Een protocol voor de microfluidic spinnen en karakterisering van de microstructuur van geregenereerde zijde fibroin monofilament wordt gepresenteerd.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Een protocol voor de microfluidic spinnen en karakterisering van de microstructuur van geregenereerde zijde fibroin monofilament wordt gepresenteerd.
Het protocol wordt een methode voor het nabootsen van de draaiende proces van zijderups gedemonstreerd. In het proces van inheemse spinnen kan de aanbestedende draaiende buis de zijde proteïnen compact en geordende door scheren en rek troepen. Hier, was een biomimetische microfluidic kanaal ontworpen na te bootsen de specifieke geometrische vorm van de draaiende buis van de zijderups. Geregenereerde zijde fibroin (RSF) spinnen doped met hoge concentratie, was warm geperst via de microchannel aan droge-spin vezels bij kamertemperatuur en druk. In het proces van post behandelde, waren de vezels als-gesponnen getrokken en opgeslagen in ethanol waterige oplossing. Synchrotronstraling groothoek röntgendiffractie (SR-WAXD) technologie werd gebruikt voor het onderzoeken van de microstructuur van één RSF vezels, die werden bevestigd aan een monsterhouder met de RSF vezel as loodrecht op de microbeam van de X-ray. De kristalliniteit, crystallite formaat en kristallijne afdrukstand van de vezel werden berekend op basis van de gegevens van de WAXD. De diffractie bogen in de buurt van de evenaar van de twee-dimensionale WAXD patroon aangeven dat de post behandelde RSF vezel een hoge oriëntatie graad heeft.
Spin en zijderupsen kunnen produceren uitstekende zijde vezel van waterige eiwit oplossing bij kamertemperatuur en druk. Schuintrekken en extensionele stroom kan leiden tot de vorming van vloeibare kristallen textuur in de silk klier1. In de afgelopen jaren is er een grote interesse in het nabootsen van het proces van de spinnen van de spin te produceren hoge sterkte kunstmatige vezels. Worden echter grote hoeveelheden van spider silk eiwit kunnen niet geproduceerd efficiënt en economisch door landbouw spinnen als gevolg van kannibalisme. Aanzienlijke hoeveelheden van zijderupsen zijde kunnen gemakkelijk worden verkregen door de landbouw. Anders, de zijderups en de spider hebben een soortgelijke spinnen proces en aminozuur samenstelling. Daarom is zijderupsen zijde fibroin geselecteerd als invaller te draaien van kunstmatige dierlijke zijde door vele onderzoekers.
Spin en zijderupsen extruderen eiwit oplossing via hun draaiende buis in vezels in de lucht. De krachten van de hoge stress gegenereerd langs de draaiende buis waarschijnlijk rekken de zijde fibroin moleculen naar een meer uitgebreide conformatie2. Kunstmatige zijde vezels hebben zijn gesponnen met behulp van conventionele natte spinnen en droog-draaiende processen3,4, waarin geen rekening wordt gehouden met de vloeistof krachten gegenereerd in de draaiende buis.
Eerst, microfluidic benaderingen werden gebruikt om de onderzoeken van de vergadering van zijde eiwit5,6. Microfluidic vervaardiging van RSF was studeerde vervolgens, via de schuintrekken en extensionele krachten7,8te modelleren. Youngs modulus en diameter van RSF vezels kunnen worden afgestemd door microfluidic natte spinnen, maar de treksterkte van getekende vezel was minder dan 100 MPa7. Tot slot, hoge sterkte RSF vezels met succes werden opgesteld met behulp van de methode microfluidic droog-spinnen, maar de diameter van de vezel is alleen 2 µm8. Microfluidic natte spinnen was onlangs met succes gebruikt in de productie van hoge sterkte recombinante spin zijde vezel. De post spinnen tekening in lucht verbeterd de gebreken van het oppervlak en interne van kunstmatige vezels9.
In deze studie, wordt de verbeterde microfluidic spinnen proces voor RSF fiber ingevoerd. Het heeft tot doel om na te bootsen de draaiende proces van zijderups zijde, met inbegrip van de spinnen dope, schuintrekken krachten, en droog-draaiende proces. Deze spinnen-methode niet alleen hoge sterkte kunstmatige zijde vezel kan produceren, maar ook de diameter van de vezel kunt aanpassen. Ten eerste was de RSF spinnen dope geschoren en langwerpige in een biomimetisch kanaal met een tweede bestelling exponentiële afname. Ten tweede, de invloeden van relatieve vochtigheid (RH) op de vezel morfologie en eigenschappen werden bestudeerd in de microfluidic droog-draaiende proces10. Vergeleken met de conventionele spinnen spinneret, ons microfluidic-systeem is zeer biomimetische en kan worden gebruikt voor het produceren van hoge sterkte vezel van oplossingen bij kamertemperatuur door het droge of natte methode spinnen.
Als gevolg van de hoge resolutie, hoge-helderheid en hoog-energetische van de synchrotronstraling microfocus X-ray, kan het worden gebruikt voor het karakteriseren van de microstructuur van een enkele vezel met een diameter van enkele micrometers4,11 , 12 , 13 , 14. hier, SR-WAXD techniek werd gebruikt voor het berekenen van de kristalliniteit, de grootte van de crystallite en de kristallijne richting van RSF vezels.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen vóór gebruik. Verscheidene van de chemicaliën die worden gebruikt bij de voorbereiding van de plinten zijn acuut toxisch. Gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek en schoenen van gesloten-teen).
1. Microfluidic spinnen van RSF waterige oplossing
2. Synchrotronstraling karakterisering van kristallijne structuur van RSF Fiber
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Hoge sterkte RSF vezels werden met succes geproduceerd met behulp van de microfluidic methode spinnen. De curven van de spanning-spanning en SEM beelden van de gestrekte RSF vezels C44R40 zijn afgebeeld in Figuur 2. Ten minste 10 vezels werden gemeten in de treksterkte test. Spanning-spanning krommen werden gekozen op basis van de gemiddelde waarde van het breken van vezels aan de stress en spanning. De gegevens van de WAXD van de vezels zijn afgebeeld in
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Tijdens de dialyse van de RSF oplossing is de pH-waarde essentieel voor de volgende concentratieproces. Als de pH-waarde van het gedeïoniseerd water kleiner dan 6 is, zullen de RSF oplossing gemakkelijker gel tijdens de concentratie. Om te voorkomen dat de gelering, wordt CaCl2 toegevoegd aan de RSF oplossing. De concentratie van CaCl2 is 1 mmol per gewicht van RSF.
Onze vorige werk aangetoond de mogelijkheid van microfluidic droog-spinnen van een waterige oplossing RSF
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk wordt gesponsord door de National Natural Science Foundation of China (21674018), de nationale sleutel-onderzoek en ontwikkeling programma van China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) en de "Shuguang programma" ondersteund door Shanghai Education Development Stichting en Shanghai gemeentelijk onderwijs Commissie (15SG30), DHU onderscheiden jonge Professor programma (A201302), het fundamenteel onderzoeksmiddelen voor de universiteiten van de centrale, en de 111 Project (No.111-2-04).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| B. mori Cocons | Boer in Tongxiang, provincie Zhejiang, China | ||
| Natriumcarbonaat, watervrij, 99,8% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytisch Zuiver | |
| Lithiumbomide, 99,1% | Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China | Analytisch Zuiver | |
| Calciumchloride, watervrij, 96,0% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytisch Zuiver | |
| Ethanol, watervrij, 99,7% | Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China | 10009218 | Analytisch Zuiver |
| SU-8 fotoresist | MicroChem Corp., VS | ||
| Ontwikkelingsoplossing | MicroChem Corp., VS | ||
| Sylgard 184 | Dow Corning, VS | ||
| Isopropanol | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytisch Zuiver | |
| Geconcentreerd zwavelzuur | Pinghu Chemical Reagent Factory, China | Analytisch Zuiver | |
| 30 vol% waterstofperoxide | Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China | Analytisch Zuiver | |
| Aceton | Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China | Analytisch Zuiver | |
| Zuurstofplasabehandeling | DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China | ||
| Spuitpomp | KD Scientific, VS | KDS 200P | |
| Bevochtiger | SEN electric | ||
| Boormachine | Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China | bankboormachine Z406c | |
| Materiaaltestsysteem | Instron, VS | Model: 5565 | |
| PeakFit | Systat Software, Inc., VS | Versie 4.12 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.