Summary
सम्मिश्रण गुण और संयुक्त सुविधाओं की एक व्यापक रेंज के साथ biomaterials उत्पन्न करने के लिए एक कुशल दृष्टिकोण है. विभिन्न प्राकृतिक रेशम प्रोटीन के बीच आणविक बातचीत की भविष्यवाणी करके, ट्यून करने योग्य यांत्रिक लचीलाता, बिजली प्रतिक्रिया, ऑप्टिकल पारदर्शिता, रासायनिक processability, biodegradability, या थर्मल स्थिरता के साथ नए सिल्क रेशम प्रोटीन मिश्र धातु प्लेटफार्मों बनाया जा सकता है.
Abstract
रेशेदार प्रोटीन ऐसे biosensors, nanomedicine, ऊतक पुनर्जनन, और दवा वितरण के रूप में जैव चिकित्सा के क्षेत्र में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया गया है कि विभिन्न दृश्यों और संरचनाओं प्रदर्शित करते हैं. इन प्रोटीनों के बीच आणविक पैमाने पर बातचीत पर आधारित सामग्री डिजाइनिंग ट्यून करने योग्य गुणों के साथ नई multifunctional प्रोटीन मिश्र धातु biomaterials उत्पन्न करने में मदद करेगा. मिश्र धातु सामग्री सिस्टम भी कारण शरीर में सामग्री biodegradability, biocompatibility, और tenability पारंपरिक सिंथेटिक पॉलिमर की तुलना में लाभ प्रदान करते हैं. यह लेख प्रोटीन मिश्र धातु का उत्पादन करने के लिए कैसे कम्प्यूटेशनल विधियों द्वारा प्रोटीन, प्रोटीन बातचीत की भविष्यवाणी करने के लिए कैसे सहित इन विषयों के बारे में उपयोगी प्रोटोकॉल प्रदान करने के लिए एक उदाहरण के रूप में जंगली Tussah रेशम (Antheraea pernyi) और घरेलू शहतूत रेशम (Bombyx मोरी) के प्रोटीन मिश्रणों का इस्तेमाल किया समाधान, कैसे थर्मल विश्लेषण द्वारा मिश्र धातु सिस्टम को सत्यापित करने के लिए, और कैसे चर मिश्र धातु सामग्री बनानाविवर्तन gratings साथ ऑप्टिकल सामग्री, सर्किट कोटिंग्स के साथ बिजली सामग्री, और दवा रिहाई और वितरण के लिए दवा सामग्री भी शामिल है. इन विधियों विभिन्न प्रोटीन मिश्र पर आधारित अगली पीढ़ी multifunctional biomaterials डिजाइनिंग के लिए महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान कर सकते हैं.
Introduction
प्रकृति संरचनात्मक प्रोटीन की एक सीमित संख्या का उपयोग कर ट्यून करने योग्य और multifunctional जैविक matrixes उत्पन्न करने के लिए रणनीति बनाई गई है. उदाहरण के लिए, elastins और कोलेजन हमेशा विशिष्ट ऊतकों 1,2 के लिए आवश्यक समायोज्य शक्तियों और कार्यों प्रदान करने के लिए vivo में एक साथ किया जाता है. इस रणनीति के लिए महत्वपूर्ण सम्मिश्रण है. सम्मिश्रण विशिष्ट अनुपात के साथ मिश्रण प्रोटीन शामिल है और ट्यून करने योग्य और विभिन्न गुणों 3-5 से आसान सामग्री सिस्टम उत्पन्न करने के लिए एक तकनीकी दृष्टिकोण है. सिंथेटिक इंजीनियरिंग रणनीतियों 6,7 के साथ तुलना में, सम्मिश्रण भी सामग्री एकरूपता और कारण आपरेशन 8-16 की आसानी के लिए सामग्री प्रक्रिया करने की क्षमता में सुधार कर सकते हैं. इसलिए, multifunctional, biocompatible प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री डिजाइनिंग चिकित्सा अनुसंधान के एक उभरते क्षेत्र है. यह तकनीक भी सेल और ऊतक कार्यों वी आई टी में दोनों पर प्राकृतिक प्रोटीन matrices के प्रभाव का व्यवस्थित ज्ञान प्रदान करेगाआरओ और इन विवो 10,17 में. विभिन्न प्रोटीन के बीच आणविक इंटरफेस अनुकूलन के द्वारा प्रोटीन आधारित मिश्र धातु सामग्री, ऐसे थर्मल अलग तापमान पर स्थिरता, चर अंगों में विविध ऊतकों, बिजली संवेदनशीलता का समर्थन करने के लिए लोच, और corneal ऊतक उत्थान 3 के लिए ऑप्टिकल गुण के रूप में शारीरिक कार्यों की एक श्रृंखला शामिल कर सकते हैं 18-27. इन अध्ययनों के परिणाम ट्यून करने योग्य ऊतक मरम्मत और रोग के उपचार और उनके उपन्यास चिकित्सीय और नैदानिक सुविधाओं 3 की कल्पना की जा सकती है, जहां से biodegradable प्रत्यारोपण उपकरणों के लिए आगे का नेतृत्व करने के लिए प्रत्यक्ष प्रासंगिकता के साथ जैव चिकित्सा विज्ञान के क्षेत्र में एक नए प्रोटीन सामग्री मंच प्रदान करेगा.
कई प्राकृतिक संरचनात्मक प्रोटीन biomaterial matrixes के लिए उम्मीदवार के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है कि महत्वपूर्ण शारीरिक और bioactive गुण होते हैं. अलग कीड़ा प्रजातियों से रेशम, विभिन्न ऊतकों से बाल और wools, elastins और कोलेजन से keratins, औरविभिन्न संयंत्र प्रोटीन (चित्रा 1) 18-27 चर प्रोटीन आधारित सामग्री को डिजाइन करने के लिए इस्तेमाल सबसे आम संरचनात्मक प्रोटीन की कुछ कर रहे हैं. सामान्य तौर पर, इन प्रोटीनों के कारण उनके अद्वितीय दोहराए प्राथमिक अमीनो एसिड दृश्यों 3,28-35 के लिए अलग आणविक माध्यमिक संरचनाओं (रेशम के लिए जैसे, बीटा शीट, या keratins के लिए coiled coils) बना सकते हैं. इन सुविधाओं biopolymer सामग्री की एक क़ीमती संसाधन के रूप में उनकी उपयोगिता उत्साह जैविक इंटरफेस में विशिष्ट कार्यों के साथ आत्म इकट्ठे macroscopic संरचनाओं के गठन को बढ़ावा देने. इधर, संरचनात्मक प्रोटीन की दो प्रकार का उपयोग किया गया (जंगली Tussah रेशम और एक उदाहरण के रूप में पालतू शहतूत रेशम से प्रोटीन बी से प्रोटीन ए) विभिन्न प्रोटीन मिश्र धातु biomaterials उत्पादन के सामान्य प्रोटोकॉल का प्रदर्शन करने के लिए. प्रदर्शन प्रोटोकॉल भाग 1 में शामिल हैं: प्रोटीन बातचीत भविष्यवाणियों और सिमुलेशन, भाग 2: प्रोटीन मिश्र धातु समाधान का उत्पादन, और भाग 3: प्रोटीन मिश्र धातु का निर्माणसिस्टम और, ऑप्टिकल बिजली, और दवा अनुप्रयोगों के लिए.
चित्रा सामान्यतः, प्रोटीन आधारित सामग्री को डिजाइन अलग कीड़ा प्रजातियों से रेशम सहित के लिए हमारी प्रयोगशाला में इस्तेमाल किया जाता है कि विभिन्न संरचनात्मक प्रोटीन की 1 कच्चे माल, बाल और wools, विभिन्न ऊतकों से elastins, और विभिन्न संयंत्र प्रोटीन से keratins.
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Protocol
प्रोटीन बातचीत की 1 भविष्यवाणी
- प्रोटीन अणुओं की बायोइनफॉरमैटिक्स विश्लेषण
- जैव प्रौद्योगिकी सूचना वेबसाइट के लिए राष्ट्रीय केन्द्र (www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/) पर जाएँ, और मिश्र धातु अध्ययन के लिए उपयोग किया जाएगा कि प्रोटीन नामों खोज. नोट: इस उदाहरण के लिए, दो प्रोटीन का इस्तेमाल किया गया: जंगली Tussah रेशम फ़ाइब्राइन है जो प्रोटीन ए,, और घरेलू शहतूत रेशम फ़ाइब्राइन है जो प्रोटीन बी,. प्रोटीन एक के लिए, एमिनो एसिड दृश्यों "[Antheraea pernyi] GenBank फ़ाइब्राइन: AAC32606.1" में पाया जा सकता है (Antheraea pernyi चीनी (ओक) Tussah मोठ है). प्रोटीन बी के लिए, एमिनो एसिड दृश्यों में पाया जा सकता है "फ़ाइब्राइन भारी श्रृंखला अग्रदूत [Bombyx मोरी] एन सी बी आई संदर्भ अनुक्रम: NP_001106733.1" और "फ़ाइब्राइन प्रकाश श्रृंखला अग्रदूत [Bombyx मोरी] एन सी बी आई संदर्भ अनुक्रम: NP_001037488.1" एक साथ (Bombyx मोरी) शहतूत के पेड़ के पालतू रेशमकीट है.
- चुनें और एसएडेटाबेस से प्रोटीन एक और प्रोटीन बी के एमिनो एसिड दृश्यों की है.
- ExPASy वेबसाइट (एसआईबी जैव सूचना संसाधन पोर्टल) (www.expasy.org) की सैर या सहित उनके दृश्यों पर आधारित बुनियादी बायोइनफॉरमैटिक्स प्रोटीन के डेटा की गणना करने के लिए अन्य वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर का उपयोग करें, लेकिन अणु प्रति कुल शुल्क की hydrophobicity सूचकांक, तक ही सीमित नहीं आदि यह जानकारी अणु, अलग पीएच मान में अणुओं का अनुमापन वक्र, प्रोटीन बातचीत के कम्प्यूटेशनल अनुकरण के लिए बुनियादी तत्व के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा, और इन दो प्रोटीनों मजबूत बातचीत है कि क्या समझने में मदद मिलेगी. [नोट: यह कदम ठीक छोटे पेप्टाइड या कार्यात्मक प्रोटीन विज्ञान में इस्तेमाल उन लोगों की तरह प्रोटीन बातचीत के हर विस्तार की भविष्यवाणी के लिए नहीं है. इस खंड के उद्देश्य से एक "मिश्र धातु" सामग्री नहीं कहा जा सकता है जो स्पष्ट macrophase separations के साथ एक प्रोटीन मिश्रण के उत्पादन से बचने के लिए ही है. इसलिए, अनुमान लगभग लेकिन वें हो सकता हैई प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली] सटीक थर्मल विश्लेषण का उपयोग कदम 3.1 में वर्णित एक प्रयोगात्मक विधि द्वारा सत्यापित किया जा सकता है.
- प्रोटीन मिश्र प्रणाली के कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन
नीचे प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली अनुकरण करने के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन किया है. एक सिमुलेशन कार्यक्रम एक एकल या बहु कंप्यूटर सिस्टम पर इस्तेमाल किया जा सकता है कि सी प्रोग्रामिंग भाषा में लिखा है. एक जाली वसंत द्रव्यमान (एल एस एम) मॉडल मिश्र धातु प्रोटीन 36-39 अनुकरण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. एक वसंत से जुड़ी है और प्रत्येक जन के लिए गति को समझने की शक्ति समीकरण को हल कर सकते हैं जब एल एस एम मॉडल एक बड़े पैमाने पर शुद्ध बल का एक सरल विवरण देता है. निम्नानुसार एक साधारण कार्यक्रम एल्गोरिथ्म दिया जाता एल एस एम मॉडल का उपयोग कर इस प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली मॉडल:- एम के एक बड़े पैमाने पर है कि एक भोंडा कण के रूप में एक प्रोटीन का प्रतिनिधित्व करते हैं.
- एक बंधन 38,39 प्रतिनिधित्व करने के लिए एक Hookean या एक नव Hookean वसंत का प्रयोग करें. स्प्रिंग्स के साथ कणों की एक सीमित संख्या जोड़ने से, एक कर सकते हैं मीटरमिश्र धातु प्रोटीन की एक स्थिर निर्माण खंड का प्रतिनिधित्व करता है कि एक उप मिश्र धातु डोमेन AKE. इंट्रा संबंध में बांड के विभिन्न प्रकार का प्रतिनिधित्व करने के लिए, विभिन्न वसंत स्थिरांक / कठोरता का उपयोग करें.
- Dully-Crosslinked उप मिश्र से बना एक सामग्री के रूप में प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली मॉडल. फिर यहां विभिन्न stiffnesses उप मिश्र के परस्पर संबंधों के बीच विभिन्न बांड का प्रतिनिधित्व करने के लिए इस्तेमाल किया गया.
- कमजोर बांड सुधार की अनुमति दी जाती है जिसके माध्यम से एक बेल मॉडल 40,41, द्वारा बंधन को तोड़ने और सुधार प्रक्रिया मॉडल लेकिन वे टूट रहे हैं एक बार मजबूत संबंध सुधार नहीं कर सकते हैं. प्रणाली पर्याप्त (इंट्रा suballoy और अंतर suballoy बांड पर दोनों) पर जोर दिया गया है, जब बांड टूटी हुई है और सुधार किया जा सकता है.
- वे जोर दिया जाता है जब मिश्र धातु प्रोटीन पर विरूपण प्रभाव का अध्ययन करने के लिए, सिस्टम को बाहरी ताकतों लागू होते हैं. बल समीकरण (न्यूटन के नियम) को सुलझाने जब प्रत्येक कण को समान रूप से इन बलों बांटो.
- बातचीत करने के लिए मॉडल(जैसे पानी के अणुओं के रूप में) समाधान और प्रोटीन के बीच, प्रत्येक कण के लिए एक अतिरिक्त खींचें बल या घर्षण बल लागू होते हैं.
- प्रत्येक बल (बंधन, बाहरी बल, और घर्षण बल से वसंत बल) के कार्यों के साथ प्रत्येक कण के लिए बल समीकरण का समाधान.
- गणना और समय के एक समारोह के रूप में प्रोटीन कणों की स्थिति निकाल सकते हैं.
- कणों के पदों से मिश्र धातु प्रोटीन की विशेषताएँ कि भौतिक मात्रा की गणना.
- विभिन्न प्रोटीन के बीच बातचीत को समझने के लिए इस कार्यक्रम में बंधन कठोरता बदलें. (औसत बंधन कठोरता प्रोटीन सामग्री की यंग मापांक से गणना की है. अलग रेशेदार प्रोटीन सामग्री की यंग मापांक यूनिवर्सल तन्यता टेस्ट 18 से, या सीधे पिछला साहित्य 2-4,18 से या तो प्राप्त किया जा सकता है).
प्रोटीन मिश्र समाधान के 2 उत्पादन
वन्य Tussah रेशम (प्रोटीन ए) और घरेलू शहतूत रेशम (प्रोटीन बी) प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली का एक उदाहरण के रूप में यहां चयनित हैं. इस प्रोटोकॉल पहली जंगली Tussah रेशम (प्रोटीन ए) समाधान प्राप्त करने के लिए कैसे प्रस्तुत करता है.
- 3 जी के वजन में कच्चे जंगली Tussah रेशम कोकून या फाइबर कट.
- सोडियम dicarbonate या सोडियम कार्बोनेट का 3 जी के उपाय (नोट: सोडियम कार्बोनेट का उपयोग, प्रोटीन श्रृंखला के आणविक वजन उबलते प्रक्रिया 42 के दौरान कम हो जाएगा तो).
- आसुत जल के साथ एक एल 2 गिलास बीकर भरें (एच 2 ओ). फिर, एक गर्म मंच पर कांच बीकर जगह उबलते एल्यूमीनियम पन्नी, और गर्मी के साथ कवर.
- एल्यूमीनियम पन्नी कवर निकालें और यह पूरी तरह से भंग करने की इजाजत दी, उबलते पानी में धीरे धीरे मापा सोडियम dicarbonate जोड़ें. (नोट: सोडियम dicarbonate की भूमिका जंगली रेशम फाइबर की सतह पर संलग्न घुलनशील सेरिसिन प्रोटीन और अन्य अशुद्धियों को साफ करने के लिए "साबुन" है अन्य संगठनों का उपयोग करें.एर प्रकृति प्रोटीन फाइबर,) साहित्य के अनुसार इसी रासायनिक एजेंट का चयन करें.
- उबलते पानी में कच्चे प्रोटीन फाइबर (जंगली रेशम फाइबर) जोड़ें और 2-3 घंटा (नोट के लिए उबाल करने की अनुमति:. उबलते समय प्रोटीन चेन 26,43 के आणविक वजन के लिए महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है एक अनुसार एक उपयुक्त समय का चयन करना चाहिए साहित्य के लिए या नियंत्रण प्रयोगों 26,43 प्रदर्शन से. उबलते तापमान भी प्रोटीन चेन 26,43,44) की आणविक वजन को प्रभावित करने के लिए समायोजित किया जा सकता है.
- उबलते के बाद, ध्यान से समाधान से एक रंग के साथ प्रोटीन फाइबर को हटाने और अतिरिक्त पानी निकालने के लिए उन्हें निचोड़. (चेतावनी: फाइबर बहुत गर्म रहे हैं!)
- अगला, ठंड आसुत जल के साथ एक 2 एल बीकर में फाइबर विसर्जित, और पूरी तरह से फाइबर सतह से अशुद्ध अवशेषों को दूर करने के लिए 30 मिनट प्रत्येक के लिए दो बार फाइबर धो लो. कम से कम 12 घंटे के लिए एक धूआं हुड में फाइबर सूखी.
- कैल्शियम एनआईटी की 45.784 ग्राम पिघलादर (सीए (सं 3) 2) एक गिलास बीकर में जंगली रेशम प्रोटीन फाइबर भंग के लिए 65 डिग्री सेल्सियस पर एक तरल रूप में. (नोट: अन्य प्राकृतिक प्रोटीन फाइबर का उपयोग करते हैं, तो एक प्रोटीन भंग करने के लिए विलायक इसी का चयन यहाँ आप भी 9.3 एम LiSCN या LiBr समाधान, या विभिन्न रेशम फाइबर भंग के लिए एक 85% फॉस्फेट समाधान का उपयोग कर सकते हैं.).
- विलायक 10 मिलीलीटर में 1 ग्राम फाइबर के अनुपात में फाइबर और विलायक जुडा है. फाइबर 5 से 12 घंटे के लिए 95 डिग्री सेल्सियस भंग करने की अनुमति. (नोट: भंग समय 26,43-45 प्रोटीन की आणविक वजन पर निर्भर करता है)
- सीरिंज का उपयोग करना, (कटऑफ आकार के रूप में अधिकतम 1,000 मेगावाट) 12 एमएल डायलिसिस कैसेट में जंगली रेशम समाधान या सील डायलिसिस ट्यूबिंग्स (कटऑफ आकार के रूप में अधिकतम 1,000 मेगावाट) इंजेक्षन और आसुत जल के 2 एल के खिलाफ dialyze. (:, इंजेक्शन 35 डिग्री सेल्सियस पर समाधान बनाए रखने अगर अधिक कुशल है अन्यथा प्रोटीन समाधान का चिपचिपापन नाटकीय रूप से कमरे के तापमान पर वृद्धि होगी नोट). (सं 3) समाधान में 2 विलायकों (30 मिनट, 2 घंटा, 6 घंटा, और बाद तो हर 12 घंटा 3 दिन के लिए. कुल में, लगभग 8 पानी परिवर्तन नहीं होगा) सीए को दूर करने के लिए अक्सर आसुत पानी बदलें.
- 3 दिनों के बाद, डायलिसिस कैसेट या ट्यूबिंग से प्रोटीन समाधान इकट्ठा करने और 13,000 आरपीएम मूल्यांकन ट्यूबों में जगह है.
- जमा दूर करने के लिए 4 डिग्री सेल्सियस 3x पर 3,500 rpm पर 1 घंटे के लिए समाधान अपकेंद्रित्र. प्रत्येक अपकेंद्रित्र चलाने के बाद, जल्दी से नए ट्यूबों में सतह पर तैरनेवाला खींच. 4 डिग्री सेल्सियस फ्रिज में अंतिम समाधान स्टोर.
- (यह आमतौर पर 12 से अधिक घंटे लगते हैं) एक polydimethylsiloxane (PDMS) सब्सट्रेट या अन्य फ्लैट हाइड्रोफोबिक सब्सट्रेट पर प्रोटीन समाधान के 5 मिलीलीटर डालो और यह पूरी तरह से सूखे के लिए अनुमति देते हैं. शेष ठोस प्रोटीन फिल्म वजन और (माले में) वजन (वी% / डब्ल्यू) प्रतिशत = (एमजी में) मापा वजन ÷ 5 से 10 ÷ द्वारा अंतिम समाधान एकाग्रता की गणना.
- इस कैस में एक और चयनित प्राकृतिक प्रोटीन फाइबर (लीजिएई, पालतू शहतूत रेशम) प्रोटीन बी के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और मापा एकाग्रता के साथ अंतिम प्रोटीन पानी समाधान प्राप्त किया जाता है, जब तक एक उपयुक्त "साबुन" और विलायक भंग के साथ इस प्रक्रिया से ऊपर दोहराएँ. [नोट: प्रोटीन सामग्री पाउडर के रूप में कर रहे हैं, "soaping" प्रक्रिया के दौरान नमूने पकड़ के लिए उपयुक्त झरझरा ट्यूब या झिल्ली का उपयोग करें. प्रोटीन पहले से ही शुद्ध कर दिया गया है, तो सीधे पाउडर भंग करने के लिए 2.8 चरण पर जाएँ. प्रोटीन पहले से ही शुद्ध और पानी में घुलनशील है किया गया है, तो पहले एक वांछित एकाग्रता के साथ अपने जलीय घोल बनाने के लिए और फिर मिश्रण प्रोटीन समाधान करने के लिए नीचे दिए गए 2.15 चरण पर जाएँ.]
- धीरे धीरे एक 1.0% wt प्रोटीन एक जलीय समाधान के लिए फार्म 4 डिग्री सेल्सियस पर प्रोटीन आसुत जल में एक समाधान (यहां जंगली रेशम समाधान) पतला. प्रोटीन बी (यहां पालतू रेशम) के लिए एक ही प्रक्रिया है.
- धीरे धीरे 4 में 1% wt प्रोटीन प्रोटीन बी समाधान के साथ एक समाधान मिश्रण डिग्री सेल्सियस पी से बचने के लिए एक पिपेट का उपयोगमिश्रण के दौरान एकत्रीकरण rotein. (नोट 1: कुछ प्रोटीन (जैसे, रेशम) कंपन 46,47 दौरान हाइड्रोजेल बनेगी क्योंकि प्रोटीन मिश्रण करने के लिए एक भंवर साधन का प्रयोग न करें 2 नोट:. यदि संभव हो तो, मिश्रण दर और मिश्रण आकार बनाने को नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त उपकरणों का उपयोग एकत्रीकरण से बचने के लिए संभव के रूप में धीमी गति से उन्हें मिश्रण करने के लिए सुनिश्चित करें. जल्दी मिश्रण के दौरान समाधान पिपेट नहीं).
- अंतिम सम्मिश्रण समाधान एक निर्दिष्ट जन अनुपात या एक प्रोटीन की एक दाढ़ अनुपात होना चाहिए: प्रोटीन बी आमतौर पर, प्राप्त करने के लिए, 90:10 के द्रव्यमान का अनुपात, 75:25, 50:50, 25:75 से 10:90 उन्हें मिश्रण मिश्र धातु समाधान का एक व्यापक स्पेक्ट्रम. नियंत्रण के रूप में शुद्ध प्रोटीन एक और प्रोटीन बी समाधान का उपयोग करें. प्रोटीन बी आर =: (100 आर) के एक प्रोटीन की एक दाढ़ अनुपात के साथ एक सम्मिश्रण समाधान के लिए. मात्रा एक: वॉल्यूम बी आर = · (एक मेगावाट): (100 आर) · (बी की मेगावाट) से (एक ही 1% wt समाधान पर आधारित) मिश्रण मात्रा अनुपात की गणना.
- इसके तत्काल बाद फिल्मों या अन्य देसी फार्म करने के लिए PDMS substrates के लिए अंतिम समाधान पर डालीgned सामग्री. (नोट: एक लंबे समय के लिए उच्च एकाग्रता प्रोटीन मिश्र धातु समाधान की दुकान मत करो और अधिक समुच्चय के कारण पानी में प्रोटीन, प्रोटीन बातचीत करने के बाद फार्म कर सकते हैं.). यदि आवश्यक हो, आयन मुक्त आसुत जल के साथ मिश्रण समाधान पतला और समाधान में अतिरिक्त प्रोटीन एकत्रीकरण से बचने के लिए एक 4 डिग्री सेल्सियस उन्हें फ्रिज में रखना.
चर प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री की 3 निर्माण
- थर्मल विश्लेषण द्वारा मिश्र भविष्यवाणी की पुष्टि 3,9,31-35
- PDMS substrates तैयार है और आसुत पानी में भिगोने से उन्हें साफ.
- PDMS substrates पर विभिन्न मिश्रण अनुपात के साथ प्रोटीन मिश्रण समाधान डाली.
- फिल्मों का गठन कर रहे हैं जब तक हवा के प्रवाह के साथ एक रासायनिक हुड में कम से कम 12 घंटे के लिए समाधान सूखा (नोट: फिल्मों की मोटाई तय किया जा सकता है, ताकि अलग अलग समाधान के लिए एक ही मात्रा का प्रयोग करें).
- PDMS substrates से प्रोटीन मिश्र धातु फिल्मों निकालें और स्वच्छ बर्तन पर उन्हें जगह है.
- कई अंतर स्कैनिंग calorimetry (डीएससी) एल्यूमीनियम धूपदान और lids डीएससी अध्ययन के लिए वजन. एक बराबर कुल वजन है करने के लिए पैन और ढक्कन जोड़े मेल खाते (ढक्कन का पैन प्लस वजन का वजन एक लगातार वजन के बराबर होती है). उदाहरण के लिए, यहां कुल ढक्कन का वजन और 22.50 मिलीग्राम पैन का इस्तेमाल किया गया था, और यह कुल वजन के साथ ढक्कन और पैन संयोजन के आठ सेट तैयार किया गया था.
- एल्यूमीनियम डीएससी धूपदान में सूखे प्रोटीन के प्रत्येक प्रकार के मिश्रणों 6 मिलीग्राम encapsulate और प्रक्रिया 3.1.5 में उनके मिलान lids के साथ उन्हें सील. डीएससी कि बनाम संदर्भ पैन + ढक्कन की गर्मी क्षमता की तुलना करेंगे: खुद थर्मल विश्लेषण (नोट के दौरान दर्ज किया जाएगा नमूनों की ही गर्मी क्षमता इतनी है कि एक खाली पैन और ढक्कन जोड़ी सील संदर्भ के रूप में नमूने के साथ इस्तेमाल किया जाएगा नमूना + पैन + ढक्कन. बराबर भार के कारण की, धूपदान और पलकों से पृष्ठभूमि गर्मी क्षमता पैन में नमूना की ही गर्मी क्षमता) छोड़ने के लिए जिम्मेदार हो जाएगा.
- साथ, एक DSC साधन में सील संदर्भ और नमूना धूपदान रखो50 मिलीग्राम / मिनट की सूखी नाइट्रोजन गैस प्रवाह पर्ज, और एक प्रशीतित शीतलन प्रणाली से सुसज्जित है. नमूना माप से पहले, डीएससी साधन पहले क्रमश: गर्मी प्रवाह और तापमान, के लिए नीलम और ईण्डीयुम साथ calibrated किया जाना चाहिए.
- 150 डिग्री सेल्सियस के लिए 2 कश्मीर / मिनट की एक हीटिंग दर पर डीएससी पूर्व चलाने के लिए और फिर नमूने (कुल वजन के आसपास आम तौर पर 3-10%) में किसी भी शेष पानी के अणुओं को दूर करने के लिए 15 मिनट के लिए इस तापमान पर पकड़. जल्दी से 25 डिग्री सेल्सियस (10 कश्मीर / मिनट) शांत.
- 300 के लिए 2 कश्मीर / मिनट की एक हीटिंग दर पर फिर से डीएससी भागो डिग्री सेल्सियस, या प्रोटीन मिश्रणों की गिरावट शिखर 34 प्रकट जब तक. इस प्रक्रिया के दौरान अलग अलग तापमान पर प्रोटीन नमूना की गर्मी क्षमता रिकार्ड. डीएससी शांत हो जाओ और एक अलग मिश्रण अनुपात के साथ एक नया नमूना करने के लिए पुराने नमूना बदल जाते हैं.
- गणना और डीएससी सॉफ्टवेयर 31-35 का उपयोग कर प्रत्येक प्रोटीन मिश्रण नमूना के लिए तापमान घटता बनाम गर्मी क्षमता साजिश है.
- एम न्यायाधीशनिम्न विधि द्वारा प्रोटीन मिश्रणों की iscibility (चित्रा 4 थर्मल और चित्रा 5) और दो प्रोटीन पूरी तरह विलेयशील हैं, तो वे "प्रोटीन मिश्र" कहा जा सकता है. अन्यथा शब्द "प्रोटीन समग्र" बहुलक वर्णनात्मक सिद्धांतों 48,49) के अनुसार एक उपयुक्त नाम होगा:
- व्यक्तिगत प्रोटीन ए और बी व्यक्तिगत एकल कांच संक्रमण तापमान, टी जी (ए) और टी जी (बी) (चित्रा 5 में हरे और नीले घटता देखें) 3,48 होना चाहिए;
- इस एक ग्लास संक्रमण के तापमान दो व्यक्ति प्रोटीन घटकों, टी जी (ए) और टी जी (बी) के उन लोगों के बीच सामान्य रूप से मध्यवर्ती है 3,48 (चित्रा 5);
- अमिश्रणीय चरण जुदाई दोनों टी जी (ए) और टी जी (बी) को उनके मूल पदों (चित्रा 5) में दिखाई दिया तो प्राप्त है, और प्रत्येक टी जी कदम के साथ है मिश्रणोंरचना के अनुपात में ऊंचाई, दो प्रोटीन 3,48 पूरी तरह अमिश्रणीय हैं.
- के अर्द्ध मिश्रणीय समग्र मिश्रण प्रकार एक बहुत व्यापक कांच संक्रमण होगा, या अभी भी दो गिलास संक्रमण हो सकता है, लेकिन एक शुद्ध प्रोटीन घटकों, टी जी (ए) और टी जी (बी) (के लिए एक दूसरे के रिश्तेदार के करीब चले गए है ) चित्रा 5 देखें. इस मामले में, दो प्रोटीन घटकों के बीच का गठन सूक्ष्म विषम चरण संरचनाओं हो सकता है, और रचना स्थान से स्थान पर भिन्न हो सकते हैं.
- (3.1.11.1) डीएससी में दिखाया मामला है, और यह प्रोटीन एबी एक मिश्र धातु प्रणाली है कि पुष्टि की जा सकती है, तो प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री के निर्माण के लिए आगे बढ़ना.
- प्रोटीन मिश्र द्वारा ऑप्टिकल सामग्री का निर्माण
- (निर्माण प्रयोगशाला में) उत्पादन या ढलाई के लिए एक तरह से डिजाइन स्थलाकृतिक सतह खरीद. इस विशिष्ट उदाहरण में, चार विवर्तन पैटर्न के साथ एक ग्लास का इस्तेमाल किया गया था (चित्रा 4ऑप्टिकल).
- एक डिश में विवर्तन पैटर्न के साथ कांच, जगह और नमूनों सतह ऊपर की ओर का सामना करना पड़ा है सुनिश्चित करें.
- कांच की सतह पर समान रूप से PDMS समाधान बिखरा हुआ है, और पूरी तरह से सतह पैटर्न कवर (: उपयोगकर्ता निर्देश 23,44 के अनुसार 1 मिश्रण अनुपात PDMS समाधान potting और एक 9 में उत्प्रेरक समाधान द्वारा किया जाता है).
- कम से कम 2 घंटे के लिए एक 65 डिग्री सेल्सियस ओवन में कास्टिंग पकवान प्लेस एक सपाट सतह पर है. PDMS समाधान इस प्रक्रिया के दौरान एक ठोस सब्सट्रेट में सुखा लेना चाहिए.
- कांच से PDMS सब्सट्रेट निकालें. विवर्तन पैटर्न अब PDMS सतह को हस्तांतरित किया जाना चाहिए.
- एक उपयुक्त छेद पंच का उपयोग कर विवर्तन पैटर्न के साथ PDMS नए नए साँचे पंच.
- विवर्तन पैटर्न के साथ PDMS सतहों पर प्रोटीन मिश्र धातु समाधान गिरा, और विवर्तन पैटर्न के साथ फिल्मों प्राप्त करने के लिए कम से कम 12 घंटे के लिए उन्हें सूखी.
- अघुलनशील प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री प्राप्त करने के लिए, डॉ के पूरे सेट जगहचैम्बर के तल पर एक पानी पकवान के साथ एक 60 डिग्री सेल्सियस वैक्यूम ओवन (25 किलो पास्कल) में PDMS molds सहित वाई फिल्म्स,. ओवन में हवा बाहर पंप, और कम से कम 2 घंटे के लिए पानी वाष्प पानी रखना नमूने दें. (इस प्रक्रिया को व्यापक रूप से इस्तेमाल मेथनॉल विधि के साथ तुलना. तापमान नियंत्रित पानी वाष्प annealing 45 कहा जाता है, यह रेशम सामग्री 45 में इसी तरह के बीटा शीट सामग्री उत्पन्न कर सकते हैं). निर्वात छोड़ दें और संदंश का उपयोग PDMS सब्सट्रेट से पानी अघुलनशील फिल्म छील. इस उदाहरण के लिए, जंगली सिल्क पालतू रेशम मिश्र उपयोग किया जाता है.
- कांच पर मूल पैटर्न के साथ उन्हें तुलना करके फिल्मों पर विवर्तन पैटर्न की गुणवत्ता परीक्षण (; सामान्य पैटर्न की गुणवत्ता के लिए लेजर विवर्तन पैटर्न इकट्ठा जैसे, सूक्ष्म पैमाने पर जानकारी के लिए SEM छवियों को इकट्ठा).
- प्रोटीन मिश्र सामग्री पर विद्युत सर्किट का निर्माण
- ग्लास सब्सट्रेट पर एक बिजली के सर्किट पैटर्न का निर्माण करने के लिए, पहली cleaकुछ degreasing का उपयोग ना गिलास स्लाइड मेथनॉल में 5 मिनट के द्वारा पीछा एसीटोन में 5 मिनट के द्वारा पीछा 5 मिनट के लिए एक अल्ट्रासोनिक क्लीनर,, में Alconox जैसे विलायक. यह अधिक धीरे एसीटोन तो सब्सट्रेट के बजाय सुखाने और छोड़ने अवशेषों बुझ जा सकता से evaporates के बाद से मेथनॉल पिछले प्रयोग किया जाता है.
- एक 180 एल तरल नाइट्रोजन देवर से फोड़ा बंद से उत्पन्न होता है जो सूखी नाइट्रोजन गैस का उपयोग गिलास स्लाइड सूखी उड़ा.
- बयान चेंबर में सब्सट्रेट सामग्री का परिचय. (ये दिशानिर्देश एक sputtering प्रणाली के लिए कर रहे हैं लेकिन अन्य बयान तकनीक का इस्तेमाल किया जा सकता है.) चैम्बर एक loadlock के साथ बनाया गया है, तो बयान चैम्बर में वैक्यूम काफी प्रभावित नहीं है. 30 mTorr के दबाव को loadlock खाली.
- Loadlock और मुख्य बयान चैम्बर के बीच गेट वाल्व खोलने और चेंबर में सब्सट्रेट परिचय.
- वांछित depositio के लिए दबाव एर गैस और दबाव नियामक को चालू करें और नियंत्रितn दबाव. कम दबाव बेहतर तेजी से फिल्मों जमा पालन उपज जबकि उच्च दबाव कम ऊर्जा sputtered धातु परमाणुओं और अधिक समान फिल्मों दे. दबाव की सीमा 20 mTorr अच्छी तरह से काम करने के साथ, आम तौर पर 3 mTorr और 60 mTorr के बीच है.
- धातु तो एक ट्यूनिंग सर्किट धातु लक्ष्य के लिए आरएफ शक्ति निर्देशित करने के लिए आवश्यक है 100 डब्ल्यू का एक आरएफ शक्ति का उपयोग कर कोटिंग से सब्सट्रेट की रक्षा करता है कि एक शटर पर पेश कर रहे हैं. डीसी शक्ति धातु लक्ष्य के लिए बजाय आरएफ के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. लक्ष्य से परतों ऑक्साइड और को दूर करने के लिए, कई मिनट के लिए पूर्व धूम.
- शटर खुला और सब्सट्रेट पर धातु धूम. वर्णित विन्यास के लिए जमा दर प्रति मिनट लगभग 10 एनएम है. यह दर magnetron कैथोड, लक्ष्य मोटाई और sputtered धातु में दूरी, दबाव, चुंबक शक्ति काम करने पर निर्भर करेगा. इच्छित मोटाई प्राप्त करने के बयान के समय को समायोजित करें.
- से लेपित गिलास स्लाइड निकालेंचैम्बर.
- एक स्पिनर का प्रयोग, फिल्म की सतह पर एक photoresist कोटिंग स्पिन. कई तैयार नहीं किया जा सकता. इस मामले के लिए, सकारात्मक photoresist इस्तेमाल किया गया था.
- विरोध करने के लिए सूखी 5 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस पर फिल्म, मुलायम सेंकना पर घूमती है, के बाद विरोध.
- दृढ़ता से विरोध के खिलाफ डिवाइस की एक छवि के साथ एक संपर्क मुखौटा रखें. एक यूवी प्रकाश स्रोत photoresist बेनकाब करने के लिए प्रयोग किया जाता है. जोखिम 10 सेकंड है, लेकिन प्रकाश स्रोत की शक्ति पर निर्भर करता है और इस्तेमाल किया विरोध.
- अनुमानित छवि दिखाई देता है जब तक photoresist डेवलपर में फिल्म रखें. डेवलपर washes दूर कि बहुलक बांड के टूटने के कारण जो पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में था विरोध. तुरंत छवि प्रकट होता है के बाद, unexposed photoresist पर काम करने से डेवलपर को रोकने के लिए डि पानी में फिल्म डुबकी.
- सूखी नाइट्रोजन गैस के साथ सूखी फिल्मों उड़ा.
- फोटो "कठिन सेंकना" करने के लिए 15 मिनट के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में फिल्मों रखेंविरोध.
- फिल्मों शांत बाद photoresist द्वारा संरक्षित नहीं धातु बंद लिफ्टों तक, एक नक़्क़ाशी समाधान में उन्हें जगह है. पानी में डुबकी नक़्क़ाशी रोकने के लिए.
- कठोर photoresist दूर करने के लिए एसीटोन से कुल्ला.
- मेथनॉल से कुल्ला और सूखी नाइट्रोजन के साथ शुष्क झटका.
- लेपित चश्मा तैयार कर रहे हैं एक बार, चश्मे पर प्रोटीन मिश्र धातु फिल्मों प्राप्त करने के लिए कम से कम 12 घंटे के लिए उन्हें गिलास सतहों पर विभिन्न प्रोटीन मिश्र धातु समाधान ड्रॉप, और सूखी. (यह पहला मोटी प्रोटीन मिश्र धातु फिल्मों प्राप्त करने के लिए 5% wt के लिए मिश्र धातु समाधान ध्यान केंद्रित करने का सुझाव दिया है.)
- कारण हाइड्रोफोबिक-हाइड्रोफिलिक बातचीत करने के लिए, पतली धातु फिल्मों फिल्म 51 सतहों संलग्न प्रोटीन मिश्र धातु के लिए गिलास सतहों से स्थानांतरित कर दिया जाएगा. संदंश का उपयोग substrates कांच से पतली धातु पैटर्न के साथ प्रोटीन मिश्र धातु फिल्मों से दूर छील.
- ओ के साथ एक 60 डिग्री सेल्सियस वैक्यूम ओवन (25 किलो पास्कल) में शुष्क फिल्मों जगह, अघुलनशील प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री प्राप्त करने के लिएचैम्बर के तल पर अटर पकवान. ओवन में हवा बाहर पंप, और कम से कम 2 घंटे के लिए पानी वाष्प पानी रखना नमूने दें. निर्वात छोड़ दें और संदंश का उपयोग सब्सट्रेट से पानी अघुलनशील फिल्म छील.
- ऐसे में बिजली के प्रतिरोध के रूप में प्रोटीन मिश्र धातु फिल्मों पर धातु पैटर्न के बिजली के गुणों का परीक्षण करें और कांच पर मूल पैटर्न के लिए उनकी तुलना.
- प्रोटीन मिश्र द्वारा दवा सामग्री का निर्माण
- कदम 3.2 में वर्णित के रूप में दवा यौगिकों के साथ एक प्रोटीन मिश्र धातु फिल्मों के निर्माण के लिए, पहले एक PDMS सब्सट्रेट तैयार करते हैं. आसुत जल द्वारा गठित PDMS सब्सट्रेट साफ करें.
- भंग या एक जलीय घोल में दवा यौगिकों फैलाने. Homogeneously पानी के साथ दवा यौगिकों मिश्रण करने के लिए अल्ट्रासाउंड या भंवर का प्रयोग करें. यौगिकों पानी में घुलनशील नहीं कर रहे हैं, आयन मुक्त आसुत जल में एक सजातीय वितरण के साथ पाउडर फैलाने.
- वांछित जन अनुपात की गणनायौगिक समाधान के परिसर समाधान एक्स वजन प्रतिशत की मात्रा: द्वारा प्रोटीन मिश्र को यौगिकों के यौगिक समाधान के प्रोटीन मिश्र धातु समाधान एक्स वजन प्रतिशत की मात्रा (यहां 1% wt मिश्र धातु समाधान इस्तेमाल किया गया था). प्रोटीन मिश्र धातु फिल्म में वांछित यौगिक घनत्व के साथ एक फिल्म प्राप्त करने के लिए एक अनुपात का चयन करें.
- धीरे धीरे धारा 2 प्रक्रिया 2.16 में एक ही निर्देशों का पालन प्रोटीन मिश्र धातु समाधान के साथ मिश्रित समाधान मिश्रण. (नोट: जमाना बचने के लिए, ultrasonicate या मिश्रण के दौरान समाधान भंवर नहीं है).
- PDMS सब्सट्रेट मिश्रण की एक गणना की मात्रा डालो और दवा यौगिकों के डिजाइन किए अनुपात युक्त प्रोटीन मिश्र धातु प्राप्त इस फिल्म के लिए यह एक रासायनिक हुड में कम से कम 12 घंटे के लिए सूखी.
- शारीरिक रूप से धारा 3.2 प्रक्रिया 3.2.8 में यही निर्देश निम्नलिखित फिल्म Crosslinked. एक कम घनत्व (एलडी) या एक उच्च (एचडी) घनत्व की अघुलनशील मॉडल दवाओं के साथ मिश्र धातु फिल्मों का एक उदाहरण चित्रा 4 में देखा जा सकता है
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Representative Results
(प्रोटीन एक और प्रोटीन बी के बीच जैसे,) विशिष्ट प्रोटीन, प्रोटीन बातचीत प्रभारी प्रभारी (इलेक्ट्रोस्टैटिक) आकर्षण, हाइड्रोजन संबंध गठन, हाइड्रोफोबिक-हाइड्रोफिलिक बातचीत, साथ ही द्विध्रुवीय, विलायक, काउंटर आयन, और विशिष्ट के बीच entropic प्रभाव को नियंत्रित कर सके दो प्रोटीनों के डोमेन (चित्रा 2) 3. इसलिए, मौलिक, हम कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन द्वारा इन मुलाकातों के प्रभाव की भविष्यवाणी कर सकते हैं.
चित्रा प्रोटीन एक और प्रोटीन बी के बीच 2 सहभागिता आमतौर पर, इन मुलाकातों प्रभारी प्रभारी (इलेक्ट्रोस्टैटिक) आकर्षण, हाइड्रोजन संबंध गठन, या इन दो प्रोटीनों के विशिष्ट डोमेन के बीच हाइड्रोफोबिक-हाइड्रोफिलिक बातचीत पर आधारित हो सकता है.
प्रोटीन मिश्र धातुप्रणाली इन उप मिश्र के प्रत्येक स्थिर माना जाता है जहां Crosslinked प्रोटीन उप मिश्र धातु डोमेन, से बना एक सामग्री के रूप में मॉडलिंग की जा सकती है. प्रोटीन (ए और बी) के बीच बातचीत विभिन्न stiffnesses साथ बांड के रूप में माना जा सकता है (इस अध्ययन के लिए, हम चित्रा 3 में कमजोर या मजबूत बांड की केवल दो प्रकार के विचार). कमजोर बांड चित्रा 2 में वर्णित हाइड्रोजन बांड और अन्य बांड का प्रतिनिधित्व करेगा. प्रोटीन मिश्र धातु एक पूरी दोनों मजबूत और कमजोर बांड के माध्यम से एक साथ घिरा कि कई उप मिश्र के बीच दोहरी पार लिंकेज के माध्यम से बनाई है. उप मिश्र मजबूत बांड का उपयोग का गठन कर रहे हैं और उप मिश्र के भीतर हम कमजोर बांड के गठन की अनुमति है. एक पूरे के रूप में प्रोटीन मिश्र धातु विभिन्न मजबूत और कमजोर बांड के माध्यम से एक साथ बंधे हुए कि कई उप मिश्र के बीच दोहरी पार लिंकेज के माध्यम से बनाई है. प्रणाली पर्याप्त बल दिया जाता है, कमजोर और मजबूत दोनों बांड उठी हैं. सही शर्तों के तहत कमजोर बांड की अनुमति दी जातीफिर से संबंधों में सुधार. हालांकि, मजबूत बांड अचल उठी किया जाएगा. कमजोर बांड के अस्तित्व बाहरी तनाव 36-41 के तहत इसकी संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने के लिए मिश्र धातु प्रोटीन की अनुमति देता है. यह संख्यात्मक सिमुलेशन जाली वसंत मॉडल 36-41 के माध्यम से परिमित तत्व तरीकों पर आधारित है कि एक नीचे अप दृष्टिकोण के माध्यम से विकसित एक गणितीय मॉडल का उपयोग करता है.
चित्रा 3 कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन खींच अनुकरण के दौरान. खींच दौरान एक प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली के यांत्रिक लाभ प्रदर्शित करने के लिए, प्रोटीन (नीला रंग) का एक प्रकार, सामग्री के लिए सुपर लोच प्रदान करने स्प्रिंग्स की तरह एक लोचदार नेटवर्क के रूप में कर सकते हैं एक और प्रकार का है, जबकि प्रोटीन (हरा रंग) सामग्री नेटवर्क स्थिर रखने के लिए मजबूत शारीरिक crosslinkers प्रदान कर सकते हैं. गतिशील structural बदलाव (जैसे, हाइड्रोजन बांड संरचनाओं और विकृतियों) भंडारण और ऊर्जा को रिहा या खींचने के दौरान अतिरिक्त यांत्रिक सहायता प्रदान करने के लिए अलग डोमेन में प्रेरित किया जा सकता है.
चित्रा 3 खींच दौरान (प्रोटीन एक और प्रोटीन बी के रूप में पालतू शहतूत रेशम के रूप में जंगली Tussah रेशम) के साथ एक प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली के यांत्रिक गुणों की एक ठेठ कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन दर्शाता है. प्रोटीन (हरा रंग) की एक और प्रकार की सामग्री नेटवर्क के लिए मजबूत शारीरिक crosslinkers साथ कणों के रूप में सेवा कर सकते हैं, जबकि खींच सिमुलेशन के दौरान प्रोटीन (नीला रंग) का एक प्रकार, सामग्री के लिए सुपर लोच प्रदान करने स्प्रिंग्स के साथ एक लोचदार नेटवर्क के रूप में कर सकते हैं. गतिशील संरचनात्मक बदलाव (जैसे, हाइड्रोजन बांड गठन और विरूपण) भंडारण और ऊर्जा को रिहा या खिंचाव के दौरान अतिरिक्त यांत्रिक सहायता प्रदान करने के लिए अलग डोमेन में प्रेरित किया जा सकता है. सिमुलेशन अध्ययन देनाSA सामान्य सैद्धांतिक तस्वीर प्रोटीन की उपयोगी जोड़े ऐसे असाधारण यांत्रिक लोच के रूप में मजबूत बातचीत और विशिष्ट गुण, साथ प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री उत्पन्न करने के लिए चुना जा सकता है कि इस तरह के विभिन्न संरचनात्मक प्रोटीन अणुओं के बीच बातचीत को समझने के लिए.
प्रोटीन ए और बी (यहाँ वे जंगली रेशम और पालतू रेशम हैं) चुने जाने के बाद आम तौर पर, एक प्रोटीन मिश्र धातु समाधान कई कदम (चित्रा 4) में उत्पादन किया जा सकता है. सबसे पहले, प्राकृतिक रेशों या पाउडर की तरह प्रोटीन स्रोतों से साफ या शुद्ध होना चाहिए. उदाहरण के लिए, एक degumming प्रक्रिया सबसे रेशम फ़ाइब्राइन फाइबर 20 पर लेपित प्रोटीन सेरिसिन घुलनशील रेशम निकालने के लिए किया जा सकता है. दूसरा, एक उपयुक्त विलायक समाधान में अघुलनशील प्रोटीन सूत्रों भंग करने के लिए पाया जा करने की जरूरत है. उदाहरण के लिए, उच्च एकाग्रता LiBr समाधान अलग रेशम में बीटा पत्र माध्यमिक संरचनाओं में कटौती और समाधान में फाइबर भंग करने के लिए एक अच्छा विलायक है.तीसरा, एक डायलिसिस विधि एक जलीय घोल में प्रोटीन अणु भंग विलायक हटाने और ठीक करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. अतिरिक्त centrifuging समाधान में दोष और अघुलित समुच्चय को दूर करने के लिए अक्सर आवश्यक है. अंत में, विभिन्न प्रोटीन जलीय समाधान विभिन्न अनुपात के साथ धीरे एक साथ मिलाया जा सकता है. दो प्रोटीन समाधान macrophase जुदाई की जरूरत नहीं है, इसलिए, वे मजबूत संबंधों के साथ साथ मिश्रित और विभिन्न जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए नए प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली के रूप में किया जाएगा. शरीर में प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री अघुलनशील बनाने के लिए, विभिन्न भौतिक या रासायनिक crosslinking उपचार अनुकूलित किया जा सकता. उदाहरण के लिए, यह उच्च तापमान और उच्च दबाव पानी वाष्प annealing सकता है अविश्वसनीय रूप से Crosslink अलग रेशम या इलास्टिन सामग्री 6,52 कि पाया जाता है. विभिन्न केरातिन सामग्री प्रोटीन पक्ष श्रृंखला 53 में उनके प्राकृतिक डाइसल्फ़ाइड बांड द्वारा Crosslinked जा सकता है.
पी बारrotein मिश्र धातु समाधान उत्पादन और सत्यापित कर रहे हैं, वे, थर्मल, यांत्रिक, ऑप्टिकल, विद्युत, रसायन, या जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों (चित्रा 4) के लिए सामग्री matrixes सहित ट्यून करने योग्य गुण, साथ biomaterials के एक विस्तृत रेंज में गठित किया जा सकता है. इस अनुच्छेद में, इन सामग्रियों के लिए तीन उभरते अनुप्रयोगों प्रोटीन मिश्र धातु biomaterials के अद्वितीय लाभ (चित्रा 4) के लिये चुना गया है प्रदर्शित करने के लिए. आधुनिक सूक्ष्म निर्माण तकनीक के माध्यम से, अलग सतह पैटर्न प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री पर सूक्ष्म या नैनो तराजू (चित्रा 4 ऑप्टिकल आवेदन) में उत्पन्न किया जा सकता. एक ऑप्टिकल विवर्तन पैटर्न फिल्म सतह पर उत्पादन किया जाता है अगर उदाहरण के लिए, इस फिल्म अलग ऑप्टिकल पैटर्न 22,23 में लेजर बीम स्थानांतरित करने के लिए एक मीडिया के रूप में इस्तेमाल कर सकते हैं. प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री एक एंजाइम समाधान में उभरा था, तो फिल्मों की गिरावट प्रोफाइल फिल्म से वास्तविक समय विवर्तन पैटर्न की तुलना द्वारा समझा जा सकता हैमूल स्वरूप (के बजाय आगे पीछे धोने और हवा में अपमानित फिल्मों का परीक्षण) के साथ. एक और उभरते तकनीक कोट विभिन्न सूक्ष्म पैमाने सर्किट और प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री (चित्रा 4 विद्युत आवेदन) पर वायरलेस resonators है. वायरलेस संकेतों सीधे डॉक्टरों 24,51 को हस्तांतरित साथ इस तकनीक के माध्यम से, विवो में क्षतिग्रस्त ऊतकों या अंगों की सूक्ष्म धाराओं, नजर रखी जा सकती है. और शरीर में सामग्री यांत्रिक क्रूरता और biodurability आसानी सम्मिश्रण अनुपात और सामग्री के विशिष्ट प्रोटीन घटकों द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है. अंत में, विभिन्न घुलनशील या अघुलनशील कैंसर दवाओं सीधे प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री (चित्रा 4 रासायनिक आवेदन) में शामिल किया जा सकता है. कैंसर दवाओं अक्सर बहुत विषाक्त कर रहे हैं, और कैंसर कोशिकाओं लेकिन यह भी सामान्य मानव प्रतिरक्षा प्रणाली को न केवल नुकसान होगा. इसलिए, क्षेत्र और शरीर में प्रति दिन कैंसर दवा वितरण की खुराक को नियंत्रित टी में से एक हैवह दवा विज्ञान के क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण विषयों. प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री में कैंसर दवाओं को शामिल करने के माध्यम से, हम केवल कैंसर के ऊतकों या अंगों में सामग्री समाविष्ट कर सकते हैं, और प्रोटीन घटकों को नियंत्रित करने और अनुपात के मिश्रण से प्रोटीन मिश्र धातु नेटवर्क से प्रति दिन कैंसर की दवा की रिहाई की दर को नियंत्रित. प्रोटीन मैट्रिक्स पूरी तरह से biodegradable है, प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री स्वचालित रूप से दवा जारी करने की अवधि के बाद शरीर एंजाइमों से हटा दिया जाएगा. प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री के अवशेषों विशुद्ध रूप से स्वाभाविक रूप से आगे विवो में अन्य आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए शरीर द्वारा अवशोषित किया जा सकता है जो एमिनो एसिड होता है, कर रहे हैं. प्रत्यारोपित प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री से कैंसर दवाओं के नियंत्रित रिलीज से ठीक हो जो रोगी अंत में शरीर में additives के बिना बरामद जाएगा, और प्राकृतिक प्रोटीन मिश्र धातु matrixes और कैंसर दवाओं दोनों कुशलता से इस इलाज की प्रक्रिया के दौरान शरीर में अवशोषित हो जाएगा.
यहाँ, हम prote पर विद्युत सामग्री निर्माण करने के लिए कैसे की महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं का प्रदर्शनचित्रा 5 में विवरण के साथ मिश्र में. ऐसी इलेक्ट्रिक सर्किट के रूप में पतली धातु फिल्मों वाष्पीकरण, स्पंदित लेजर बयान, या sputtering सहित कई अलग बयान तकनीक का उपयोग कर बनाया जा सकता है. यह गैस के दबाव और कैथोड आकार के समायोजन के माध्यम से कैथोड के साथ ही बयान एकरूपता के लिए लागू sputtering गैस के दबाव और बिजली के समायोजन के माध्यम से sputtered प्रजातियों की ऊर्जा के लिए महत्वपूर्ण लचीलापन प्रदान करता है के बाद से sputtering वर्तमान अध्ययन के लिए चुना गया था. बयान धूम एक ग्लास सब्सट्रेट (चित्रा 5A) पर एक धातु फिल्म परियोजना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस मामले में, एजी सर्किट फिल्मों के बारे में 1 एक्स 10 -7 Torr के एक आधार के दबाव के साथ एक उच्च निर्वात चैम्बर में जमा थे. अर sputtering गैस 20 mTorr के दबाव में चैम्बर के लिए पेश किया गया था और एजी सब्सट्रेट सतह से 8 सेमी है कि एक 2 इंच तलीय magnetron कैथोड से 20 मिनट के लिए 100 डब्ल्यू पर एक आरएफ जनरेटर का उपयोग कर जमा किया गया था. उपकरणों डेफ हैंined गीला रासायनिक नक़्क़ाशी द्वारा पीछा कांच पर फिल्मों में आम photolithographic तकनीक का उपयोग (चित्रा 5A में विस्तृत प्रक्रिया देखें). उपकरणों को भी सीधे प्रोटीन फिल्मों पर एक भौतिक मुखौटा के माध्यम से बयान से परिभाषित किया जा सकता है. प्रोटीन फिल्मों पर बिजली के सर्किट के कमरे के तापमान विद्युत प्रतिरोधकता दोनों दो टर्मिनल और चार टर्मिनल तकनीक का उपयोग कर मापा गया था. चार टर्मिनल दृष्टिकोण का लाभ माप से संपर्क प्रतिरोध को खत्म करने के लिए है, लेकिन हम संपर्क प्रतिरोध तो एक दो टर्मिनल माप पर्याप्त है महत्वपूर्ण नहीं है कि लगता है. दो टर्मिनल माप धातु के तार के दोनों सिरों (रेखाचित्र चित्रा 5B में दिखाया गया है) पर फिल्म के साथ ओम पैमाने बनाने संपर्क पर सेट एक अच्छी गुणवत्ता वाले मल्टीमीटर का उपयोग करता है. इस माप में, मल्टीमीटर एक वर्तमान स्रोत और एक वाल्टमीटर और मापा प्रतिरोध दोनों वर्तमान द्वारा विभाजित वोल्टेज के रूप में कार्य करता है. प्रतिरोधकता उपयोग कर की गणना कर रहा हैρ = आर प्रतिरोध है जहां आरए / एल, एक तार के पार के अनुभागीय क्षेत्र है और एल जांच के बीच की दूरी है. यहां बनाई लिए, आर (आर = ΔVoltage / ΔCurrent), एल 4.45 x 10 -2 मीटर है चित्रा 5 ब में वोल्टेज वर्तमान वक्र के ढलान का उपयोग 23.5 Ω होना मापा गया था, और एक 6.685 x 10 हो पाया था -10 एम 2. इन नंबरों का उपयोग, 3.6 x 10 -7 Ω · मीटर की प्रतिरोधकता थोक चांदी धातु (1.6 x 10 -8 Ω · एम) के लिए है कि तुलना में लगभग 20x बड़ा, फिल्मों के लिए मिला था. थोक की तुलना में फिल्मों में मापा जाता है एक उच्च प्रतिरोधकता के कारण पहले से ही विवश वर्तमान पथ और दोष से बचने के लिए चार्ज वाहक की अक्षमता के लिए विशिष्ट है. एक गर्मी बंदूक के साथ धातु ताप धातु चालन की विशेषता phonons द्वारा इलेक्ट्रॉन बिखरने की दर में वृद्धि का संकेत है इसके प्रतिरोध में वृद्धि हुई.
चित्रा 5 (ए) प्रक्रिया प्रोटीन मिश्र धातु फिल्में (जंगली Tussah रेशम और एक उदाहरण के रूप में शहतूत रेशम मिश्रण फिल्मों पर यहां चांदी सर्किट) पर बिजली के सर्किट बनाने के लिए: (क) Uncoated खुर्दबीन स्लाइड; (ख) एक 2 फुट व्यास लक्ष्य से धूम बयान के दौरान चांदी प्लाज्मा; (ग) रजत लेपित गिलास स्लाइड; (घ) photoresist जोड़ने से पहले वैक्यूम चक का उपयोग स्पिनर को आयोजित रजत लेपित नमूना; (ई) photoresist के साथ लेपित चांदी स्लाइड 120 डिग्री सेल्सियस पर नरम सेंकना ओवन में डाल दिया था; (च) photoresist में बहुलक बांड तोड़ने के लिए पराबैंगनी विकिरण को बेनकाब; (छ) photoresist विकसित करना; (ज) हार्ड सेंकना एसिड में नक़्क़ाशी के लिए तैयार करने के लिए विरोध; (मैं) तो एक नहाने के पानी में rinsing द्वारा खोदना बंद करो, एसिड में नक़्क़ाशी; (जम्मू) स्लाइड सूखी; (कश्मीर) स्लाइड पर कास्ट प्रोटीन मिश्र धातु समाधान; (एल) सूखे प्रोटीन फिल्म पर स्थानांतरण चांदी पैटर्न. (बी) -7 Ω, चारों ओर मापा जाता है. इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 6 थर्मल विश्लेषण मॉडल मिश्रित प्रोटीन प्रणाली के miscibility पुष्टि करने के लिए इस्तेमाल किया. प्रोटीन ए और बी व्यक्तिगत एकल कांच संक्रमण तापमान क्रमश: टी जी (ए) और टी जी (बी), (हरे और नीले रंग घटता), एक पूरी तरह से विलेयशील है प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली ए और बी (लाल वक्र) के टी जी एस से अलग केवल एक गिलास संक्रमण दिखाएगा. अन्यथा, प्रोटीनएस अमिश्रणीय स्थानांतरित कर दिया टी जी (ए) और टी जी (बी) (काले वक्र), या दोनों के साथ अर्द्ध मिश्रणीय कंपोजिट दोनों साथ मिश्रण गिलास संक्रमण (नारंगी वक्र) कर रहे हैं.
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Discussion
"मिश्र धातु" प्रोटीन प्रणाली के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में से एक मिश्रित प्रोटीन की miscibility सत्यापित करने के लिए है. अन्यथा, यह स्थिर और ट्यून करने योग्य संपत्तियों के बिना केवल एक अमिश्रणीय प्रोटीन मिश्रण या प्रोटीन समग्र प्रणाली है. एक प्रयोगात्मक थर्मल विश्लेषण विधि इस उद्देश्य के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और उनके मिश्र धातु के गुणों की पुष्टि के लिए. प्रोटीन, प्रोटीन बातचीत फ्लोरी-Huggins की जाली "विलायक" (प्रमुख प्रोटीन घटक) के बीच बातचीत के रूप में मॉडल 48 और "घुला हुआ पदार्थ" (लघु प्रोटीन घटक) के अनुसार देखा जा सकता है. इस मॉडल के आधार पर, "विलायक" और "घुला हुआ पदार्थ" के बीच मिश्रण के दौरान मुक्त ऊर्जा परिवर्तन मिश्रण 48 के miscibility नियंत्रित करता है. आम तौर पर, miscibility के तीन अलग डिग्री कर रहे हैं: (क) पूरी तरह से विलेयशील (macroscopically फार्म एक चरण सामग्री), (ख) metastable (प्रपत्र अर्द्ध मिश्रणीय सामग्री में चरणों), और (ग) अमिश्रणीय (व्यक्तिगत प्रोटीन ए और बी डोमेन) 3,48 साथ मूल दो चरणों रहते हैं. तदनुसार, इन मतभेदों का प्रदर्शन और आदर्श सकता है एक दो प्रोटीन प्रणाली के कांच संक्रमण व्यवहार एक चरण आरेख मॉडल (चित्रा 6) का उपयोग करते हुए व्यक्त किया जा सकता है. प्रोटीन ए और बी अपनी व्यक्तिगत एकल कांच संक्रमण तापमान, टी जी (ए) और टी जी (बी), क्रमशः (चित्रा 6, हरे और नीले घटता) है अगर उदाहरण के लिए, एक पूरी तरह से विलेयशील प्रोटीन मिश्र धातु प्रणाली केवल एक गिलास संक्रमण दिखाना चाहिए हीटिंग के दौरान. यह एक गिलास संक्रमण टी जी एस ए और बी की (चित्रा 6) के बीच सामान्य रूप से मध्यवर्ती है. अन्यथा, प्रोटीन एक अमिश्रणीय मिश्रण बना सकती है जिससे टी जी दोनों (एक) और टी जी (बी) को उनके मूल पदों (चित्रा 6) में दिखाई देते हैं. प्रोटीन भी एक अर्द्ध मिश्रणीय दो ने संकेत प्रणाली कांच ट्रॅन स्थानांतरित कर दिया हो सकता है फार्मsitions (चित्रा 6). पूरी तरह से विलेयशील प्रोटीन "मिश्र धातु" प्रणाली (प्रपत्र एक गिलास संक्रमण) का एक व्यावहारिक उदाहरण चित्रा 4 (थर्मल आवेदन) 9 में सिल्क tropoelastin मिश्रण नमूने के डीएससी स्कैन में पाया जा सकता है. रेशम सामग्री की कमी के साथ, मिश्रणों के कांच संक्रमण तापमान (टी जी) 190 डिग्री सेल्सियस (शुद्ध tropoelastin) 9 को 178 डिग्री सेल्सियस (प्योर सिल्क) से धीरे धीरे वृद्धि हुई है, अभी तक लगातार के सभी प्रकार के लिए एक सजातीय एक गिलास संक्रमण रखना मिश्रणों. फ्लोरी-Huggins के मॉडल के अनुसार, यह विभिन्न मिश्रण अनुपात के सभी सिल्क tropoelastin मिश्रणों स्थिर रहे हैं और पूरी तरह से किसी भी macrophase separations बिना मिश्रणीय प्रोटीन मिश्र हैं कि इंगित करता है.
अंत में, प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री की नई पीढ़ी का उत्पादन किया जा सकता है और नियंत्रित और ट्यूना के साथ विभिन्न चिकित्सा उपकरणों (जैसे, फिल्मों, टांके, शिकंजा, प्लेटें, सूक्ष्म सुई, जैल), गढ़े मेंble ऑप्टिकल, बिजली, रासायनिक, थर्मल, और यांत्रिक गुणों. मिश्रण घटकों और अनुपात, ऐसे लोच, शक्ति, सतह खुरदरापन, सतह प्रभारी, biodurability और रासायनिक गतिविधि के रूप में प्रोटीन मिश्र धातु सामग्री के विभिन्न biophysical गुण, को नियंत्रित करने के माध्यम से, अंततः स्थानीय सेलुलर के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ऊतक कार्यों पर प्रभाव पड़ सकता है, जो चालाकी से किया जा सकता है इन सामग्रियों के साथ जुड़े व्यवहार. साथ ही, विवो में प्रोटीन 'प्रोग्राम जीवनकाल की प्रकृति के कारण इन मिश्र धातु सामग्री के लिए एक व्यवहार्य मंच बन जाता है. इस तरह के फायदे पोस्ट मरम्मत शल्य पुनर्प्राप्ति बचा जा सकता है जहां भविष्य में प्रत्यारोपण चिकित्सा उपकरणों के लिए उपन्यास विकल्प प्रदान कर सकता है. ये प्रोटीन मिश्र धातु biomaterials भी ट्यून करने योग्य जैविक कार्यों और गुणों के साथ, और ऊतक अनुपालन और संबंधित जरूरतों से मेल खाते के साथ चिकित्सा उपकरणों का उत्पादन करने के लिए एक नया मार्ग की पेशकश करेगा. इस आलेख में इन उपकरणों बनाना और करने के बारे में एक सामान्य प्रोटोकॉल की समीक्षा प्रदान करता हैकई जैव चिकित्सा के क्षेत्र में दोनों वैज्ञानिकों और नैदानिक डॉक्टरों को लाभ होगा.
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Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
लेखकों इस शोध के समर्थन के लिए रोवन विश्वविद्यालय धन्यवाद. टफ्ट्स विश्वविद्यालय में XH भी धन्यवाद डॉ डेविड एल कापलान और पिछले तकनीकी प्रशिक्षण के लिए एनआईएच P41 ऊतक इंजीनियरिंग रिसोर्स सेंटर (TERC).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Q100 Differential Scanning Calorimeters (DSC) | TA Instruments, New Castle, DE, USA |
N/A | You can use any type of DSC with a software to calculate the heat capacity. |
| SS30T Vacuum Sputtering System | T-M Vacuum Products, Inc., Cinnaminson, NJ, USA | N/A | With custom built parts; you can use any type of sputtering system to coat. |
| VWR 1415M Vacuum Oven | VWR International, Bridgeport, NJ, USA | N/A | You can use any type of vacuum oven to physically crosslink the samples. |
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