Name: Microfluidic droog-spinnen en karakterisering van geregenereerde zijde Fibroin vezels (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: Leer microfluidisch droog-spinnen van geregenereerde zijde fibroin vezels met precieze controle over luchtvochtigheid. Deze methode bootst natuurlijke spinprocessen na voor verbeterde biomaterialen.

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

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).

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 <ol><li>Voorbereiding van RSF waterige spinnen dope 4 , 15 , 16 <ol><li>Degumming van zijderups cocon <ol><li>Degum de Bombyx mori cocons tweemaal in nb 2 CO 3 waterige oplossingen (0.5 wt % in water) bij 100 ° C gedurende 30 minuten elk, en daarna wassen de zijde met gedeïoniseerd water te verwijderen het sericin.</li>
		</ol></li> <li>Dissolving van ontslijmde zijderups cocon <ol><li>de ontslijmde cocoon zijde in lucht drogen; vervolgens het ontbinden van de zijde van de ontslijmde cocon in 9.0 M LiBr waterige oplossing met een verhouding van 1:10 (w/v) bij 40 ° C gedurende 2 uur. Bijvoorbeeld, voeg 10 mL LiBr per 1 gram zijde ( Figuur 1a).</li>
		</ol></li> <li>Centrifuging en filters <ol><li>de RSF oplossing 1,5 keer door gedeïoniseerd water verdunnen. Centrifuge en filter verwijderen van onzuiverheden. Centrifugeer de RSF oplossing in 250 mL flessen bij 4 ° C gedurende 10 min op 1,234.8 x g. filteren de RSF oplossing om met een 20 µm filter en een vacuümpomp. Dubbel filtreerpapier bed verdient gezien het effect van de experimenten.</li>
		</ol></li> <li>Dialyzing <ol><li>Dialyze de RSF oplossing in gedeïoniseerd water bij 5 ° C gedurende 3 dagen met behulp van een cellulose semipermeable membraan (MWCO: 14.000 ± 2.000). Het totale volume van RSF oplossing bedraagt ongeveer 1 L, geladen in 4 dialyse zakken. Zet deze dialyse zakken in de emmer, die is gevuld met 10 L reverse osmosis (RO) gede¨ uoniseerd water. 
			Opmerking: De pH-waarde van gedeïoniseerd water moet hoger dan 6, om te voorkomen dat gelering tijdens de concentratie. De pH van gedeïoniseerd water geen aanpassing nodig voor dit protocol.</li>
		</ol></li> <li>Concentrated <ol><li>de RSF waterige oplossing tot 20% van de wt condenseren door gedwongen luchtstroom bij 5 ° C. toevoegen 3 M CaCl 2 waterige oplossing in de RSF oplossing voor 1,0 mmol/g Ca 2 + eindconcentratie; dan concentreren door de geforceerde lucht doorstroming naar 38-47 wt %.</li>
			<li>Wegen een druppel van RSF oplossing op een glasplaatje en vervolgens droog het gedurende 2 uur in een oven bij 105 ° C. 
			Opmerking: Het gewicht procent van de resterende solide ten opzichte van het gewicht van de druppel voordat drogen de totale concentratie van eiwitten en CaCl 2 is. De concentratie van RSF is afgeleid na aftrek van de massa van CaCl 2. Ten minste vier herhaalde metingen werden uitgevoerd. Onze eerdere studies is gebleken dat de concentratie van Ca 2 + sterk beïnvloed de Rheologische eigenschappen en de spinnability van de RSF waterige oplossingen. Ondertussen, de toevoeging van Ca 2 + gevraagd de beperkte vorming van β-sheet en de aggregatie van RSF 17. In een inheemse spinnen dope, CaCl 2 wordt beschouwd als een belangrijke rol spelen tijdens de opslag van spinnen dope Voorkom gelering vóór spinnen. 18</li></ol></li></ol></li> <li>voorbereiding van microfluidic chip 8 , 19 <ol><li>voorbereiding van photomask <ol><li>ontwerp van het micro-kanaal in een CAD-programma. Afdrukken van het CAD-bestand om te produceren een high-resolution transparantie 19.</li>
		</ol></li> <li>Voorbereiden van de schimmel <ol><li>schoonmaken het glasplaatje <ol><li>In een chemische kap, kook het glasplaatje in de gemengde oplossing van geconcentreerd zwavelzuur en 30 vol % waterstofperoxide-oplossing (10:1) gedurende 20 minuten op een hete plaat. 
				Let op: zwavelzuur en waterstofperoxide dampen zijn uiterst giftig.</li>
			</ol></li> <li>Wassen het glasplaatje <ol><li>het glasplaatje met gedeïoniseerd water wassen en droog met hoge zuiverheid stikstof blazen.</li>
			</ol></li> <li>Coating film <ol><li>jas van de SU-8 fotoresist op het glasplaatje door een custom-built coating-apparaat met een gat van 100 µm tussen de onderkant van de bar van de coating en het bovenoppervlak van glas.</li>
			</ol></li> <li>Spin coating <ol><li>verspreid de fotoresist op het glasplaatje vormen een uniforme film met behulp van een draai-coater bij 40.3 x g voor 30 s. De dikte van de eenvormige film is ongeveer 85 µm.</li>
			</ol></li> <li>Stollen <ol><li>stollen de fotoresist in een oven met een temperatuur controle programma. De temperatuur van de kamertemperatuur te verheffen tot 65 ° C 2 ° C/min en maximaal bij 65 ° C gedurende 2 min. doorgaan aan hitte van 65 ° C tot 95° C en ingedrukt bij 95 ° C gedurende 15 min. beurt uit de oven en laat afkoelen natuurlijk naar kamer temperatuur in de oven.</li>
			</ol></li> <li>Ultraviolet licht van de blootstelling <ol><li>bloot de zijde van de glazen schuif met de fotoresist naar ultraviolet licht voor 12 s met behulp van de transparantie als een photomask door fotolithografie 19. 
				Opmerking: Het golfgetal van het ultraviolet licht is 365 nm en de energie van de blootstelling is 273.6 mJ/cm 2. 
				Let op: Neem goede veiligheidsmaatregel tijdens het werken met UV-licht en de oven.</li>
			</ol></li> <li>De fotoresist stollen, zoals beschreven in stap 1.2.2.5.</li>
			<li>Ontwikkelingslanden <ol><li>schoon de fotoresist corrosiebestendige in ontwikkelaar oplossing voor 30 s. wassen het glasplaatje door isopropanol en ontwikkelaar, afwisselend tussen de twee, zolang er geen geen neerslag op het glasplaatje.</li>
			</ol></li> <li>Stollen de fotoresist in een oven met een temperatuur controle programma. De temperatuur van de kamertemperatuur te verheffen tot 170 ° C 2 ° C/min en houd bij 170 ° C gedurende 30 min. beurt uit de oven en laat afkoelen natuurlijk op kamertemperatuur in de oven.</li>
		</ol></li> <li>Zachte lithografie <ol><li>8.8 g vloeibare Polydimethylsiloxaan (PDMS) pre polymeer giet de schimmel en de remedie voor 30 minuten bij 65 ° C, en 15 min op 80 ° C. vloeibare PDMS pre polymeer bestaat uit PDMS en genezen agent (meestal bij 10:1 (w/w)).</li>
		</ol></li> <li>Punching <ol><li>Punch een gat door de PDMS replica aan het begin van het kanaal door boor. De diameter van de boor is 1,2 mm.</li>
		</ol></li> <li>Dichting <ol><li>zegel van de PDMS replica met het kanaal naar een platte laag van het PDMS zonder patroon door een zuurstof plasma behandeling op de oppervlakken van de twee lagen van het PDMS. 
			Opmerking: Het totale voorbereidingsproces van de chip neemt ongeveer 72 h.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Fabricage van RSF vezel <ol><li>injectie van spinnen dope <ol><li>injecteren de RSF dope in de microchannel op 2 µL/min draaien door een spuitpomp.</li>
		</ol></li> <li>Milieu verordening <ol><li>aanpassen van de relatieve vochtigheid tot 40 ± 5 RH % of 50 ± 5 RH % met behulp van een luchtbevochtiger. Op 40 ± 5 RH %, als-gesponnen vezel gestold sneller dan 50 ± 5 RH %.</li>
		</ol></li> <li>Productie van RSF vezel <ol><li>Touch van de daling van de RSF door een lokaliseren op de uitlaat van het microfluidic kanaal, trekken RSF vezels in de lucht en spoel het dan op een roller door middel van een 10-cm luchtspleet met een snelheid van 3 cm/s ( Figuur 1b ).</li>
		</ol></li> <li>Slaan de RSF vezels in een verzegelde exsiccator voor 24 h.</li>
		<li>Vezel nabehandeling <ol><li>tekenen de vezels als-gesponnen 4 keer 0,9 mm s -1 in 80 vol % ethanol oplossing door een op maat gemaakte machine, en vervolgens houden de getekende vezel vaste en dompel de vezels in de oplossing gedurende 1 uur. Vanwege deze behandeling, de lengte van de vezel werd veranderd van oorspronkelijk 15 mm naar 60 mm.</li>
		</ol></li> <li>Het monster voorbereiden karakterisering <ol><li>Fix de post behandelde vezels op een frame van papier met een lengte van 10mm spoorbreedte. Ten minste 20 vezels zijn nodig voor de meting, met inbegrip van in de treksterkte test, SEM, FTIR en WAXS. De diameters van de post getekende vezels variëren van 5 tot 10 µm. Figuur 1 toont de schematische voorstelling van de vezel productie en karakterisering van het WAXD. De mechanische eigenschappen van de RSF vezels werden onderzocht door een materiële testsysteem (25 ± 2) ° C en de relatieve vochtigheid (45 ± 5) %. De extensie beoordelen en meten lengte respectievelijk 2 mm/min en 1 cm,.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Synchrotronstraling karakterisering van kristallijne structuur van RSF Fiber <ol><li>synchrotronstraling karakterisering 4 , 13 , 17 <ol><li>aanpassing van beamline <ol><li>de golflengte van de x-stralen en spot grootte 0.07746 nm en 3 x 2 µm 2, respectievelijk aanpassen. 
			Opmerking: Het protocol wordt uitgevoerd met behulp van de BL15U1 beamline op de Shanghai Synchrotron Radiation Facility.</li>
		</ol></li> <li>Locatie van de X-ray-spot <ol><li>vinden de locatie van de X-ray plek. 
			Opmerking: De locatie van de X-ray-spot wordt afgesteld door de laborant in de Synchrotron Radiation Facility.</li>
		</ol></li> <li>Testen van standaardmonster: Cerium kooldioxide (CeO 2) <ol><li>Test een standaardmonster CeO 2 poeder. De CeO 2 poeder werd gekenmerkt om het midden van de cirkel en de afstand van het monster tot de detector te berekenen.</li>
		</ol></li> <li>Sample voorbereiding <ol><li>Fix de RSF filamenten parallel met elkaar op het frame van papier met een lengte van 10 mm spoorbreedte. Lijm het papier frame op de testfase. 
			Opmerking: Houd de vezel horizontale.</li>
		</ol></li> <li>SR-WAXD testen <ol><li>Open de sluiter <ol><li>sluit de deur van het beamline-station als u zeker bent dat er zich geen personen in de kamer. Open de sluiter van X-ray straal bron.</li>
			</ol></li> <li>Bundeling <ol><li>verplaatsen van de vezel licht totdat in focus. Pas de locatie van de vezel langs de x, y, z-richting op afstand via een software ( Figuur 1 c).</li>
			</ol></li> <li>Sample blootstelling <ol><li>de vezel omhoog en omlaag op afstand via een software, totdat het op de plek van de X-ray. Druk op de startknop op de software voor het blootstellen van de vezel naar het beamline van de X-ray voor 20 s ( Figuur 1 c).</li>
			</ol></li> <li>Background diffractie <ol><li>de diffractie van de achtergrond van de lucht met de belichtingstijd voor 20 s. Move de vezel uit de buurt van de X-ray plek op afstand via een software te testen. Druk op de &#34; start &#34; knop op de software om de beamline van de X-ray aan bloot &#34; lucht middellange &#34; voor 20 s.</li>
			</ol></li></ol></li></ol></li> <li>De verwerking van de gegevens van de SR-WAXD 13 <ol><li>kalibratie Software <ol><li>verwerken van de gegevens van de WAXD met behulp van FIT2D (V12.077). Kalibreren van het midden van de cirkel en de afstand van de monster-naar-detector met behulp van de gegevens van de diffractie van de CeO 2 poeder.</li>
		</ol></li> <li>2-D diffractie patroon <ol><li>aftrekken van de achtergrond van de lucht uit de vezel diffractie-patroon met behulp van FIT2D (V12.077).</li>
		</ol></li> <li>Grootte kristalliniteit en crystallite <ol><li>integreren de diffractie-intensiteit als een functie van de hoek 2θ verstrooiing. Uitvoeren deconvolutie van de intensiteit integratie met geautomatiseerde piek scheiding software (versie 4.12) 12. De mate van kristalliniteit, x c, werd geschat uit de relatie: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56271/56271eq1.jpg" /> , waar ik c is de som van de geïntegreerde intensiteiten van de kristallijne pieken en ik een is de geïntegreerde intensiteit van de amorfe halo 4 , 11. De integratie van de WAXD patronen toonde de piekbreedte van de [200], [020], [002] reflecties. De FWHM van deze pieken werden gebruikt om te bepalen van de grootte van de crystallite langs de a, b en c assen met behulp van Scherrer &#39; s formule 4.</li>
		</ol></li> <li>Bepaling van de richtsnoeren voor de crystallite <ol><li>berekenen de oriëntaties van de crystallite en amorfe volgens azimutale integraties van (020) en (210) pieken 11. De kristallijne oriëntatie kan kwantitatief worden berekend volgens Herman &#39; s oriëntatie. Hier, beide (020) en (210) pieken werden uitgerust met twee Gaussian functies. De smaller is voor kristallijne oriëntatie en de andere bredere is voor de georiënteerde Amorf materiaal 13. Hier, de oriëntaties van de crystallite van RSF vezels werden vergeleken met behulp van de volle breedte op halve maximum (FWHM) van azimutale integraties (002) pieken.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Asakura, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+observations+on+the+structure+and+function+of+the+spinning+apparatus+in+the+silkworm+Bombyx+mori%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori.</a> Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).</li>
<li>Vollrath, F., Knight, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid+crystalline+spinning+of+spider+silk%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Liquid crystalline spinning of spider silk.</a> Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).</li>
<li>Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.200800582/abstract">Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts.</a> Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).</li>
<li>Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/jm/c2jm32576d">The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process.</a> J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).</li>
<li>Martel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silk+Fiber+Assembly+Studied+by+Synchrotron+Radiation+SAXS%2FWAXS+and+Raman+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy.</a> J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).</li>
<li>Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assembly+mechanism+of+recombinant+spider+silk+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22P+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins.</a> P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).</li>
<li>Kinahan, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+silk%3A+using+microfluidics+to+fabricate+silk+fibers+with+controllable+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties.</a> Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).</li>
<li>Luo, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tough+silk+fibers+prepared+in+air+using+a+biomimetic+microfluidic+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biol+Macromol%22%5BJournal%5D)">Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip.</a> Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).</li>
<li>Peng, Q. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recombinant+spider+silk+from+aqueous+solutions+via+a+bio-inspired+microfluidic+chip%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip.</a> Sci Rep. 6, (2016).</li>
<li>Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S100200711500091X">Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers.</a> Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).</li>
<li>Sampath, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((X-ray+diffraction+study+of+nanocrystalline+and+amorphous+structure+within+major+and+minor+ampullate+dragline+spider+silks%5BTitle%5D)+AND+%22Soft+Matter%22%5BJournal%5D)">X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks.</a> Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).</li>
<li>Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+Behavior+of+Bombyx+mori+silk%3A+Evolution+of+crystalline+parameters%2C+molecular+structure%2C+and+mechanical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties.</a> Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).</li>
<li>Pan, H., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/TB/c3tb21148g">Nanoconfined crystallites toughen artificial silk.</a> J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).</li>
<li>Zhang, C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/is/content/articlepdf/2012/ra/c6ra22544f">Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation.</a> Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).</li>
<li>Wei, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493111001950">Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).</li>
<li>Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/259437154_A_simple_process_for_dry_spinning_of_regenerated_silk_fibroin_aqueous_solution">A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).</li>
<li>Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/1432891714Z.000000000397">Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres.</a> Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).</li>
<li>Koh, L. D., et al. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/profile/Enyi_YE/publication/272199400_Structures_Mechanical_Properties_and_Applications_of_Silk_Fibroin_Materials/links/569c445708ae6169e5627d01.pdf">Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials.</a> Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).</li>
<li>McDonald, J. C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Poly%28dimethylsiloxane%29+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+Chem+Res%22%5BJournal%5D)">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices.</a> Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).</li>
<li>Knight, D. P., Vollrath, F. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1689793/">Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line.</a> P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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<s...

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.

<table><tbody><tr><td>B. mori Cocons</td><td>Boer in Tongxiang, provincie Zhejiang, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Natriumcarbonaat, watervrij, 99,8%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>Lithiumbomide, 99,1%</td><td>Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>Calciumchloride, watervrij, 96,0%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>Ethanol, watervrij, 99,7%</td><td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China</td><td>10009218</td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>SU-8 fotoresist</td><td>MicroChem Corp., VS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ontwikkelingsoplossing</td><td>MicroChem Corp., VS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning, VS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>Geconcentreerd zwavelzuur</td><td>Pinghu Chemical Reagent Factory, China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>30 vol% waterstofperoxide</td><td>Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China</td><td></td><td>Analytisch Zuiver</td></tr><tr><td>Zuurstofplasabehandeling</td><td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>&nbsp;KD Scientific, VS</td><td></td><td>KDS 200P</td></tr><tr><td>Bevochtiger</td><td>SEN electric</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Boormachine</td><td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China</td><td></td><td>bankboormachine Z406c</td></tr><tr><td>Materiaaltestsysteem</td><td>Instron, VS</td><td></td><td>Model: 5565</td></tr><tr><td>PeakFit</td><td>Systat Software, Inc., VS</td><td></td><td>Versie 4.12</td></tr></tbody></table>

microfluidic droog-spinnen en karakterisering van geregenereerde zijde fibroin vezels

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

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.

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 <st...

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

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Het algemene doel van dit experiment is om het effect van de relatieve vochtigheid op de structuur en trekeigenschappen van geregenereerde zijde-fibroïnevezels te observeren met behulp van een microfluïdische drogspinmethode. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen over biomimetisch spinnen, zoals afschuifkrachten en het drogspinproces. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het microfluïdische kanaal is ontworpen om de spingang van een zijderups na te bootsen.Deze methode kan inzicht bieden in het drogespinningsproces van zijde-fibroïne. Dit kan ook worden toegepast op het natspinningsproces van gerecombineerde spinnenzijde. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode aanvankelijk moeite hebben.Omdat het twee weken duurt om de spinoplossing voor te bereiden en om te waarborgen dat deze een goede spinbaarheid heeft, is een visuele demonstratie van deze methode zeer cruciaal. Voor iemand met onvoldoende ervaring is het namelijk erg moeilijk om de spinoplossing te maken, en de spintijd is een essentiële factor bij het proces.Begin met het ontgommen van de Bombyx mori-cocons in een waterige oplossing die 0,5% natriumcarbonaat bevat. Incubeer de ondergedompelde cocons gedurende 30 minuten bij 100 °C. Vervang vervolgens de natriumcarbonaatoplossing en herhaal de incubatie een tweede keer.Was de zijde na voltooiing met gedeïoniseerd water om de sericine te verwijderen. Laat de ontgomde coconzijde aan de lucht drogen en dompel deze vervolgens onder in 9,0 molair lithiumbromide bij een gewichtsverhouding van 1:10. Incubeer de zijde gedurende twee uur bij 40 °C totdat de zijde volledig is opgelost.Verdun vervolgens de geregenereerde zijdefibroïne-oplossing 1,5 keer in flessen van 250 milliliter met gedeïoniseerd water. Centrifugeer de oplossing en filter deze vervolgens met een vacuümpomp door een dubbel filterpapierbed met een maaswijdte van 20 micron om eventuele onzuiverheden te verwijderen. Plaats 250 milliliter van de gefilterde geregenereerde zijdefibroïne-oplossing in semi-permeabele cellulose-dialysezakken en dialyseer elke zak in 10 liter omgekeerd osmose gedeïoniseerd water bij vijf graden Celsius gedurende drie dagen.Gebruik na dialyse een geforceerde luchtstroom om de oplossing bij vijf graden Celsius in te dampen tot 20% van het oorspronkelijke gewicht. Voeg vervolgens een drie molar waterige oplossing van calciumchloride toe aan de geconcentreerde oplossing om een uiteindelijke concentratie van 1,0 millimol per gram calciumionen te bereiken. Concentreer de geregenereerde zijdefibroïne-oplossing opnieuw door middel van een geforceerde luchtstroom tot 44% van het startgewicht.Begin met het koken van een glazen objectglas gedurende 20 minuten in een mengsel van geconcentreerd zwavelzuur en een 30% waterstofperoxide-oplossing in een verhouding van 10:1. Was het objectglas na afloop met gedeïoniseerd water en droog het vervolgens met hoogzuiver stikstof. Plaats het objectglas vervolgens in een op maat gemaakt coatingapparaat met een tussenruimte van 100 micrometers tussen het onderste oppervlak van de coatingbar en het bovenste oppervlak van het glas.Vul de opening met SU-8 fotoresist en spin-coat de fotoresist vervolgens op 40,3 ×g gedurende 30 seconden om een uniforme film van ongeveer 85 µm dikte te vormen. Plaats de slide met de fotoresist daarna in een oven met een temperatuurregelingprogramma. Verhoog de temperatuur van kamertemperatuur naar 65 °C met een snelheid van twee °C per minuut en houd de temperatuur gedurende twee minuten op 65 °C.Verwarm het objectglas vervolgens verder van 65 °C naar 95 °C met een snelheid van twee °C per minuut, en houd de temperatuur 15 minuten lang op 95 °C. Schakel op dit punt de oven uit en laat het objectglas in de oven op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur. Plaats daarna het objectglas met de fotoresist onder een UV-lamp en lijn een fotomasker met het gewenste microkanaal boven het objectglas uit.Stel de zijkant van het objectglas 12 seconden bloot aan UV-licht. Plaats het objectglas na belichting terug in de oven en verhit deze zoals voorheen. Reinig de fotolak na het bakken ultrasoon in een ontwikkelaaroplossing gedurende 30 seconden.Gebruik vervolgens afwisselend isopropanol en ontwikkelaar om het glazen objectglas te wassen totdat er geen neerslag meer op het glazen objectglas aanwezig is. Hard de fotoresist uit in een oven met een temperatuurregeling. Verhoog de temperatuur van kamertemperatuur naar 170 °C met een snelheid van 2 °C per minuut, houd dit 30 minuten lang vast op 170 °C, schakel vervolgens de oven uit en laat deze in de oven op natuurlijke wijze afkoelen tot kamertemperatuur.Plaats vervolgens de uitgeharde SU-8 mal in een aluminium doos en giet 8,8 gram PDMS-prepolymeer over de mal tot een hoogte van ongeveer vijf millimeter. Hard het PDMS 30 minuten uit bij 65 °C en 15 minuten bij 80 °C. Gebruik na uitharding een boortje met een diameter van 1,2 millimeter om een gat door de PDMS-replica aan het begin van het kanaal te boren.Plaats vervolgens de PDMS-laag met de kanalen naar boven, samen met een tweede vlakke PDMS-laag, in een plasmacoater en behandel deze met zuurstofplasma. Verzegel de PDMS-laag met het kanaal direct na het verwijderen uit de plasmakamer aan een vlakke PDMS-laag. Het microkanaal is nu klaar voor gebruik.Injecteer de geregenereerde zijdefibroïne-spinvloeistof in het microkanaal met een snelheid van 2 µL per minuut met behulp van een spuitenpomp. Stel de relatieve luchtvochtigheid in het electrospinning-gebied in op 40 of 50% relatieve luchtvochtigheid met behulp van een bevochtiger. Zet vervolgens een roller aan zodat het oppervlak met een snelheid van 3 cm per seconde beweegt.Zodra de luchtvochtigheid is gestabiliseerd, raakt u de druppel geregenereerde zijdefibroïne aan en trekt u een zijdevezel de lucht in. Plaats deze vervolgens via de luchtspleet van 10 centimeter op de roller. De roller zal de resterende zijdevezels voorttrekken.Bewaar de vezels na voltooiing gedurende 24 uur in een afgesloten exsiccator. Behandel de vezels de volgende dag na door ze vier keer uit te trekken met een snelheid van 0,9 millimeter per seconde in 80% ethanol met behulp van een speciaal gebouwde machine. Houd de uitgetrokken vezel gefixeerd en dompel ze gedurende één uur onder in een 80% ethanoloplossing.Fixeer ten slotte de na-behandelde vezels op een papieren frame met een maatlengte van 10 millimeter. Hier wordt een SEM-opname getoond van de uiteindelijke uitgerekte geregenereerde zijdefibroïnevezel. Deze vezels hadden een gemiddelde diameter van negen micron.Bij meting onder spanning vertoonden de vezels die waren gevormd bij een relatieve vochtigheid van 40% een iets hogere maximale treksterkte en maximale rek, maar hadden ze een vergelijkbare Young-modulus vergeleken met de vezels die waren gevormd bij een relatieve vochtigheid van 50%. Na het bekijken van deze video zou u begrijpen hoe u een zijdevezel kunt droogspinnen uit een waterige zijdeoplossing met een bio-geïnspireerde microfluidische chip.

microfluidic-dry-spinning-characterization-regenerated-silk-fibroin

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

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

Twee aangrenzende vloeistoffen die door een gegroefd microfluïdisch kanaal gaan, kunnen worden gericht om een schede rond een prepolymeerkern te vormen; waardoor zowel vorm als doorsnede worden bepaald. Foto-geïnitieerde polymerisatie, zoals thiol click chemie, is zeer geschikt voor het snel stollen van de kernvloeistof tot een microvezel met vooraf bepaalde grootte en vorm.

Microfluïdische fabricage van polymere en biohybridevezels met vooraf ontworpen grootte en vorm

Dit protocol toont de mogelijkheid om reactieve inkjet printen te gebruiken om zelf beweeglijke biocompatibele en milieuvriendelijke micro-roer werkers af te drukken voor gebruik in biomedische en milieutoepassingen.

Reactieve Inkjet Printing en voortstuwings analyse van zijde-gebaseerde zelfrijdende micro-roeren

Hier presenteren we een protocol voor de productie van water oplosbare recombinant Spider Silk Protein Solutions en de materiële vormen die kunnen worden gevormd uit deze oplossingen.

Materiaal vorming van recombinant spin Silks door waterige oplosmiddel met behulp van warmte en druk

Wordt uitgebreid gebruikt, Sum Frequency Generation (sfg) Vibrationele spectroscopie kan helpen om te onthullen keten conformationele order en secundaire structurele verandering gebeurt op polymeer en biomacromolecule interfaces.

Interfaciale moleculaire-niveau structuren van polymeren en biomacromoleculen onthuld via Sum frequentie generatie Vibrationele spectroscopie

Peptide tertiaire amides (PTA) zijn een superfamilie van peptidomimetica die omvatten maar zijn niet beperkt tot, peptiden, peptoïden en N-gemethyleerd peptiden. Hier beschrijven we een synthetische methode die zowel split-en-zwembad en sub-monomeer strategieën combineert tot een kraal een-verbinding bibliotheek van PTA synthetiseren.

Split-en-zwembad Synthese en karakterisatie van peptide Tertiaire amide Bibliotheek

Driedimensionale (3D) microstructured samengestelde liggers zijn gefabriceerd door middel van de gerichte en lokale infiltratie van nanocomposieten in 3D poreuze microfluïdische netwerken. De flexibiliteit van deze produktiemethode maakt het gebruik van verschillende thermohardende materialen en vulstof teneinde verschillende functionele 3D versterkte nanocomposiet macroscopische producten te verbeteren.

Productie van drie-dimensionaal Microgestructureerde Nanocomposieten door Microfluidic Infiltratie

Synthese, activering, en karakterisering van opzettelijk ontworpen metaal-organische raamwerk materialen is een uitdaging, vooral als bouwstenen onverenigbaar zijn of ongewenste polymorfe zijn thermodynamisch bevoordeeld ten opzichte van de gewenste vormen. We beschrijven hoe toepassingen van oplosmiddelhoudende bijgestaan ​​linker uitwisseling, poeder röntgendiffractie in haarvaten en activering via superkritische CO 2 drogen, kan een aantal van deze uitdagingen aan te pakken.

Synthese en karakterisering van gefunctionaliseerde metaal-organische roosters

Leer microfluidisch droog-spinnen van geregenereerde zijde fibroin vezels met precieze controle over luchtvochtigheid. Deze methode bootst natuurlijke spinprocessen na voor verbeterde biomaterialen.

Microfluidic droog-spinnen en karakterisering van geregenereerde zijde Fibroin vezels

Meer video's verkennen