최소 2 cm의 거리를 둡니다. 용매 도입을 위해 60 mL 시린지 두 개를 연결하며, 하나에는 에탄올을, 다른 하나에는 물을 채운 뒤 실리콘 튜브가 후처리 용기의 바닥 내부를 향하도록 합니다.사후 처리 용기를 오븐에 넣고 주사기를 밀어 에탄올 60 milliliters를 첨가합니다. 스톱워치를 사용하여 처리 시간을 조절하십시오. 이제 주사기를 이용해 에탄올을 제거하고, 두 번째 주사기로 물 60 milliliters를 추가하여 90분 동안 더 유지합니다.그런 다음 물을 제거하고 오븐의 전원을 끕니다. 응결로 인한 물방울 생성을 방지하기 위해, 오븐이 완전히 식은 후에만 용기를 꺼내십시오. 안정성 테스트의 경우, 검은색 종이나 기타 제거 가능한 지지대에 스펀닝된 실크 부직포 메쉬를 사용하십시오.양면 접착테이프를 조절합니다. 그다음 카드보드로 프레임 두 개를 자릅니다. 검은색 종이 위에 증착된 실크 부직포 메쉬 위에 프레임 하나를 눌러 고정합니다.그런 다음 여분의 부직포 망을 잘라내고 프레임을 조심스럽게 제거합니다. 이어서 동일한 방식으로 두 번째 프레임을 부착합니다.실제 침지 테스트를 위해, 전처리 후의 실크 부직포 메쉬 샘플과 처리하지 않은 실크 부직포 메쉬 샘플을 준비하여 탈이온수에 담급니다. 처리하지 않은 실크 부직포 메쉬가 즉시 용해되는 것을 확인하십시오. 반면, 처리된 부직포 메쉬는 안정 상태를 유지하며, 이를 공기 중에서 건조시킵니다.SEM 이미징을 위한 샘플에 대해, 부직포 메시의 후처리 후 실크 단백질의 구조적 변화에 관한 정보를 얻기 위해 푸리에 변환 적외선 분광법을 적용합니다. 투과 모드를 선택하고 스캔 범위를 800에서 4,000 cm⁻¹로 설정하십시오. 각 스펙트럼당 평균 60회의 누적 측정과 1회의 참조 측정을 수행합니다.M의 경우, 데이터의 정량 분석을 위해 푸리에 자기 디컨볼루션(Fourier self deconvolution)을 이용하십시오. 곡선 범위를 1,590에서 1,705 cm⁻¹ 사이의 파수로 설정하고, 베이스라인 교정을 포함하십시오. 그 다음, 2006년 schu 및 동료들이 상세히 설명한 바에 따라 국소 최소 제곱 맞춤(local least square fit)을 계산하십시오.다음으로, SEM 이미징을 사용하여 다양한 필터 기판 위 실크 섬유의 직경과 형태를 조사하고, 후처리가 섬유 형태에 미치는 영향을 분석합니다. 충분히 세밀한 이미지를 얻기 위해 5,000에서 25,000 x의 배율을 사용하십시오. 먼저, 필터 재료의 적절한 크기의 부분을 장치의 측정 영역에 배치합니다.제조사의 지침에 따라 acutron 공기 투과성 측정 장치를 사용하고, 표준화된 데이터를 기록하십시오. 시료의 서로 다른 10곳 이상에서 데이터를 수집한 후, 산술 평균을 계산하여 필터 효율을 결정하십시오. 범용 입자 분석기와 같이 압력 제어 및 입자 계수 기능이 갖춰진 적절한 장비를 사용하십시오.부직포 메쉬의 파손을 방지하고 오염을 피하기 위해 샘플을 조심스럽게 다루고 표면에 접촉하지 마십시오. 성능 측정을 위해 동일한 품질의 샘플을 충분히 제작해야 합니다. HFIP 내 10%weight per volume 농도의 재조합 거미 실크를 폴리아미드, 폴리프로필렌, 폴리에스터와 같은 다양한 필터 재료 위에 전기 방사한 결과, 직경이 80에서 120 nanometers 범위인 매끄러운 섬유가 생성되었으며, 이를 통해 다양한 필터 재료 상에 부직포 메쉬를 형성할 수 있었습니다.에탄올 증기를 이용한 후처리는 뚜렷한 형태학적 변화를 일으키지 않았으며, 이에 따라 실크 부직포 후처리의 적절한 방법임을 확인하였다. FTIR을 사용하여 구조적 변화를 검출하였으며, 이후 단일 기여 피크를 분석하기 위해 Amid IB 밴드의 FSD를 수행하였다. 흥미롭게도, 후처리는 베타 시트 구조의 증가를 유도하는 반면 알파 헬릭스 및 랜덤 코일 구조의 함량은 감소시킨다.이 결과는 전처리된 부직포 메시를 물에 담금으로써 실질적으로 증명할 수 있습니다. 앞서 살펴본 바와 같이, 방사 시간은 필터 재료로서 실크 부직포 메시의 적용과 관련하여 가장 중요한 매개변수입니다. 방사 시간이 길어질수록, 즉 섬유 층의 수가 많아질수록 공기 투과율은 기하급수적으로 감소합니다. 마찬가지로, 서브 마이크로미터 입자에 대한 실크 함유 필터 재료의 여과 효율은 개발 과정에 따라 증가합니다.이 기술은 생체 모방 재료 분야의 연구자들이 기술적 응용 분야에서의 높은 잠재력을 탐구할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이 영상을 시청한 후, 귀하는 재조합 거미 실크 단백질을 서브 마이크로미터 크기의 부직포 메쉬로 가공하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 이는 미세 입자의 여과에 유용합니다.HFIP를 사용하는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 실험 절차를 수행하는 동안 항상 흄 후드 사용과 같은 예방 조치를 고려해야 함을 잊지 마십시오.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

여기 우리는 여성의 검은 과부 거미의 복부에서 비단 생산 땀샘을 제거하는 효율적인 전략을 설명합니다. 이 절차는 일곱 별개의 비단 생산이 높은 정화 패션, 거미 실크의 생산 및 섬유 조립을 공부 조사를위한 중요한 프로세스의 분비를의 급속한 고립 수 있습니다.

블랙 위도우 스파이더 실크 생산 땀샘의 Microdissection

거미 실크 옷의 뛰어난 기계적 및 생화 학적 특성에도 불구하고,이 재료는 종래의 방법으로 대량 수확 할 수 없습니다. 여기 차세대 biomaterials 같은 거미 실크의 생산과 사용을 공부 수사관을위한 중요한 과정입니다 인공 거미 실크 섬유를 스핀하는 효율적인 전략을 설명합니다.

실험실 규모의 합성 거미의 실크 생산

생체 재료 기술의 발전으로 3차원 다세포 유형의 구조를 개발할 수 있게 되었습니다. 우리는 기도의 주요 구조 세포를 배양하기 위해 3개의 개별 골격을 생산하여 기도 세기관지 벽의 3D 체외 모델을 제공하는 전기 방사 프로토콜을 개발했습니다.

전기 방사를 적응하는 것은 트라이 계층에 대한 세 가지 독특한 환경을 제공하기 위해<em&gt; 체외</em&gt;기도 벽의 모델

미세 회전 및 재생성된 실크 fibroin monofilament의 미세 특성화에 대 한 프로토콜 제공 됩니다.

미세 드라이 회전 및 재생성된 실크 Fibroin 섬유의 특성

이 프로토콜은 생체 의학 및 환경 응용 분야에서 사용 하기 위해 반응성 잉크젯 인쇄를 활용 하 여 자기 모 타일에 적합 하 고 친환경적 인 마이크로 교 반기를 인쇄 하는 기능을 보여줍니다.

실크 기반 자기 추진 마이크로 교 반기에 대 한 반응성 잉크젯 프린팅 및 추진 분석

여기서, 우리는 수용 성 재조합 거미 실크 단백질 용액 및 그 용액 으로부터 형성 될 수 있는 물질 형태를 생산 하는 프로토콜을 제시 한다.

열과 압력을 이용한 수성 용 매 화를 통한 재조합 거미 실크의 재료 형성

플라스틱 멤브레인이 있는 조직 배양 삽입물은 세포 배양 실험실에서 세포층과 장벽 조직 모델을 확립하기 위한 투과성 지지체로서 황금 표준입니다. 여기에서, 우리는 플라스틱 멤브레인을 재조합 기능화된 거미줄 단백질로부터 만들어진 생물학적으로 더 관련성이 높은 멤브레인으로 대체하는 간단한 방법을 제시한다.

맞춤형 조직 배양 인서트에 재조합 기능성 거미줄로 만든 Nanofibrillar 기저막 모방

실크 필름은 생물 의학 응용 프로그램의 배열에 대해 쉽게 사용자 지정 biomaterials의 소설 클래스입니다. 제시 실크 영화 문화 시스템의 다양한 고도의...

위한 실크 영화 문화 시스템 체외에서 분석 및 Biomaterial 디자인

Electrospun의 공사장 공중 발판은 조직 공학 응용 프로그램을위한 포스트 프로덕션을 처리할 수 있습니다. 여기 불임 (무균 생산 또는 멸균 포스트 생산)을 달성하기 위해하고 적절한 biomechanical 속성을 달성위한 두꺼운 공사장 공중 발판을 (멀티 layering이 열을 사용하거나 증기가 풀림으로) 제작을 위해, 복잡한 공사장 공중 발판을 (연속 회전으로) 회전하는 방법을 설명합니다.

조직 공학을위한 Electrospun의 Fibres의 Postproduction 처리

혼합 속성과 결합하여 광범위한 기능과 생체 물질을 생성 할 수있는 효율적인 방법입니다. 다른 천연 실크 단백질 분자 사이의 상호 작용을 예측함으로써, 가변 기계적 복원력 전기적 응답, 광학 투명성, 화학적 가공성, 생분해 성, 또는 열적 안정성을 가진 새로운 실크 실크 단백질 합금 플랫폼을 설계 할 수있다.

바이오 메디컬 응용 프로그램에 대한 실크 실크 단백질 합금 재료 설계

학습하세요 전기 방사 기술로 재조합 거미 실크 단백질(eADF4)을 이용해 나노섬유 부직포 메쉬를 제조하는 방법을. 이 생분해성 소재는 공기 정화 필터의 효율을 크게 향상시켜 환경 및 의료 분야에 활용됩니다.

전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬를 포함하여 공기 정화 장치

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