Name: 분자 얽힘과 생체 고분자의 Electrospinnability (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-09-03T15:45:00.000+00:00
Duration: 7 min 59 s
Description: 학습하세요 전단 점탄성 측정을 이용한 전기방사 가능성 평가 방법을. 전분과 풀룰란 생체고분자의 점도와 전기방사 성능 간 상관관계를 분석하여 재료공학 연구에 활용할 수 있습니다.

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이 작품은 음식과 농업에 대한 USDA 국립 연구소, 국립 경쟁 보조금 프로그램, 국가 연구 이니셔티브 프로그램 71.1 FY 2007에 의해 부분적으로 자금 지원 알레르기 및 감염성 질환 그랜트 번호 2007-35503-18392, 보건 국립 연구소, 연구소 등 , R33AI94514-03.

1 회전 마약 준비 <ol><li> 이러한 계산에서 생체 고분자 분말의 수분 함량을 고려 반드시 생체 고분자의 농도 범위 (/ V 와트, 30 %, 0.1 %)을 조사하도록 준비한다. 각각의 농도를 들어, 50 ㎖의 시험관에 생체 고분자 (전분 또는 풀루 란) 분말을 무게. 수성 디메틸 설폭 사이드 (DMSO) 용액과 교반 막대를 추가합니다. </li><li> 자석 교반기의 핫 플레이트에 일정한 교반 끓는 물에 튜브를 놓습니다. </li><li> 약 1 시간 후, 열을 끄고 분산액을 실온으로 냉각되도록. 분산 물을 유동 학적 검사와 전기 방사를위한 준비가되어있다. </li></ol> 2 꾸준한 전단 유변학 <ol><li> 레오 미터를 따뜻하게하고 20 ° C에서 무대 온도를 설정합니다. 프로브 (사용 25mm 콘) 및 스테이지 (판) 사이의 격차를 보정합니다. </li><li> 상기 스테이지의 중심 상 생체 고분자 분산액 0.41 ㎖의 부하 positi를 설정하는 프로브를 낮출(25mm 콘에 대한 0.053 mm 간격)에. 분산이 균등하게 간격 내에서 확산 있는지 확인합니다. </li><li> 다음 실험 매개 변수 유변학 테스트를 수행 스윕 모드 : 로그인, 초기 속도 : 100 초 -1, 최종 속도 : 0.1 초 -1, 십 년간 당 포인트 : 10, 측정 전에 지연 : 5 초, 시간을 측정 : 10 초, 측정 기준과 방향 : 두 (시계 및 반 시계 방향 모두). </li><li> 시험을 전기 방사에 적합한 분산 농도를 추정하기 위해 유동 학적 데이터를 분석 할 수 있습니다. <ol><li> 중합체 농도의 함수로서 전단 율 대 겉보기 전단 점도 플롯. 0.1 초에서 겉보기 점도 (낮은 전단 속도 데이터가 신뢰할 낮은 농도에서 예) 실제 또는 추정 값을 기준으로 각 플로우 곡선, 대략 제로 전단 점도, η 0, 용 - 1. </li><li> 특정 점도를 계산 η 특검팀 = (η 0 - η들)η S는 용매의 점도 / s의 η. </li><li> 농도의 함수로서 고유 점도 플롯. semidilute unentangled 얽힌 정권을 확인합니다. semidilute unentangled 정권 작은 기울기 저농도 끝에서 시작하고, semidilute 교락 정권 unentangled 정권 다음 더 큰 경사를 갖는다. 두 정권에 맞추기 지수 법칙 회귀 모델. 전력 값은 로그 - 로그 플롯에 semidilute unentangled 낙합 정권과 경사면 (농도 의존성)이다. 이 장착 선의 교차점 얽힘 농도, C 전자이다. </li></ol></li></ol> 3 전기 방사 매개 변수 변화 <ol><li> 예를 들면, 15 %도 1에 도시 된 바와 같이. 전기 방사 셋업 조립 적절한 조성물의 분산액으로 주사기를 부하 (/ w를 v) 100 % DMSO에서, 주사기 펌프 상 전분 또는 풀루. 멋 부리 (고전압 와이어 클립바늘에 필자). 화장실에 접지 와이어 (음)을 담가 땅에 순수 에탄올을 포함하는 응고 욕을 연결합니다. 주사기 바늘과 응고 욕 사이의 거리를 조정하기 위해 랩 잭을 사용. 전기 방사 한 후 섬유 매트를 수집 조에서 금속 메쉬 담가. </li><li> 다음 매개 변수 범위의 생체 고분자를 스핀 : 이송 속도 0.1 ~ 0.4 ㎖ / 시간, 5-10cm 회전 거리와 전압에서 0 ~ 15 kV의에. <ol><li> 5cm의 회전 거리를 시작합니다. 제 이송 속도 (0.1 ㎖ / h)를 위해, 바늘 끝에서 압출 분산액의 형상으로 서서히 영 V. 결제주의로부터의 전압을 램프 업 및 적하 분산액 가속하고 기다란 때주의한다. </li><li> 작은 제트 솔루션의 electrospinnability를 나타내는 드롭 표면에서 시작되는 전압을합니다. 연속 제트가있는 경우, 시작되는 전압을 기록한다. </li><li> 세 paramete 각각에 대한 전체 범위를 검토RS 및 참고 성공적인 방사 조건. 끝에서 연속 제트있을 때에 만 섬유를 수집. </li></ol></li><li> 수집 몇 분 후, 순수 에탄올로 섬유 매트를 헹군다. 진공 상태에서 건조를 포함하는 데시 케이 터에 섬유 매트를 놓습니다. </li><li> 완전한 특성에 대한 각 생체 고분자의 농도에 대해 반복합니다. </li></ol><img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51933/51933fig1highres.jpg" width="500"> 전기 - 습식 방사 셋업도 1은 개략도. 생체 고분자 분산액을 주사기 펌프로부터 압출된다. 고전압 DC 전원이 무딘 바늘 근거 응고 욕에 높은 전압을 제공한다. 바늘 끝에서 폴리머 제트는 직선 경로를 통해 이동 한 다음 (일명 불안정성을 흔든다) 빠른 휘핑 경로를 개발하고 있습니다. (4) 형태 학적 특성<ol><li> 건조 섬유 매트의 조각을 잘라 탄소 테이프를 사용 SEM 스텁에 그것을 고정시킨다. </li><li> SEM 악기로 샘플 스텁을로드하고 분석을 위해 이미지를 얻을 수 있습니다. </li></ol>

<ol><li>Greiner, A., Wendorff, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+self-assembled+nanofibers+by+electrospinning%5BTitle%5D)+AND+%22Self-aseembled+nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Functional self-assembled nanofibers by electrospinning.</a> Self-aseembled nanomaterials. 1, 107-171 (2008).</li>
<li>Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W. E., Lim, T. C., Ma, Z. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRamakrishna%2C+S+%22An+Introduction+to+Electrospinning+and+Nanofibers%22">An Introduction to Electrospinning and Nanofibers</a>. , World Scientific. Singapore. (2005).</li>
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</ol>

저자들은 공개 아무것도 없다는 것을 선언합니다.

레올 종래 섬유 방적을 포함하고 13 전기 방사 중합체의 처리를 연구하는 필수적인 도구이다. 정상 전단 유동 학적 연구, 고분자 형태 및 다른 용매에서의 상호 작용에서 해결 될 수 있습니다 (그림 2와 그림 3). 생체 고분자 분자들이 서로 중첩하기에 충분한 높은 농도에서, 그들의 농도 의존성은 좋은 용매 3,4 다른 중합체의보고 된 값과 잘 일치이었다 약 1.4 (도 3)이었다. 생체 고분자의 분자가 얽히게하기 시작한 후, 특정 점도는 농도에 훨씬 높은 의존성을 보였다. 큰 n 값은 강한 분자간 상호 작용을 나타낸다. 많은 랜덤 코일 다당류는 약 3.3 (14)의 n 값과 유사한 농도 의존성을 보였다. 풀루 란은 HIG의 용매에 전분보다 더 강한 상호 작용을 보여 주었다아마도이 때문에 생체 고분자의 분자 성질 H의 DMSO 함량. 풀루 란은 선형해야하는 동안 사용되는 전분, 고도로 분기 구성 요소 (~ 20...

전기 방사는 다양한 물질로부터 나노 크기의 연속 마이크로 섬유를 제조 할 수있는 기술이다. 그것은 학문과 산업의 관심 일 증가 얻고있다. 설치 및 전기 방사의 연습은 간단 보이지만, 섬유 속성을 electrospinnability을 예측하고 제어 할 수있는 능력은 과제로 남아. 그 이유는 전기 방사 (2) 및 프로세스, 특히 섬유에 의해 이동 경로 일 것이다 혼란을 좌우하는 여러 가지 요인이 있다는 사실에 놓여있다. 종종 경험 &quot;보고 요리 -와 -&quot;접근 방식은 잠재적 electrospinnable 물질을 선별하는 데 사용됩니다. 그러나, 전기 방사를 더 잘 제어 및 합성 섬유의 특성, 필요 electrospinnability을 지배하는 메커니즘에 대한 이해를 돕기 있습니다. 몇몇 연구자들은 원액에 중합체의 분자의 얽힘이 된 essentia 것을 발견성공적인 전기 방사 3 - 5 리터의 필수 조건. 레올 로지 고분자 분산 분자 형태와 상호 작용을 조사 할 수있는 강력한 도구입니다. 예를 들어는 맥키 등. 클로로포름 / 디메틸 테레 프탈레이트 (7/3, v / v)로 함유하는 용매에 선형의 분자 형태 및 분 지형 폴리 (에틸렌 테레 프탈레이트 - 코 - 에틸렌 이소 프탈레이트) 공중 합체를 조사하고, 중합체 농도가 2-2.5x이어야 한 것으로 판단 성공적인 전기 방사 4 얽힘 농도. 때문에 생분해 성, 생체 적합성, 그리고 힘? 힘을 자신의 합성 대응 개성를에서 자신의 장점의 바이오 폴리머에서 섬유에서 현재 새롭게 관심이 있습니다. 그러나 실무자 열 처리 및 열등한 기계적 특성에 구조적 복잡성, 어려움에서 일반적으로 발생하는 많은 도전에 직면. 식물 조직에서 발견되는 전분은, 아몬이며g 지구상에서 가장 풍부하고 저렴한 바이오 폴리머. 순수 전분 섬유는 습식 전기 방사 장치는 최근 6 바와 이용하여 제조 하였다. 풀루 란 특정 박테리아에 의해 세포 외로 생산 선형 다당류이다. (1 → 4)와 (1 → 6)의 정규 교대는 glucosidic 채권은 능력 7,8를 형성하는 우수한 섬유 / 필름 포함 풀루 란의 여러 가지 독특한 속성에 대한 책임을 것으로 생각됩니다. 수성 분산액에서 풀루 섬유는 전기 방사 9,10 연구자들에 의해보고되었다. 이전 출판물에서이 바이오 폴리머, 전분 11, 풀루 란 (12)의 electrospinnability이 논의되고있다. 이 보고서는이 두 가지 생체 고분자의 electrospinnability의 조사에 유동 학적 원리를 활용하기위한 프로토콜을 시연에 초점을 맞추고 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Gelose 80 전분</td><td>Ingredion</td><td></td> 그대로 <td>사용됨</td></tr><tr><td>Pullulan</td><td>Hayashibara Co. Ltd</td><td></td><td>그대로 사용됨</td></tr><tr><td>Dimethyl sulfoxide</td><td>BDH Chemicals</td><td>BDH1115-4LP</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>VWR International</td><td>89125-172</td><td>200 proof</td></tr><tr><td>Rheometer</td><td>TA Instruments</td><td>ARES&nbsp;</td><td>50mm 콘 및 플레이트 형상</td></tr><tr><td>주사기 (10 ml)</td> <td>Becton, Dickinson and Company</td><td>309604</td><td>Luer-Lok&reg 주사기; 팁</td></tr><tr><td>고전압 발전기</td><td>Gamma High Voltage Research, Inc.</td><td>ES40P</td><td></td></tr><tr><td>주사기 펌프</td><td>Hamilton Company</td><td>81620</td><td></td></tr><tr><td>전분 섬유용</td><td>환경 주사 전자 현미경</td><td>FEI Company</td><td>Quanta 200</td></tr><tr><td>풀루란 섬유용</td> <td>환경 주사 전자 현미경</td><td>Phenom-World</td><td>Phenom G2 Pro</td></tr></tbody></table>

분자 얽힘과 생체 고분자의 electrospinnability

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

전기 방사는 다양한 물질로부터 나노 섬유를 제조하는 마이크로 매혹적인 기술이다. 생체 고분자를 들어, 방사 도프의 성분 중합체의 분자의 얽힘이 성공적인 전기 방사를위한 필수적인 전제 조건 인 것으로 밝혀졌다. 유변학은 생체 고분자의 분자 형태와 상호 작용을 조사 할 수있는 강력한 도구입니다. 이 보고서에서, 우리는 디메틸 설폭 사이드 (DMSO) / 물 분산액으로부터,이 생체 고분자, 전분 및 풀루 란 electrospinnability을 평가 레올을 이용하는 프로토콜을 설명한다. 미크론 범위 미크론의 평균 직경을 갖는 잘 형성된 전분 및 풀루 섬유가 얻어졌다. Electrospinnability 형성 섬유의 시각 및 현미경 관찰에 의해 평가 하였다. 자신의 electrospinnability에 분산의 유변학 적 특성에 대한 상관 관계를 우리는 모든 당선자에 영향을 분자 형태, 분자 얽힘, 및 전단 점도 입증rospinning. 유 동학은 용매 시스템 선택 및 공정 최적화에 유용 할뿐만 아니라 분자 수준에서 섬유 형성의 메커니즘을 이해하지 않다.

생체 고분자 농도 및 용매 DMSO 농도의 함수로서 생체 고분자 분산액의 유동 곡선을 구 하였다. 두 대표적인 수치는 순수한 DMSO 용매에서의 농도의 함수로서 전분 (도 2A) 및 플루 란 (도 2b)의 유동 곡선을 나타낸다. 특정 점도는 생체 고분자 농도 (전분 그림 3a 및 풀루 란 그림 3B) 역모를 꾸몄다되었다. 이들 플롯에서, 엉킴 농도 semidilute unentangled 및 semidilute 교락 정권 끼워 라인 절편으로 얻었다. <img alt="그림이" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51933/51933fig2highres.jpg" width="500"> 도 2 플로우를 funct...

전기 방사는 다양한 물질에서 나노 스케일로 미세 섬유를 제조하는데 사용 매력적인 방법이다. 방사 도프의 성분 중합체의 분자의 얽힘이 성공적인 전기 방사에 필수적이다. 우리는이 생체 고분자, 전분 및 풀루 란 electrospinnability을 평가 레올 이용하는 프로토콜을 제시한다.

분자 얽힘과 생체 고분자의 Electrospinnability

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

이 절차의 전반적인 목표는 방사선 연구를 사용하여 생체 고분자의 전기 스핀 능력을 평가하는 것입니다. 이는 먼저 용매에서 생체 고분자 분산액을 준비함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 분산액에 대한 순수 방사선 검사를 실행하는 것입니다.다음으로, 분산액은 전기 방사의 대상이 되고 전기 스핀 능력이 관찰됩니다. 마지막 단계는 순전한 점도 데이터를 전기 스핀 능력과 연관시키는 것입니다. 궁극적으로 전기 스핀 능력 맵은 생체 고분자 농도 및 용매 조성의 함수로 구성될 수 있습니다.이 방법은 전분과 오염 물질의 전기 방사 능력에 대한 분자 상호 작용의 영향에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 다른 고분자 시스템의 전기 방사에도 적용할 수 있습니다. 다양한 생체 고분자 질량 농도를 준비하여 프로토콜을 시작합니다. 먼저 50ml 시험관에 바이오 고분자 분말의 무게를 측정하여 0.1 - 30%의 질량 농도를 가진 샘플을 생산합니다.이 비디오에서는 여기에 표시된 전분 또는 폴란이 사용되며 수성 디메틸 설폭사이드 용액을 추가하기 전에 분말의 수분 함량을 고려하십시오. 이 작업이 완료되면 생체 고분자 용액에 교반 막대를 넣습니다. 샘플을 담글 수 있을 만큼 충분한 물이 담긴 비커에 시험관을 놓습니다.이것을 자기 교반이나 열판에 놓고 물을 끓이면서 계속 저어주기 시작합니다. 약 한 시간 동안 이것을 유지하십시오. 시간이 끝나면 불을 끄고 분산액을 실온으로 식히십시오.실온에 도달하면 분산액은 방사선 테스트 및 전기 방사를 위한 준비가 됩니다. 방사선 검사 전에 TER을 예열하고 스테이지 온도를 섭씨 20도로 설정하십시오. 25mm 원뿔 프로브를 설정하고 프로브와 스테이지 사이의 간격을 보정합니다.준비가 되면. 0.41ml의 바이오 폴리머 분산액을 스테이지 중앙에 로드합니다. 분산이 스테이지의 중앙에 있는지 확인하십시오.프로브를 내려 위치를 설정합니다. 분산이 갭 내에서 고르게 퍼져 있는지 확인하십시오. 초당 100의 전단 속도에서 시작하여 초당 0.1에서 끝나는 로그 모드에서 방사선 테스트를 수행합니다.서로 다른 폴리머 농도를 테스트한 후 시계 방향과 시계 반대 방향으로 모두 측정합니다. 섭씨 20도에서 순수 DMSO의 젤로 80 전분에 대한 이 플롯과 동일한 그래프에 각 농도에 대한 겉보기 순도 점도를 플롯합니다. 이것은 폴란의 경우와 유사한 플롯이다.데이터를 사용하여 전단 점도가 0인 점도를 근사화하고, JELLOS 80 전분 플

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

기술 Electrospinning하면 조직 공학 또는 기타 응용 프로그램에 대한 nanofibrous 공사장 공중 발판의 다양한 만들 수 있습니다. 우리는 여기서 원하는 형태와 정렬로 섬유를 얻기 위해 electrospinning 솔루션 및 장치의 매개 변수를 최적화하기위한 절차를 설명합니다. 일반적인 문제 및 문제 해결 기법도 제공됩니다.

Electrospinning 기본 : 최적화 솔루션 및 장치 매개 변수

특히 단백질과 상호 작용 할 수있는 기능 그룹으로 장식 nanofibers을 준비하기위한 효율적인 접근 방법이 설명되어 있습니다. 방법은 먼저 해당 기능 그룹과 기능화 폴리머의 준비가 필요합니다. 기능 고분자는 electrospinning에 의해 nanofibers로 제조된다. 단백질과 nanofibers의 바인딩의 효과는 공 촛점 현미경으로 연구하고 있습니다.

Biofunctional Nanofibers를 제조 절차

거미 실크 섬유는 특별한 기계적 특성을 표시합니다.

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

2차원 및 3차원 초소수성 고분자 재료는 유사한 조성의 더 낮은 표면 에너지 중합체와 혼합된 생분해성 중합체를 전기 방사 또는 전기 분무하여 제조됩니다.

바이오 메디컬 응용 프로그램에 대한 초 소수성 고분자 재료를 제조

프로토콜 분해성 thermoresponsive hydrogels hydrazone 대량 규모, 미, 그리고 나노, 젤 나노 입자 및 nanofibers의 준비에 대 한 후자에 고분자 올리고의 cross-linking에 따라 제작에 대 한 설명 합니다.

자기 조립, 분해 Thermoresponsive Hydrogels 반응 압출, 마이크로, 통해 여러 길이 가늠 자에를 조작 하 고 전기

공기 액정 성 인터페이스 megamolecular 생체 고분자의 건조 - 유도 된자가 통합을위한 방법이 여기에 제공된다. 이 방법은 생체 고분자의 거시적 인 잠재력을 이해뿐만 아니라, 생물 의학, 환경 분야의 부드러운 소재에 대한 평가 방법으로뿐만 아니라 도움이 될 것입니다.

건조 공기-LC 인터페이스에 Megamolecular 생체 고분자의 자체 통합을위한 방법

Semiflexible 폴리머 생명체가 광범위 하 게 적용 되는 독특한 기계적 속성을 표시 합니다. 그러나, biopolymers에 대 한 체계적인 연구는 폴리머 강성 같은 속성은 액세스할 수 없습니다 이후 제한 됩니다. 이 원고는이 제한 프로그래밍 가능한 DNA 나노튜브, 강성 필 라 멘 트의 영향에 대 한 실험 연구를 활성화 하 여 우회는 어떻게 설명 합니다.

Semiflexible 고분자 공부를 다양 한 도구로 DNA 나노튜브

이 프로토콜은 폴리머와 전기를 통해 건설 기계를 조작 하는 포괄적인 지침 직접 쓰기 모드에 녹아 있습니다. 우리는 체계적으로 과정을 약술 하 고 타겟된 비 계 구조를 달성 하기 위한 적절 한 매개 변수 설정 정의.

조직 공학 응용 프로그램에 대 한 제어 형태학과 3 차원 Poly(ε-caprolactone) 장비의 전기 글 녹아

이 논문은 기상 증착을 사용하여 전기 방사 PAN 나노 섬유를 전기 활성 폴리머로 코팅하는 간단한 기술에 대해 설명합니다. 나노섬유 매트의 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 코팅 증착에 대한 산화제 FeCl₃의 효과를 조사하여 폴리머 성장, 섬유 직경 및 전반적인 기계적 강도를 이해하고 최적화했습니다.

전기 방사 상품 고분자 나노 섬유에 전기 활성 폴리 (3,4- 에틸렌 디옥시 티오펜)의 기상 증착

형광 수명 이미징 (FLIM)는 이미지 환경과 특정 단백질과 생활 세포에있는 염료의 상호 작용에 핵심 기술로 부상하고있다. 형광 분자 rotors의 FLIM은 살아있는 세포의 점도 매핑 있습니다.

생활 세포의 분자 Rotors의 형광 수명 이미징

학습하세요 전단 점탄성 측정을 이용한 전기방사 가능성 평가 방법을. 전분과 풀룰란 생체고분자의 점도와 전기방사 성능 간 상관관계를 분석하여 재료공학 연구에 활용할 수 있습니다.

분자 얽힘과 생체 고분자의 Electrospinnability

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