Name: Het ontwerpen van Silk-zijde Protein Alloy materialen voor biomedische toepassingen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-08-13T14:15:00.000+00:00
Duration: 11 min 14 s
Description: Leer hoe u zijde-eiwitlegeringsmaterialen fabriceert voor biomedische toepassingen met elektronische circuits. Deze methode maakt tunable biomaterialen met verbeterde biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs danken Rowan University voor de ondersteuning van dit onderzoek. XH ook dankzij Dr David L. Kaplan aan de Tufts University en de NIH P41 Tissue Engineering Resource Center (TERC) voor de voorafgaande technische trainingen.

<ol><li>Rosenbloom, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extracellular+matrix+4%3A+The+elastic+fiber%5BTitle%5D)+AND+%22FASEB+J%22%5BJournal%5D)">Extracellular matrix 4: The elastic fiber.</a> FASEB J. 7, 1208-1218 (1993).</li>
<li>Traub, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+molecular+structure+of+collagen%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">On the molecular structure of collagen.</a> Nature. 221, 914-917 (1969).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein-Based+Composite+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Today%22%5BJournal%5D)">Protein-Based Composite Materials.</a> Materials Today. 15, 208-215 (2012).</li>
<li>Hardy, J. G., Scheibel, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Composite+materials+based+on+silk+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Polymer+Science%22%5BJournal%5D)">Composite materials based on silk proteins.</a> Progress in Polymer Science. 35, 1093-1115 (2010).</li>
<li>Kidoaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoscopic+spatial+designs+of+nano-+and+microfiber+meshes+for+tissue-engineering+matrix+and+scaffold+based+on+newly+devised+multilayering+and+mixing+electrospinning+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Mesoscopic spatial designs of nano- and microfiber meshes for tissue-engineering matrix and scaffold based on newly devised multilayering and mixing electrospinning techniques.</a> Biomaterials. 26, 37-46 (2005).</li>
<li>Teng, W. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recombinant+silk-elastin+like+protein+polymer+displays+elasticity+comparable+to+elastin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Recombinant silk-elastin like protein polymer displays elasticity comparable to elastin.</a> Biomacromolecules. 10, 3028-3036 (2009).</li>
<li>Foo, C. W. P., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+engineering+of+fibrous+proteins%2C+spider+dragline%2C+silk+and+collagen%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Drug+Delivery+Rev%22%5BJournal%5D)">Genetic engineering of fibrous proteins, spider dragline, silk and collagen.</a> Adv Drug Delivery Rev. 54, 1131-1143 (2002).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge-Tunable+Autoclaved+Silk-Tropoelastin+Protein+Alloys+That+Control+Neuron+Cell+Responses%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Charge-Tunable Autoclaved Silk-Tropoelastin Protein Alloys That Control Neuron Cell Responses.</a> Adv. Funct. Mater. 23, 3875-3884 (2013).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterials+derived+from+silk-tropoelastin+protein+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Biomaterials derived from silk-tropoelastin protein systems.</a> Biomaterials. 31, 8121-8131 (2010).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+elasticity+and+surface+roughness+on+myogenic+and+osteogenic-differentiation+of+cells+on+silk-elastin+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">The influence of elasticity and surface roughness on myogenic and osteogenic-differentiation of cells on silk-elastin biomaterials.</a> Biomaterials. 32, 8979-8989 (2011).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterials+from+ultrasonication-induced+silk+fibroin-hyaluronic+acid+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Biomaterials from ultrasonication-induced silk fibroin-hyaluronic acid hydrogels.</a> Biomacromolecules. 11, 3178-3188 (2010).</li>
<li>Gil, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swelling+behavior+and+morphological+evolution+of+mixed+gelatin%2Fsilk+fibroin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Swelling behavior and morphological evolution of mixed gelatin/silk fibroin hydrogels.</a> Biomacromolecules. 6, 3079-3087 (2005).</li>
<li>Lu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Green+process+to+prepare+silk+fibroin%2Fgelatin+biomaterial+scaffolds%5BTitle%5D)+AND+%22Macromol.+Biosci%22%5BJournal%5D)">Green process to prepare silk fibroin/gelatin biomaterial scaffolds.</a> Macromol. Biosci. 10, 289-298 (2010).</li>
<li>Lu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insoluble+and+flexible+silk+films+containing+glycerol%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Insoluble and flexible silk films containing glycerol.</a> Biomacromolecules. 11, 143-150 (2010).</li>
<li>Mandal, B. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+fibroin%2Fpolyacrylamide+semi-interpenetrating+network+hydrogels+for+controlled+drug+release%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Silk fibroin/polyacrylamide semi-interpenetrating network hydrogels for controlled drug release.</a> Biomaterials. 30, 2826-2836 (2009).</li>
<li>Yeo, I. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collagen-based+biomimetic+nanofibrous+scaffolds%2C+preparation+and+characterization+of+collagen%2Fsilk+fibroin+bicomponent+nanofibrous+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Collagen-based biomimetic nanofibrous scaffolds, preparation and characterization of collagen/silk fibroin bicomponent nanofibrous structures.</a> Biomacromolecules. 9, 1106-1116 (2008).</li>
<li>Holst, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Substrate+elasticity+provides+mechanical+signals+for+the+expansion+of+hemopoietic+stem+and+progenitor+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Substrate elasticity provides mechanical signals for the expansion of hemopoietic stem and progenitor cells.</a> Nat. Biotechnol. 28, 1123-1128 (2010).</li>
<li>Omenetto, F. G., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Opportunities+for+an+Ancient+Material%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">New Opportunities for an Ancient Material.</a> Science. 329, 528-531 (2010).</li>
<li>Qin, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+resilin+elasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Mechanism of resilin elasticity.</a> Nature Communications. 3, 1003(2012).</li>
<li>Rockwood, D. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials+fabrication+from+Bombyx+mori+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protocols%22%5BJournal%5D)">Materials fabrication from Bombyx mori silk fibroin.</a> Nat. Protocols. 6, 1612-1631 (2011).</li>
<li>Wise, S. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineered+tropoelastin+and+elastin-based+biomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Protein+Chem+Struct+Biol%22%5BJournal%5D)">Engineered tropoelastin and elastin-based biomaterials.</a> Adv Protein Chem Struct Biol. 78, 1-24 (2009).</li>
<li>Amsden, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+nanoimprinting+of+silk+fibroin+films+for+biophotonic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Rapid nanoimprinting of silk fibroin films for biophotonic applications.</a> Adv. Mater. 22, 1746-1749 (2010).</li>
<li>Lawrence, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+film+biomaterials+for+cornea+tissue+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Silk film biomaterials for cornea tissue engineering.</a> Biomaterials. 30, 1299-1308 (2009).</li>
<li>Kim, D. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissolvable+films+of+silk+fibroin+for+ultrathin+conformal+bio-integrated+electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Dissolvable films of silk fibroin for ultrathin conformal bio-integrated electronics.</a> Nat. Mater. 9, 511-517 (2010).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilization+of+vaccines+and+antibiotics+in+silk+and+eliminating+the+cold+chain%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Stabilization of vaccines and antibiotics in silk and eliminating the cold chain.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 11981-11986 (2012).</li>
<li>Pritchard, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+silk+protein+processing+on+drug+delivery+from+silk+films%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecular+Bioscience%22%5BJournal%5D)">Effect of silk protein processing on drug delivery from silk films.</a> Macromolecular Bioscience. 13, 311-320 (2013).</li>
<li>Lammel, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+silk+fibroin+particle+features+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Controlling silk fibroin particle features for drug delivery.</a> Biomaterials. 31, 4583-4591 (2010).</li>
<li>Urry, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+chemistry+of+biological+free+energy+transduction+as+demonstrated+by+elastic+protein-based+polymers%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+B%22%5BJournal%5D)">Physical chemistry of biological free energy transduction as demonstrated by elastic protein-based polymers.</a> J Phys Chem B. 101, 11007-11028 (1997).</li>
<li>Shao, Z., Vollrath, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Materials%3A+Surprising+strength+of+silkworm+silk%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Materials: Surprising strength of silkworm silk.</a> Nature. 418, 741-741 (2002).</li>
<li>Jin, H. J., Kaplan, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanism+of+silk+processing+in+insects+and+spiders%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Mechanism of silk processing in insects and spiders.</a> Nature. 424, 1057-1061 (2003).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determining+Beta-Sheet+Crystallinity+in+Fibrous+Proteins+by+Thermal+Analysis+and+Infrared+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Determining Beta-Sheet Crystallinity in Fibrous Proteins by Thermal Analysis and Infrared Spectroscopy.</a> Macromolecules. 39, 6161-6170 (2006).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+Protein-Water+Relationships+during+%CE%B2-Sheet+Formation%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Dynamic Protein-Water Relationships during β-Sheet Formation.</a> Macromolecules. 41, 3939-3948 (2008).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microphase+separation+controlled+beta-sheet+crystallization+kinetics+in+fibrous+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Microphase separation controlled beta-sheet crystallization kinetics in fibrous proteins.</a> Macromolecules. 42, 2079-2087 (2009).</li>
<li>Cebe, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beating+the+Heat+-+Fast+Scanning+Melts+Beta+Sheet+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Beating the Heat - Fast Scanning Melts Beta Sheet Crystals.</a> Scientific Reports. 3, 1130(2013).</li>
<li>Pyda, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heat+Capacity+of+Silk+Fibroin+Based+on+the+Vibrational+Motion+of+Poly%28amino+acid%29s+in+the+Presence+and+Absence+of+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Heat Capacity of Silk Fibroin Based on the Vibrational Motion of Poly(amino acid)s in the Presence and Absence of Water.</a> Macromolecules. 41, 4786-4793 (2008).</li>
<li>Buxton, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+lattice+spring+model+of+heterogeneous+materials+with+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Model.+Simul.+Mater.+Sci.+Eng%22%5BJournal%5D)">A lattice spring model of heterogeneous materials with plasticity.</a> Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 9, 485-497 (2001).</li>
<li>Buxton, G. A., Balazs, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+dynamic+fracture+of+polymer+blends+processed+under+shear%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Modeling the dynamic fracture of polymer blends processed under shear.</a> Phys. Rev. B. 69, 054101(2004).</li>
<li>Kolmakov, G. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harnessing+labile+bonds+between+nanogel+particles+to+create+self-healing+materials%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Harnessing labile bonds between nanogel particles to create self-healing materials.</a> ACS Nano. 3, 885-892 (2009).</li>
<li>Duki, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+the+nanoscratching+of+self-healing+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Modeling the nanoscratching of self-healing materials.</a> J. Chem. Phys. 134, 084901(2011).</li>
<li>Bell, G. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Models+for+the+specific+adhesion+of+cells+to+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Models for the specific adhesion of cells to cells.</a> Science. 200, 618-627 (1978).</li>
<li>Bell, G. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+adhesion.+Competition+between+nonspecific+repulsion+and+specific+bonding%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Cell adhesion. Competition between nonspecific repulsion and specific bonding.</a> Biophys. J. 45, 1051-1064 (1984).</li>
<li>Wang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+various+dissolution+systems+on+the+molecular+weight+of+regenerated+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Effect of various dissolution systems on the molecular weight of regenerated silk fibroin.</a> Biomacromolecules. 14, 285-289 (2013).</li>
<li>Wray, L. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+processing+on+silk-based+biomaterials%3A+reproducibility+and+biocompatibility%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomed+Mater+Res+B+Appl+Biomater%22%5BJournal%5D)">Effect of processing on silk-based biomaterials: reproducibility and biocompatibility.</a> J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 99, 89-101 (2011).</li>
<li>Lawrence, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+film+culture+system+for+in+vitro+analysis+and+biomaterial+design%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Silk film culture system for in vitro analysis and biomaterial design.</a> J. Vis. Exp. (62), e3646(2012).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regulation+of+Silk+Material+Structure+by+Temperature-Controlled+Water+Vapor+Annealing%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Regulation of Silk Material Structure by Temperature-Controlled Water Vapor Annealing.</a> Biomacromolecules. 12, 1686-1696 (2011).</li>
<li>Yucel, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vortex-induced+injectable+silk+fibroin+hydrogels%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Vortex-induced injectable silk fibroin hydrogels.</a> Biophys J. 97, 2044-2050 (2009).</li>
<li>Yucel, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-equilibrium+silk+fibroin+adhesives%5BTitle%5D)+AND+%22J+Struct+Biol%22%5BJournal%5D)">Non-equilibrium silk fibroin adhesives.</a> J Struct Biol. 170, 406-412 (2010).</li>
<li>Flory, P. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlory%2C+PJ+%22Principles+of+polymer+chemistry%22">Principles of polymer chemistry</a>. , Cornell University Press. Ithaca, N.Y.. (1953).</li>
<li>Chen, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+properties+and+phase+transitions+in+blends+of+Nylon-6+with+silk+fibroin%5BTitle%5D)+AND+%22J+Therm+Anal+Calorim%22%5BJournal%5D)">Thermal properties and phase transitions in blends of Nylon-6 with silk fibroin.</a> J Therm Anal Calorim. 93, 201-206 (2008).</li>
<li>Scabarozi, T. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+growth+and+electrical-transport+properties+of+Ti7Si2C5+thin+films+synthesized+by+reactive+sputter+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Scripta+Materialia%22%5BJournal%5D)">Epitaxial growth and electrical-transport properties of Ti7Si2C5 thin films synthesized by reactive sputter deposition.</a> Scripta Materialia. 65, 811-814 (2011).</li>
<li>Tao, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+materials-a+road+to+sustainable+high+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Silk materials-a road to sustainable high technology.</a> Adv Mater. 24, 2824-2837 (2012).</li>
<li>Annabi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cross-linked+open-pore+elastic+hydrogels+based+on+tropoelastin%2C+elastin+and+high+pressure+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Cross-linked open-pore elastic hydrogels based on tropoelastin, elastin and high pressure CO2.</a> Biomaterials. 31, 1655-1665 (2010).</li>
<li>Moll, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+keratins%3A+biology+and+pathology%5BTitle%5D)+AND+%22Histochem+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">The human keratins: biology and pathology.</a> Histochem Cell Biol. 129, 705-733 (2008).</li>
</ol>

Geen belangenconflicten verklaard.

Een van de meest kritische procedures productie &quot;legering&quot; eiwit systeem is de mengbaarheid van het gemengde eiwitten verifiëren. Anders is uitsluitend mengbaar eiwitmengsel of proteïne samengestelde systeem zonder stabiel en afstembare eigenschappen. Een experimentele thermische analyse methode kan worden gebruikt voor dit doel en hun legeringen eigenschappen bevestigen. Eiwit-eiwit interacties kunnen worden bekeken volgens Flory-Huggins&#39;s roostermodel 48 interactie tussen het &quot;oplosmiddel...

De natuur heeft strategieën ontwikkeld om afstembare en multifunctionele biologische matrices met een beperkt aantal structurele eiwitten produceren. Zo worden elastins en collagenen altijd samen in vivo de verstelbare sterke en functies voor specifieke weefsels 1,2 verschaffen. De sleutel tot deze strategie is het mengen. Mengen het mengen eiwitten met specifieke verhoudingen en is een technologische benadering van eenvoudige materiële systemen met instelbare en gevarieerde eigenschappen 3-5 te genereren. In vergelijking met synthetische strategieën 6,7 techniek kan ook mengen materiaal uniformiteit en de mogelijkheid om het materiaal verwerken vanwege het bedieningsgemak 8-16 verbeteren. Daarom is het ontwerpen van multifunctionele, biocompatibele eiwit legeringen is een opkomend gebied van medisch onderzoek. Deze technologie zal ook een systematische kennis van de invloed van natuurlijke proteïne matrices geven op cel-en weefsel functies, zowel in vitro en in vivo 10,17. Door het optimaliseren moleculaire interfaces tussen verschillende eiwitten kan-eiwit gebaseerde legeringen diverse lichaamsfuncties, zoals thermische stabiliteit bij verschillende temperaturen, elasticiteit diverse weefsels, elektrische gevoeligheid ondersteunen variabele organen en optische eigenschappen cornea weefselregeneratie 3 omvatten, 18-27. De uitkomst van deze studies zal een nieuw eiwit-materialen platform op het gebied van de biomedische wetenschappen bieden directe relevantie voor afstembare weefsel reparaties en ziekte behandelingen en verder leiden tot biologisch afbreekbare implantaten waar hun nieuwe therapeutische en diagnostische functies kunnen worden voor ogen 3. Veel natuurlijke structurele eiwitten hebben kritische fysieke en bioactieve eigenschappen die kunnen worden benut als kandidaten voor het biomateriaal matrixen. Zijde uit verschillende soorten wormen, keratines van haren en wol, elastins en collageen uit verschillende weefsels, endiverse plantaardige eiwitten zijn enkele van de meest voorkomende structurele eiwitten gebruikt voor het ontwerpen van niet-eiwit gebaseerde materialen (Figuur 1) 18-27. In het algemeen kunnen deze eiwitten moleculaire secundaire structuren (bijvoorbeeld beta sheets voor zijde, of gewikkelde spoelen voor keratine) vanwege hun unieke repetitieve primaire aminozuursequenties 3,28-35 vormen. Deze eigenschappen bevorderen de vorming van zelf-geassembleerde macroscopische structuren met unieke functies op biologische interfaces gevraagd hun nut als een waardevolle bron van biopolymeermaterialen. Hier zijn twee soorten structurele eiwitten werden gebruikt (eiwit A van wilde tussahzijde en eiwit B van gedomesticeerde moerbei zijde als voorbeeld) om de algemene protocollen van de productie van verschillende eiwitten lichtmetalen biomaterialen demonstreren. De protocollen aangetoond onder deel 1: eiwit interactie voorspellingen en simulaties, deel 2: de productie van eiwitten legering oplossingen, en deel 3: productie van eiwitten legeringen systemen voor optische, elektrische en farmaceutische toepassingen. <img alt="Figuur 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50891/50891fig1highres.jpg" width="500" /> Figuur 1 Grondstoffen van verschillende structurele eiwitten die vaak worden gebruikt in ons laboratorium voor het ontwerpen-eiwit gebaseerde materialen, waaronder zijde uit verschillende soorten wormen, keratines van haren en wol, elastins uit verschillende weefsels, en diverse plantaardige eiwitten.

<table><tbody><tr><td>Q100 Differential Scanning Calorimeters (DSC)</td><td>TA Instruments, New Castle, DE, USA </td><td>N/A</td><td>Je kunt elk type DSC gebruiken met een software om de warmtecapaciteit te berekenen.</td></tr><tr><td>SS30T Vacuum Sputtering System&nbsp;</td><td>T-M Vacuum Products, Inc., Cinnaminson, NJ, USA</td><td>N/A</td><td>Met op maat gemaakte onderdelen; je kunt elk type sputtering systeem gebruiken om te coaten.</td></tr><tr><td>VWR 1415M Vacuum Oven</td><td>VWR International, Bridgeport, NJ, USA</td><td>N/A</td><td>Je kunt elk type vacuümoven gebruiken om de monsters fysiek te crosslinken.</td></tr></tbody></table>

het ontwerpen van silk-zijde protein alloy materialen voor biomedische toepassingen

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Vezeleiwitten scherm verschillende sequenties en structuren die zijn gebruikt voor diverse toepassingen in biomedische gebieden zoals biosensoren, nanogeneesmiddelen, weefselregeneratie en geneesmiddelafgifte. Het ontwerpen van materialen op basis van de moleculaire schaal interacties tussen deze eiwitten zal helpen bij het genereren van nieuwe multifunctionele eiwit lichtmetalen biomaterialen met instelbare eigenschappen. Dergelijke legeringen materiaalsystemen voordelen ten opzichte van traditionele synthetische polymeren geven ook samen met de materialen biologische afbreekbaarheid, biocompatibiliteit en houdbaarheid in het lichaam. Dit artikel gebruikt de proteïne mengsels van wilde tussahzijde (Antheraea pernyi) en binnenlandse moerbei zijde (Bombyx mori) als een voorbeeld om bruikbare protocollen met betrekking tot deze onderwerpen, met inbegrip van hoe je eiwit-eiwit interacties te voorspellen door computationele methoden, hoe eiwitten legering produceren bieden oplossingen, hoe lichtmetalen systemen te verifiëren door middel van thermische analyse, en hoe variabel legering materialen te fabricerenwaaronder optische materialen met diffractie roosters, elektrische materialen met circuits coatings en farmaceutische materialen voor afgifte van geneesmiddel en de levering. Deze werkwijzen kunnen belangrijke informatie voor het ontwerpen van de volgende generatie multifunctionele biomaterialen op basis van verschillende eiwitten legeringen.

Typische eiwit-eiwit interacties (bijvoorbeeld tussen eiwit A en eiwit B) kunnen lading-lading (elektrostatisch) attracties waterstofbinding vorming, hydrofobe-hydrofiele interacties, alsmede dipool, oplosmiddel, tegenion en entropische effecten tussen de specifieke bevatten domeinen van twee eiwitten (figuur 2) 3. Daarom fundamenteel, we kunnen de effecten van deze interacties door computationele simulaties voorspellen. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="alway...

Mengen is een efficiënte benadering van biomaterialen met een breed scala van eigenschappen en gecombineerde functies te genereren. Door het voorspellen van de moleculaire interacties tussen de verschillende natuurlijke zijde proteïnen, kunnen nieuwe zijde-zijde eiwit legering platforms met instelbare mechanische veerkracht, elektrische reactie, optische transparantie, chemische verwerkbaarheid, biologische afbreekbaarheid, of thermische stabiliteit worden ontworpen.

Het ontwerpen van Silk-zijde Protein Alloy materialen voor biomedische toepassingen

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Het algemene doel van deze procedure is om aan te tonen hoe verschillende eiwitlegeringsmaterialen gefabriceerd kunnen worden met behulp van zijde-composietfilms met elektronische circuits. Ter illustratie wordt dit bereikt door eerst individuele eiwitoplossingen te regenereren uit cocons van twee verschillende zijderupssoorten.De tweede stap is het mengen van twee eiwitoplossingen in verschillende verhoudingen om een reeks mengoplossingen te genereren. Vervolgens wordt een techniek voor de vervaardiging van dunne films gebruikt om elektronische circuits op glassubstraten te fabriceren. De laatste stap is het coaten van de mengoplossingen op de glassubstraten en het overdragen van de elektronische circuits naar het gedroogde eiwit.Samengestelde films In vergelijking met traditionele synthetische polymermaterialen kunnen eiwitmaterialen een betere biocompatibiliteit, biologische afbreekbaarheid en houdbaarheid in het menselijk lichaam bieden. Het mengen van eiwitten in verschillende verhoudingen is een eenvoudige technologische benadering om legeringsmaterialen te genereren met instelbare fysieke, chemische of biologische eigenschappen.Het uitbreiden van deze techniek naar geïmplanteerde biomedische systemen kan elektronische monitoring mogelijk maken, wat de diagnose en therapie bij medische behandelingen verbetert. Daarnaast kan de techniek worden gebruikt voor de ontwikkeling van apparaten die door het lichaam kunnen worden geabsorbeerd zodra ze niet langer nodig zijn. In deze video gebruiken we eiwitmengsels van wilde TOSA-zijde, evenals gedomesticeerde moerbeizijde, als voorbeeld om nuttige protocollen over dit onderwerp te bieden, inclusief hoe u eiwitoplossingen produceert en hoe u materialen vervaardigt met behulp van elektronische circuits.Het belangrijkste voordeel van onze techniek voor het coaten van circuits ten opzichte van andere methoden, zoals verdamping, is dat de eiwitmaterialen tijdens ons coatingproces niet rechtstreeks of via straling aan hoge hitte worden blootgesteld. Begin deze procedure door ruwe, wilde tssa-zijdecocons af te snijden tot een gewicht van drie gram. Vul een glazen bekerglas van twee liter met gedestilleerd water en plaats het bekerglas vervolgens op een warmteplaat.Dek het af met aluminiumfolie en breng het aan de kook. Verwijder de aluminiumfolie en voeg langzaam drie gram natriumbicarbonaat toe aan het kokende water, en laat dit volledig oplossen. Zodra het natriumbicarbonaat volledig is opgelost, worden de wilde zijdecocons aan het kokende water toegevoegd en wordt het mengsel twee tot drie uur lang gekookt.Verwijder na het koken de proteïnevezels voorzichtig met een spatel uit de oplossing en knijp ze uit om het overtollige water te verwijderen. Dompel de vezels vervolgens onder in een bekerglas van twee liter met koud gedestilleerd water en was de vezels twee keer gedurende elk 30 minuten om de onzuiverheden volledig van het vezeloppervlak te verwijderen. Droog de vezels na het wassen gedurende ten minste 12 uur in een zuurkast.Smelt 48,784 gram calciumnitraat in een glazen beker om een vloeistof te vormen bij 65 °C voor het oplossen van de wilde zijdeproteïnevezels. Combineer vervolgens de vezels en het oplosmiddel in een verhouding van één gram vezel op 10 ml oplosmiddel. Nadat de vezels 5 tot 12 uur hebben kunnen oplossen bij 95 °C, wordt de wilde zijde-oplossing in een dialysebuis van 12 ml gegoten en gedialyseerd tegen twee liter gedestilleerd water.Vervang het gedestilleerde water regelmatig om de calciumnitraat-solventen uit de oplossing te verwijderen. Verzamel na drie dagen de eiwitoplossingen uit de dialysekassetten en plaats deze in buizen die bestand zijn tegen 13.000 RPM. Centrifugeer deze oplossingen vervolgens gedurende één uur bij 3.500 RPM bij vier graden Celsius.Drie keer spoelen om neerslagen te verwijderen wanneer voltooid. Bewaar de uiteindelijke oplossingen in een koelkast van vier graden Celsius na het verzamelen van een ander natuurlijk eiwit, zoals gedomesticeerde moerbeizijde. Herhaal het bovenstaande proces met een geschikte zeep en een oplossingsmiddel totdat de uiteindelijke eiwitwateroplossing met de gemeten concentratie is verkregen.Meng vervolgens langzaam een wildzijde-oplossing van één gewichtsprocent met een gedomesticeerde zijde-oplossing van één gewichtsprocent met behulp van een pipet. Bewaar de uiteindelijke oplossing bij vier graden Celsius om proteïneaggregatie te voorkomen. Om een elektrisch schakelpatroon op een glazen substraat te vervaardigen, reinigt u eerst een glazen objectglas met een ontvettingsmiddel zoals hinox en een ultrasoonreiniger gedurende vijf minuten. Reinig het objectglas vervolgens vijf minuten in aceton en vijf minuten in methanol.Blaas het glazen objectglas droog met droge stikstofgas, dat wordt gegenereerd door de verdamping van een vloeibare stikstofcontainer van 180 liter. Breng op dit punt de substraatmaterialen in de depositiekamer aan en vacuümeer de load lock tot een druk van 30 mTorr. Open vervolgens de schuifklep tussen de load lock en de hoofddepositiekamer en breng het substraat in de kamer.Zet het argongas en de drukregelaar aan en stel de druk in op de gewenste depositiedruk om oxidelagen en verontreinigingen van het target te verwijderen door enkele minuten voor te sputteren. Open vervolgens het sluitermechanisme en sputter het metaal op het substraat met een depositiesnelheid die nodig is om de gewenste dikte te bereiken. Verwijder het gecoate glasplaatje uit de kamer zodra het sputterproces is voltooid.Gebruik een spincoater om een positieve fotoresistlaag op het oppervlak van de film aan te brengen. Nadat de resist op de film is gesponnen, volgt een soft bake bij 90 °C gedurende vijf minuten om de resist te drogen. Plaats vervolgens een contactmasker met een afbeelding van het device stevig tegen de resist.Stel de fotolak bloot aan een UV-lichtbron van 1000 watt gedurende 10 seconden. Plaats de film vervolgens in de ontwikkelaar voor fotolak totdat het geprojecteerde beeld verschijnt. Dompel de film onmiddellijk nadat het beeld verschijnt in gedeïoniseerd water om te voorkomen dat de ontwikkelaar verder inwerkt op de niet-belichte fotolak.Blaas de film vervolgens droog met droge stikstofgas. Plaats de film 15 minuten lang in een oven bij 120 °C om de fotolak hard te bakken. Nadat de film is afgekoeld, wordt deze in een etsoplossing geplaatst totdat het metaal dat niet door de fotolak is beschermd, is weggeëtst.Dompel de film in water om het etsen te stoppen. Spoel de film vervolgens met aceton om de uitgeharde fotolak te verwijderen. Spoel de film daarna met methanol en droog deze met droge stikstof.Zodra het gecoate glas klaar is, worden verschillende proteïne-legeringsoplossingen op het glasoppervlak gedruppeld. Laat dit met behulp van een pipet gedurende ten minste 12 uur drogen in de zuurkast om proteïne-legeringsfilms op het glas te verkrijgen. Pel daarna de proteïne-legeringsfilms met de dunne metaalpatronen met een pincet van de glassubstraat af. Om onoplosbare proteïne-legeringsmaterialen te verkrijgen, wordt de droge film in een vacuümoven van 60 °C bij 25 kPa geplaatst, met een waterschaal op de bodem van de kamer.Pomp de lucht uit de oven, zodat de waterdampen uit alle monsters kunnen ontsnappen gedurende ten minste twee uur. Zodra het vacuüm is opgeheven en de monsters uit de oven zijn gehaald, wordt de wateronoplosbare film met een pincet van het substraat afgepeld. Test ten slotte de elektrische weerstand van het metaalpatroon op de eiwitlegeringsfilms en vergelijk deze met het oorspronkelijke patroon op het glas.Typische eiwit-eiwitinteracties kunnen elektrostatische aantrekkingen, waterstofbruggen, hydrofobe en hydrofiele interacties bevatten, evenals dipool-oplosmiddel-tegenion- en entropische effecten tussen specifieke eiwitdomeinen. De effecten van deze interacties kunnen worden voorspeld met computationele simulaties tijdens de rek-simulatie. Eén eiwit kan een elastisch netwerk vormen dat lijkt op veren, wat zorgt voor superelasticiteit van de materialen, terwijl een ander eiwit kan dienen als partikels met sterke fysieke crosslinkers voor de materialen.Dynamische structurele overgangen kunnen worden geïnduceerd in verschillende domeinen voor het opslaan en vrijgeven van energie of het bieden van aanvullende mechanische ondersteuning. De proteïne-legeringsoplossingen kunnen worden gevormd tot diverse biomaterialen met instelbare eigenschappen, waaronder materiaalmatrices voor thermische, mechanische, optische, elektrische, chemische of biomedische toepassingen. In deze demonstratie werd de elektrische weerstand bij kamertemperatuur van de elektrische circuits op de proteïnefilms gemeten met behulp van twee-punts- en vier-puntsmetingen.Bij de tweepuntsmeting hadden de films een resistiviteit van 3,6 × 10⁻⁷ Ωm, ongeveer 20 keer hoger dan die van het bulkmateriaal. Een hogere resistiviteit in films vergeleken met het bulkmateriaal is gebruikelijk vanwege het reeds beperkte stroompad en het onvermogen van ladingsdragers om defecten te vermijden. Door de verhouding van de eiwitcomponenten te wijzigen, kunnen we de biofysische eigenschappen van de uiteindelijke materialen beheersen, zoals hun elasticiteit, sterkte, oppervlakteruwheid of oppervlaktelading.Deze eigenschappen zouden uiteindelijk de functies en het gedrag beïnvloeden van de weefsels die aan het materiaal zijn gehecht. Daarom biedt een proteïne-legeringssysteem ons een nieuwe weg om in de toekomst implanteerbare medische hulpmiddelen of materialen met instelbare functies te produceren. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe circuits op deze materialen kunnen worden vervaardigd, en we hopen dat de protocollen die we in het artikel hebben verstrekt, in de toekomst zowel onderzoekswetenschappers als klinische artsen in meerdere biomedische vakgebieden ten goede zullen komen.

designing-silk-silk-protein-alloy-materials-for-biomedical

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

Silk films zijn een nieuwe klasse van biomaterialen gemakkelijk aan te passen voor een scala aan biomedische toepassingen. De gepresenteerde zijde filmcultuur systeem is zeer aangepast aan...

Silk Film Culture-systeem voor In vitro Analyse en biomateriaal Ontwerp

Ondanks de uitstekende mechanische en biochemische eigenschappen van spin zijde, kan dit materiaal worden geoogst in grote hoeveelheden op conventionele wijze. Hier beschrijven we een efficiënte strategie om kunstmatige spinnenzijde vezels, die is een belangrijk proces voor de onderzoekers bestuderen van spinnenzijde productie en het gebruik ervan als next-generation biomaterialen te laten draaien.

Synthetische Spider Silk Production op laboratoriumschaal

Spinnenzijde vezels geven buitengewone mechanische eigenschappen.

Air Filter apparaten Inclusief geweven Netten van Electrospun Recombinant Spider Silk Eiwitten

Inzicht in de complexe werkingen van de hersenen vereist geavanceerde onderzoeksinstrumenten. Hier demonstreren we een nieuwe op zijde-collageen gebaseerd 3D-geengineerd model van zenuwweefsel dat lijkt op een hersen-achtige architectuur. Het model kan worden gebruikt om de assemblage van neuronale netwerken, axongeleide, cel-cel interacties en elektrische activiteit te bestuderen.

Engineered 3D Silk-collageen-gebaseerde model van de gepolariseerde zenuwweefsel

Bioactieve en mechanisch betrouwbare metalen scaffolds zijn vervaardigd via een methode die uit twee processen bestaat, dynamisch vriesgieten voor de vervaardiging van poreus Ti, en het coaten en verdichten van de Ti-scaffolds. Het verdichtingsproces is eenvoudig, effectief en toepasbaar voor de vervaardiging van functioneel gegradeerde scaffolds.

Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

Nanodeeltjes zijn in opkomst als veelbelovende dragersystemen voor een groot aantal indicaties. Hier beschrijven we een eenvoudige maar krachtige methode om zijde nanodeeltjes produceren met behulp van reverse engineered Zijdevlinder zijde. Deze zijde nanodeeltjes kunnen gemakkelijk worden geladen met een therapeutische payload en vervolgens verkend voor drug delivery applicaties.

Fabricage en Drug Delivery Toepassingen van Silk Nanodeeltjes

Een protocol voor de microfluidic spinnen en karakterisering van de microstructuur van geregenereerde zijde fibroin monofilament wordt gepresenteerd.

Microfluidic droog-spinnen en karakterisering van geregenereerde zijde Fibroin vezels

Hier presenteren we een methode voor het leveren van Virale expressievectoren in de hersenen met behulp van zijde fibroin films. Met deze methode kunt gerichte levering van expressievectoren met zijde/AAV gecoate optische vezels, taps toelopende optische vezels en craniale windows.

In Vivo Gerichte expressie van Optogenetic eiwitten met behulp van Silk/AAV Films

Weefselkweekinserts met plastic membranen zijn de gouden standaard in celkweeklaboratoria als permeabele dragers om cellagen en modellen van barrièreweefsels te vestigen. Hierin presenteren we een eenvoudige methode om het plastic membraan te vervangen door een biologisch relevanter membraan gemaakt van een recombinant gefunctionaliseerd spinnenzijde-eiwit.

Nanofibrillaire basale membraan nabootsen gemaakt van recombinant gefunctionaliseerd spinnenzijde in op maat gemaakte weefselkweekinzetstukken

DNA-origami is een krachtige methode voor het vervaardigen van nauwkeurige nanoschaal objecten door de zelf-assemblage van DNA-moleculen programmeren. Hier beschrijven we hoe origami DNA kan worden gebruikt om een ​​robot robot kan voelen biologische signalen en reageren door vormverandering vervolgens doorgegeven aan een gewenst effect te ontwerpen.

Het ontwerpen van een Bio-responsieve Robot van DNA Origami

Leer hoe u zijde-eiwitlegeringsmaterialen fabriceert voor biomedische toepassingen met elektronische circuits. Deze methode maakt tunable biomaterialen met verbeterde biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid.

Het ontwerpen van Silk-zijde Protein Alloy materialen voor biomedische toepassingen

Meer video's verkennen