Name: Filtro de ar de dispositivos, incluindo malhas não tecidos de electrospun Proteínas Recombinantes de seda de aranha (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-05-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 51 s
Description: Aprenda a produzir malhas não tecidas de seda de aranha recombinante por eletrofiação para melhorar filtros de ar comerciais. Este método utiliza eADF4 e tratamento com vapor de etanol para aumentar a eficiência de filtração de partículas finas.

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Agradecemos o apoio técnico e científico de Anja Lauterbach (Lehrstuhl Biomaterialien), Lorenz Summa (Sandler AG) e Armin Boeck (B / S / H / G). SEM-imagem foi feita por Johannes Diehl (Lehrstuhl Biomaterialien). O financiamento foi obtido a partir BMBF (01RB0710).

1. Spinning Preparação Dope <ol><li> Tome liofilizado eADF4 (C16) proteína. </li><li> Pesar 20 mg de eADF4 (C16) em 1 ml de um vaso de reacção, usando uma escala de alta precisão. </li><li> Adicionar 200 ul de hexafluoroisopropanol (HFIP) e selar o recipiente com Parafilm. Nota: HFIP é altamente volátil e deletéria. Como ele pode causar danos na vias respiratórias, o trabalho sob uma capa de segurança, pipeta com cuidado, e tampar o tubo. </li><li> Vortex a suspensão por 1 min e agitar ainda mais para limpar a solução. Para garantir que toda a quantidade de proteína é completamente dissolvido, esperar durante a noite. </li></ol> 2. Eletrofiação <ol><li> Preparação do dispositivo de electrospinning (Figura 1): colocar o material de filtro na parte superior do contra-eléctrodo e a tensão predefinida de ambos os eléctrodos (-22,5 kV) e o contra-eléctrodo (2,5 kV). Defina o volume de fluxo de 315 mL / h. Nota: wnquanto electrospinning, HFIP tóxico será evaporada. Verifique se o seu dispositivo eletrofiação está ligado a um exaustor. </li><li> Dê uma agulha 20 G disponível comercialmente e moer a ponta afiada com um moedor de mão para um comprimento residual de 30 mm. Ligação a agulha a uma seringa de 1 ml. Nota: A ponta da agulha é necessária avião, a fim de gerar um cone de Taylor bem definida. </li><li> Coloque a totalidade do lubrificante de fiação (200 mL) para dentro da seringa. Sobrepor a droga com 100 ul de ar, a fim de permitir que a solução completa para ser extrudido durante o processo de fiação. Nota: A fim de evitar o entupimento da agulha, certifique-se de que não existem partículas de agregados (ou impurezas) do lubrificante de fiação. Trabalhar sob um exaustor! </li><li> Coloque a seringa cheia para a bomba de seringa do dispositivo de electrospinning e pressionar cuidadosamente o pistão na seringa até que uma gotícula de aparecer na ponta da agulha. Bloquear o pistão. </li><li> Defina a distânciaentre a ponta da agulha e o contra-eléctrodo de 8-20 cm. </li><li> Iniciar a bomba de seringa e remover o (geralmente secas) de gotículas a partir da abertura da agulha. Activar a todas as instalações de segurança do dispositivo de electrospinning imediatamente e iniciar a fonte de alta voltagem assim como uma nova gota aparece. Eletrofiação da droga fiação começará posteriormente. Use um cronômetro para controlar o tempo de fiação. Nota: A fim de evitar secagem da solução e, assim, o entupimento da agulha, que é necessário para iniciar imediatamente o processo de fiação, depois de remover a gota seco. </li><li> Desde electrospinning de proteínas de seda de aranha recombinantes, depende da temperatura e humidade, uma adaptação dos parâmetros de processo para condições laboratoriais individuais pode ser necessário (Figura 2). Nota: Para evitar que a gota de secagem (Figura 2B) permitir um caudal suficiente. Se houver uma baixa umidadty na atmosfera circundante, ajuste da umidade relativa ou aumentar a vazão. Diminuir a tensão até um cone de Taylor adequada ocorre (Figura 2A). Quando não existe uma solução na ponta (Figura 2C), aumentar a taxa de fluxo e reduzir a tensão até que uma gotícula ocorre. Em seguida, ajustar a tensão, a fim de estabelecer um cone de Taylor regular e estável (Figura 2A). </li><li> Após 30 seg / 60 seg / 90 seg de eletrofiação desligar a bomba de seringa. A fim de evitar a queda de gotas, esperar 10 segundos antes de desligar a fonte de alta tensão para libertar a pressão residual dentro da seringa. </li><li> Passos 6-8 podem ser realizados em diferentes tipos de materiais de filtro, tais como a poliamida, polipropileno e poliéster, malhas, não tecidos, papel, bem como preto para comparação. </li><li> Para produzir um não tecido mesh para os experimentos de estabilidade subseqüentes, use papel preto em vez de material filtrante e execute as etapas 5 a 7. Após 5 min de electrospinning, pareo processo tal como descrito no passo 8. </li></ol> 3. Pós-tratamento de malhas não-tecidos de seda <ol><li> Um forno de pré-aquecimento a 60 ° C. </li><li> Coloque os suportes de filtro com eADF4 (C16) malhas não tecidos verticalmente e com uma distância mínima de 2 cm em um recipiente de vidro com fechadura. O recipiente deve ter duas aberturas que irão ser utilizados para introduzir posteriormente etanol e água. Nota: Ao fixar os materiais filtrantes, certifique-se de que a área necessária para os experimentos de permeabilidade não está danificado pelos grampos. </li><li> Ligação duas seringas de 60 ml, cheio com um álcool e um cheio com água, com tubos de silicone que apontam para o interior da parte inferior do contentor de pós-tratamento (Figura 3). Nota: A fim de ser capaz de remover o líquido do recipiente, após o tratamento, o lugar das aberturas dos tubos de tão perto quanto possível do fundo. </li><li> Colocar o recipiente de pós-tratamento no ovpt e adicionar 60 ml de etanol por meio de extrusão da seringa. Use um cronômetro para controlar a duração do tratamento. </li><li> Após 90 min de tratamento de vapor de etanol, remover o etanol, com a seringa a partir do vidro, e adicionar 60 ml de água a partir da segunda seringa. </li><li> Espere por mais 90 min, em seguida, retire a água e desligue o forno. A fim de evitar a condensação de gotículas, deixar o recipiente dentro do forno até que tenha arrefecido completamente. </li></ol> 4. Análise de aranha não tecidos malhas de seda <ol><li> Prepare as malhas não tecidos de seda para testes de estabilidade em papel preto ou qualquer outro suporte removível. Corte dois quadros de papelão e ajustar fita adesiva dupla-pegajosa. Pressione um quadro para a seda não tecido mesh depositado em papel preto e usar um bisturi para cortar o excesso de fibras de seda (manter as fibras em excesso para posterior SEM-imaging). Retire cuidadosamente o quadro, a fim de destacar o não tecido do papel. Repita este passo com o segundo quadro(Figura 4). </li><li> Teste de mergulho prático: Corte um pedaço (1 cm 2) de cada um, o pós-tratados e não-tratados de seda não tecido mesh e mergulhá-lo em água deionizada. O não-tratado não tecido de seda de malha irá dissolver imediatamente, enquanto que a malha não urdido tratado será estável (Figura 5). Depois de mergulhar, secar a amostra mergulhada e prepará-lo para SEM imagem. </li><li> A espectroscopia de infravermelhos transformada de Fourier (FTIR) e subsequente medição auto-desconvolução de Fourier (FSD): Transmitância: A fim de obter informações sobre as alterações estruturais das proteínas de seda sobre pós-tratamento das malhas, não tecidos, FTIR pode ser aplicada usando os parâmetros -mode, varredura de 800 a 4.000 cm-1, 60 acumulações são medidos e média para cada espectro, uma referência é medido por espectro. Para a análise quantitativa dos dados, pode ser empregue FSD (Figura 6 e Figura 7). Assim, as curvas são reduzidos ao ar dadoseA entre 1590 e 1705 centímetros -1 e uma correção de linha de base é realizada. Um ajuste de mínimos quadrados local é calculado de acordo com as posições de pico tomadas a partir de estudos anteriores (1611, 1619, 1624, 1630, 1640, 1650, 1659, 1666, 1680, 1691, 1698 cm-1) 22. </li><li> Imagem MEV: SEM pode ser aplicado para estudar diâmetros de fibra e a morfologia das fibras de seda em diferentes substratos de filtro e para analisar a influência do pós-tratamento sobre a morfologia da fibra (Figura 8). Use ampliações de 5.000 a 25.000 x x para obter imagens bastante detalhadas. </li></ol> 5. Determinação da Permeabilidade ao ar <ol><li> Coloque uma parte boa montagem do material do filtro na área de medição de um dispositivo de permeabilidade ao ar Akustron. Observação :: Se você usar outro tipo de dispositivo de permeabilidade ao ar, certifique-se de que preenche os requisitos da norma DIN 53 887, DIN 53 120, ISO 9237 e as normas ASTM D 737-96. </li><li>Empregar um dispositivo Akustron permeabilidade ao ar (ou qualquer outro, conforme ilustrado em 5.1). Se necessário calcular os dados normalizados [l / (m 2 x seg)]. </li><li> Repita pelo menos 10 vezes os passos 1 e 2 com diferentes partes de sua amostra e calcular a média aritmética (Figura 9). Nota: A permeabilidade ao ar de medição requer o contacto do dispositivo e a malha não urdida. Assim, um tratamento cuidadoso das amostras é essencial para prevenir a ruptura do delicado de seda de malha não urdido. </li></ol> 6. Determinação da eficiência do filtro <ol><li> É uma máquina adequada com controlo de pressão e contador de partículas, tal como um calibrador de partículas (Universal Palas GmbH, Karlsruhe, Ger). </li><li> Coloque as amostras de filtro no dispositivo de retenção de partículas e uma medida (Figura 10). Aerosol: Di-etil-hexil-sebacat (DEHS); tamanhos de partículas: 0,3-3 mM, duração: 30 seg; velocidade do líquido: 2,350 cm / s; fluxo de ar: 3.400 m 3 / h. <br/&gt; Nota: Lidar com a amostra com cuidado e não toque na superfície para evitar a destruição da malha não tecido e evitar qualquer tipo de poluição. Certifique-se de criar amostras suficientes de igual qualidade para medições de desempenho. </li></ol>

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</ol>

Não temos nada a divulgar.

Os novos dispositivos de filtro deve permitir a redução do consumo de energia em geral em eficiências de filtração do ar constante do filtro ou superior. Aqui, esses dispositivos foram criados usando falsos tecidos feitos de seda de aranha. Devido a sua baixa tensão de superfície e elevada volatilidade, HFIP foi escolhido como um solvente adequado para o processo de electrospinning. Além disso, as soluções aquosas de seda têm sido testados em experiências anteriores, mas sem as fibras podem ser gerados. Aqui, seria essencial para o uso de aditivos, a fim de reduzir a tensão superficial e, assim, melhorar as propriedades da solução de fiação. O passo mais importante é ajustar as condições ea concentração de material utilizado e solvente da solução de fiação, fiação altura, tensão e velocidade de extrusão. Durante o desempenho, por exemplo, o entupimento da ponta pode ser impedida através do fornecimento da ponta da agulha com a humidade na forma de vapor de água, mas qualquer tipo de adições na configuração electrospinning podem posteriormente perturbaro processo sensível e campo eléctrico. Parâmetros de processo essenciais (concentração, a tensão, a distância, de humidade) foram determinados individualmente realização séries experimentais separado (dados não mostrados). Levando em consideração todos os parâmetros é fundamental para cuidar de um cone taylor contínua e processo de fiação para criar fibras uniformes. A eficácia do filtro é um dos parâmetros mais importantes de materiais filtrantes. Este parâmetro é influenciado principalmente pela estrutura do material do filtro. Wovens herdar tamanhos de poro uniformes e de permeabilidade ao ar subsequentemente consistente. É crucial para criar malhas, não tecidos homogéneas sobre estes materiais de molde para encher os poros e para gerar um filtro de defeito zero. A eficiência do filtro nos filtros mostra uma dependência directa sobre a duração de fiação (das proteínas de seda), e, por conseguinte, o número de camadas de telas não tecidas. As lacunas entre as fibras individuais são constantemente cheio, o que permite a retençãof partículas menores. Neste trabalho apresentamos um método para produzir um material de filtro romance com seda de aranha malhas não tecidos, mostrando alta eficiência do filtro. Portanto, esses filtros são candidatos promissores para uso futuro em sistemas de filtração de ar.

Devido à sua combinação de força e extensibilidade, fibras de seda de aranha pode absorver mais energia cinética do que a maioria de outras fibras naturais ou sintéticas 1. Além disso, ao contrário dos materiais poliméricos sintéticos mais materiais de seda são biocompatíveis e não tóxicos e que não causam reacção alérgica quando incorporados 2,3. Riscos de saúde putativas pode ser prevenida usando seda de aranha. Estas características tornam seda de aranha altamente atractivo para uma variedade de aplicações médicas e técnicas. Uma vez que as aranhas não podem ser cultivadas, devido ao seu comportamento canibalístico, métodos biotecnológicos foram desenvolvidos para a produção de proteínas de seda de aranha, tanto de forma rentável, e em quantidades suficientes 4. A proteína de seda recombinante eADF4 (C16) foi desenvolvido com base na seqüência natural de Araneus fibroína 4 (ADF4). eADF4 (C16) tem um peso molecular de 48kDa 5 e é solúvel em vários dissolventes (hexafluoroisopropanol (HFIP) 6, 7 e ácido fórmico tampões aquosos) 8. eADF4 (C16) podem ser processados ​​em diferentes morfologias tais como películas 9, 8 cápsulas, as partículas 10, 11, hidrogéis, revestimentos de 7, 12 e malhas de fibras não urdidas 6. Devido à sua estabilidade química, este último fornecer um elevado potencial em aplicações de filtros. Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar dispositivos de filtro de ar, incluindo uma malha não-tecido de proteínas da seda de aranha recombinantes electrospun. Electrospinning fiação ou electrostático é uma técnica geralmente utilizada para a produção de fibras de polímeros com diâmetros na gama de 10 nm, 13 -10 mM, malhas e não tecidos já foram investigados para aplicações de filtro 14. No passado, electrospinning tem sido aplicado com sucesso para a transformação de regeneração 15, bem como produzida de forma recombinante de seda de aranha 16proteínas. Tipicamente, uma alta tensão (5-30 KV) é aplicada a uma seringa e um contra-eléctrodo (0-20 kV), colocada a uma distância de 8-20 cm. O campo electrostático forte induz forças repulsivas na solução carregada. Se a tensão superficial é excedido, um cone de Taylor é formado, e um jacto fino irrompe da ponta 17,18. Após formação, as instabilidades de dobragem ocorrem no jacto causando mais estendendo-se o solvente se evapora, e uma fibra sólida é formada. Finalmente, a fibra é depositado aleatoriamente no contra-eléctrodo como uma malha não urdido 19. Propriedades da fibra, como topologia de diâmetro e superfície (lisa, porosa) são principalmente dependentes de parâmetros de solução, como a concentração, a viscosidade, a energia livre de superfície e intrínseco de condutividade elétrica do solvente e permeabilidade 20. Eletrofiação de eADF4 (C16) dissolvido em resultados HFIP em fibras lisas com diâmetros de 80-1,100 nm dependendo da concentração de proteína na solução.eADF4 (C16) a partir de HFIP electrospun exibe uma estrutura predominantemente α-helicoidal secundário e as fibras são solúveis em água 6. A fim de estabilizar as fibras de seda, as estruturas β folhas tem que ser induzida por meio de tratamento subsequente com etanol. Em contraste com os métodos de tratamento de pós-21 previamente estabelecidas, neste estudo eADF4 (C16) não-tecidos foram tratados com o vapor de etanol, a fim de preservar a morfologia das fibras de seda. Análise da estrutura secundária foi realizada utilizando espectroscopia de infravermelhos transformada de Fourier (FTIR) e subsequente auto-desconvolução de Fourier (FSD), como descrito na literatura, 22. FSD é um instrumento de processamento de sinal que permite a resolução dos espectros de FTIR que consiste em várias bandas sobrepostas. Deste modo, as bandas indistintas da ampla em meio I região pode ser reduzida utilizando um filtro passa-alto para receber um espectro deconvoluídos com melhores resoluções de pico. A fim de avaliar a eficiency de substratos de filtro complementadas com malhas, não tecidos de seda, ensaios de permeabilidade ao ar foram realizadas utilizando um dispositivo de Akustron de acordo com protocolos padrão. As taxas de deposição foram medidos usando um Palas universal sizer partícula.

filtro de ar de dispositivos, incluindo malhas não tecidos de electrospun proteínas recombinantes de seda de aranha

Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins

Com base na sequência natural de Araneus fibroína 4 (ADF4), a aranha proteína de seda recombinante eADF4 (C16) foi projetado. Esta proteína é altamente repetitiva tem um peso molecular de 48kDa e é solúvel em solventes diferentes (de hexafluoroisopropanol (HFIP), o ácido fórmico e tampões aquosos). eADF4 (C16), dispõe de um elevado potencial para diversas aplicações técnicas, quando transformados em morfologias tais como películas, cápsulas, partículas, hidrogéis, revestimentos, fibras, não tecidos e malhas. Devido à sua estabilidade química e morfologia controlada, esta última pode ser usada para melhorar os materiais de filtro. Neste protocolo, apresentamos um procedimento para aumentar a eficiência de diferentes dispositivos de filtro de ar, por deposição de malhas não tecidos de proteínas da seda de aranha recombinantes electrospun. Eletrofiação de eADF4 (C16) dissolvido em HFIP resultados de fibras lisas. Variação da concentração de proteína (5-25% w / v), resulta em diferentes diâmetros de fibras (80-1,100 nm) eassim, os tamanhos dos poros da malha não urdida. O pós-tratamento dos eADF4 (C16) a partir de HFIP electrospun é necessário uma vez que a proteína exibe uma estrutura predominantemente α-helicoidal secundário recentemente fiados em fibras, e, por conseguinte, as fibras são solúveis em água. O tratamento subsequente com vapor de etanol induz a formação de resistente à água, as estruturas estáveis ​​β folhas, preservar a morfologia das fibras de seda e malhas. Análise da estrutura secundária foi realizada utilizando a espectroscopia de infravermelho transformada de Fourier (FTIR) e posteriores Fourier auto-deconvolution (FSD). O principal objectivo foi o de melhorar a eficiência do filtro de substratos de filtro existentes através da adição de camadas não tecidas de seda superior. Para avaliar a influência de electrospinning duração e, portanto, a espessura da camada não tecida sobre a eficiência do filtro, foram realizados ensaios de permeabilidade ao ar, em combinação com as medições de deposição de partículas. As experiências foram realizadas de acordo com a normaprotocolos.

Eletrofiação de soluções de seda de aranha recombinantes, com concentrações de 10% w / v de HFIP resultou em fibras lisas, com diâmetros variando de 80 a 120 nm, permitindo a formação de malhas, não tecidos. Pós-tratamento com vapor de etanol não levou a alterações morfológicas conspícuas, que era, por isso, estabeleceu como uma forma adequada de não tecido de seda de pós-tratamento (Figura 8). As mudanças estruturais foram detectados utilizando FT-IR e subsequente FSD meio de bandas que foi realizado para analisar os picos contribuição individuais (Figura 6). Pode ser mostrado que o pós-tratamento conduz a um aumento em estruturas β folhas, enquanto o teor de α-und estruturas helicoidais aleatórios bobina decresce (Figura 7). Este resultado pode ser praticamente provado por meio de imersão um pós-tratado não urdido em água (Figura 5). Mesmo depois de uma semana, sem dissolução da malha não tecida irá ocorrer. A fiação duração é o parâmetro mais importante relativo à aplicação de falsos tecidos de seda em materiais filtrantes, devido à queda de pressão baseado no aumento da densidade de fibras electrospun. Extendida fiação durações und assim um maior número de camadas de fibra, em resultado de uma diminuição exponencial da permeabilidade ao ar. Este efeito pode ser detectado por todos os materiais de substrato de filtro diferentes, antes e depois do pós-tratamento (Figura 9). Da mesma forma, a eficiência de filtração dos materiais de filtro de seda contendo de partículas sub-micrométricas aumenta (Figura 10). Enquanto durações fiação curtos (30 seg) ganhar eficiência filtro de baixa, durações de giro mais altas (90 sec) levam a uma maior eficiência. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1.jpg" /> Figura 1. Alta tensão elétrica (0-30 kV) i<html> s aplicados a uma seringa cheia com uma solução de seda, e um contra-eléctrodo (0-20 KV) é colocado a uma distância de 8-20 cm. Esta configuração conduz a um campo electrostático forte, induzindo forças repulsivas na solução carregada. Se a tensão superficial é excedido, um cone de Taylor é formado, e um jacto fino irrompe da ponta. Após formação, as instabilidades de dobragem ocorrem no jacto causando mais estendendo-se o solvente se evapora, e uma fibra sólida é formada. Finalmente, a fibra é depositado aleatoriamente no contra-eléctrodo na forma de uma malha não urdida. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig2.jpg" /> Figura 2. De fotografias de um cone de Taylor normal (A), uma gota seca (B), e os custos sem gotícula (C). iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg &quot;/&gt; Figura 3. Processo esquemático de vapor durante pós-tratamento. No primeiro passo, a câmara é cheia com o etanol, e a amostra é vaporizada a 60 ° C durante 90 min. A fim de suavizar as malhas, não tecidos para o tratamento subsequente, o etanol é removido e as fibras são cozinhados com vapor de água durante 90 min a 60 ° C. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig3large.jpg" target="_blank">clique aqui para ver figura maior</a> . <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig4.jpg" /> Figura 4. Fotografia de uma estrutura de papelão com anexas malhas, não tecidos de seda para ser utilizados para o pós-tratamento. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig5.jpg" /> Figura 5. Electrospun e posteriormente pós-tratadas não tecida no estado seco (A) e em água (B). <img alt="Figura 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6.jpg" /> Figura 6. Fourier auto-deconvoluídos espectro de absorção de uma amida de uma banda I não tratado (A) e um pós-tratado (B) não tecido de malha de seda de aranha. A linha sólida mostra a banda de absorção resultante dos picos de contribuição individuais (linhas pontilhadas), como derivado após deconvolução. A atribuição das respectivas curvas foi baseada em valores previamente publicados na literatura 22. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig6large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> . <img alt="Figura 7" fo:conten<html> t-width = &quot;5 polegadas&quot; fo: src = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg&quot; /&gt; Figura 7. Teor de estrutura secundária de malhas, não tecidos não-tratadas e pós-tratado eADF4 (C16). <img alt="Figura 8" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8.jpg" /> Imagens Figura 8 SEM de electrospun eADF4 (C16) fibras em diferentes substratos de filtro:. Poliamida (PA), poliéster (PE), polipropileno (PP) e eADF4 puro (C16) fibras antes (S1) e depois (S2) pós- tratamento com vapor de etanol. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig8large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver a figura maior</a> . / Ftp_upload/50492/50492fig9.jpg &quot;/&gt; Figura 9. Ensaios de permeabilidade ao ar, antes de (A) e depois do pós-tratamento (B) das malhas, não tecidos de seda com vapor de etanol, aumentando os tempos de fiação conduzem a camadas mais, não tecidos, subsequentemente, a redução da permeabilidade do ar. <img alt="Figura 10" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10.jpg" /> Figura 10. Eficiência Filtro de aerosol di-etil-hexil-sebacat em electrospun aranha de seda malhas não tecidos em poliamida materiais filtrantes em diferentes durações fiação, que influenciam a quantidade de camada de seda, depois de pós-tratamento com etanol.

Fibras de seda de aranha exibir extraordinárias propriedades mecânicas. Projetada<em&gt; Araneus</em&gt; Fibroína 4 (eADF4) podem ser transformadas em não tecidos, usando malhas de electrospinning. Aqui, os eADF4 malhas, não tecidos são utilizados para melhorar o desempenho dos dispositivos de filtragem de ar.

Filtro de ar de dispositivos, incluindo malhas não tecidos de electrospun Proteínas Recombinantes de seda de aranha

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly ...

O objetivo geral do seguinte experimento é melhorar materiais filtrantes comerciais por meio da deposição de malhas não tecidas de seda de aranha para filtração de partículas pequenas. Primeiro, dissolva as proteínas recombinantes de seda de aranha liofilizadas em HFIP para produzir uma solução espinnable adequada. Em seguida, eletrofie a solução sobre diferentes materiais filtrantes, que assim são revestidos com a camada de seda não tecida.Em seguida, trate as fibras de seda com vapor de etanol para induzir estruturas estáveis em água e solúveis, com o objetivo de amaciar os não tecidos para manipulação subsequente. A umidificação das amostras com vapor de água mostra uma clara dependência da duração da fiação, e, portanto, da espessura da camada, em relação à eficiência do filtro com base em medições de filtração de partículas. Em comparação com a soprofusão de polímeros sintéticos, a eletrofiação fornece fibras cerca de 10 vezes menores em diâmetro e com distribuição de tamanho mais reduzida.É importante destacar que, ao utilizar aranhas biocompatíveis e biodegradáveis, as nano fibras reduzem o risco potencial à saúde associado a outras fibras poliméricas. Assim, este método pode proporcionar avanços no campo da filtração técnica. Também pode ser aplicado em sistemas médicos, como dispositivos de cobertura de feridas, nos quais malhas não tecidas de seda de aranha podem auxiliar na cicatrização de feridas.Tivemos pela primeira vez a ideia deste método ao tentar produzir fibras de seda de aranha com diferentes técnicas. Os pequenos diâmetros obtidos por eletrofiação levaram à ideia de utilizá-las em dispositivos de filtração de ar. Adicione 20 miligramas de proteína liofilizada a 200 microlitros de HFIP e feche o recipiente com perfil. Vortexe a suspensão do banho de fiação por um minuto, agite para clarear a solução e incube em temperatura ambiente durante a noite. Para preparar o dispositivo de eletrofiação, coloque o material do filtro sobre o eletrodo contrário, e predefina a voltagem do eletrodo e do eletrodo contrário.Em seguida, ajuste o fluxo volumétrico. Como o HFIP tóxico será evaporado, certifique-se de que o dispositivo de eletrofiação esteja conectado a uma capela de exaustão. Para gerar um cone de Taylor bem definido, lixe a ponta afiada de uma agulha de calibre 20 até um comprimento residual de 30 milímetros.Em seguida, conecte a agulha a uma seringa de um mililitro. Carregue todo o dope em rotação na seringa e, depois, sobrepõe ao dope 100 microlitros de ar para permitir que toda a solução seja extrudada durante o processo de fiação. A seguir, fixe a seringa cheia à bomba de seringa do dispositivo de eletrofiação.Pressione cuidadosamente o êmbolo na seringa até que uma gota apareça na ponta da agulha. Agora, fixe o êmbolo. Ajuste a distância entre a ponta da agulha e o eletrodo contralateral entre oito e vinte centímetros.Após conectar a fonte de alta tensão, inicie a bomba de seringa e remova a gota da abertura da agulha. Ative imediatamente todas as instalações de segurança do dispositivo de eletrofiação e ligue a fonte de alta tensão. Assim que uma nova gota aparecer.Use um cronômetro para controlar a duração da centrifugação, já que a eletrofiação de proteínas recombinantes de seda de aranha depende da umidade e da temperatura, e a adaptação dos parâmetros do processo às condições individuais do laboratório pode ser necessária. Após um tempo definido de eletrofiação, desligue a bomba de seringa. Após 10 segundos, desligue a fonte de alta tensão para produzir uma malha não tecida.Para experimentos subsequentes de estabilidade. Utilize papel preto em vez de material de filtro. Após cinco minutos de eletrofiação, interrompa o processo conforme mostrado anteriormente em uma estufa preaquecida a 60 graus Celsius.Posicione verticalmente os substratos filtrantes com malhas não tecidas. Mantenha uma distância mínima de dois centímetros entre as amostras e as paredes de um recipiente de vidro com tampa, que tenha duas aberturas. Para a introdução do solvente, conecte duas seringas de 60 mililitros, uma preenchida com etanol e outra com água, utilizando tubos de silicone direcionados para a parte inferior interna do recipiente de pós-tratamento.Coloque o recipiente pós-tratamento no forno e adicione 60 mililitros de etanol por meio da expulsão da seringa. Use um cronômetro para controlar a duração do tratamento. Remova o etanol com a seringa do vidro agora com 60 mililitros de água da segunda seringa ao longo de outros 90 minutos.Em seguida, remova a água e desligue o forno. Para evitar gotículas por condensação, retire o recipiente do forno somente quando estiver completamente resfriado. Para testes de estabilidade, utilize malhas de seda não tecidas sobre papel preto ou qualquer outro suporte removível.Ajuste a fita adesiva dupla face. Em seguida, recorte dois moldes em papelão. Pressione um dos moldes sobre a malha de seda não tecida depositada sobre papel preto.Em seguida, corte o excesso de malha não tecida e remova cuidadosamente o quadro. Depois, fixe o segundo quadro, da mesma maneira.Para o teste prático de imersão, colete amostras da malha de seda não tecida pós-pretratada e não tratada e mergulhe-as em água desionizada. Observe como a malha de seda não tecida não tratada dissolve imediatamente. Enquanto isso, a malha não tecida tratada é estável; seque ao ar.Para a amostra de imagem em MEV, aplique espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier para obter informações sobre as alterações estruturais das proteínas da seda após o pós-tratamento das malhas não tecidas. Selecione o modo de transmitância e realize varredura de 800 a 4.000 centímetros inversos. Meça 60 acumulações com média para cada espectro e uma medida de referência por espectro.Para M, para análise quantitativa dos dados, utilize a auto-deconvolução de Fourier. Ajuste as curvas aos números de onda entre 1.590 e 1.705 centímetros inversos, e inclua também uma correção de linha de base. Em seguida, calcule um ajuste quadrático local pelo método dos mínimos quadrados, conforme detalhado por Schu e colegas em 2006.Em seguida, utilize a imagem de MEV para investigar os diâmetros das fibras e a morfologia das fibras de seda em diferentes substratos filtrantes e analise a influência do pós-tratamento na morfologia das fibras. Utilize aumentos de 5.000 a 25.000 x para obter imagens suficientemente detalhadas. Primeiro, posicione uma parte do material filtrante de tamanho apropriado na área de medição do equipamento.Utilize um dispositivo de permeabilidade ao ar acutron de acordo com as instruções do fabricante e anote os dados normalizados. Após coletar dados de pelo menos 10 partes diferentes da amostra, calcule a média aritmética para determinar a eficiência do filtro. Utilize uma máquina apropriada com controle de pressão e contador de partículas, como um analisador universal de partículas.Manuseie a amostra com cuidado e não toque na superfície para evitar a destruição da malha não tecida e qualquer contaminação. Certifique-se de produzir amostras suficientes de qualidade igual para as medições de desempenho. A eletrofiação de seda recombinante de aranha com concentrações de 10% peso por volume em HFIP sobre diferentes materiais filtrantes, como poliamida, polipropileno e poliéster, resultou em fibras lisas com diâmetros variando de 80 a 120 nanômetros, permitindo a formação de malhas não tecidas sobre diversos materiais filtrantes.O pós-tratamento com vapor de etanol não levou a mudanças morfológicas acentuadas, estabelecendo-se assim como um método adequado para o pós-tratamento de não tecidos de seda. Alterações estruturais foram detectadas por meio de FTIR e subsequente DDF das bandas Amid I B foi realizada para analisar picos de contribuição individuais. Curiosamente, o pós-tratamento resulta em um aumento das estruturas de folha beta, enquanto o conteúdo de hélices alfa e estruturas de espiral aleatória diminui. Esse resultado pode ser comprovado práticamente mergulhando uma malha não tecida de seda pré-tratada na água. Como mostrado anteriormente, a duração da fiação é o parâmetro mais importante no que diz respeito à aplicação de malhas não tecidas de seda em materiais filtrantes; durações maiores de fiação e, consequentemente, um maior número de camadas de fibras resultam em uma diminuição exponencial do fluxo de ar. Da mesma forma, a eficiência de filtração dos materiais filtrantes contendo seda para partículas submicrométricas aumenta após seu desenvolvimento.Essa técnica abriu caminho para pesquisadores na área de materiais bioinspirados explorarem seu alto potencial em aplicações técnicas. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como processar proteínas recombinantes de seda de aranha em malhas não tecidas com submicrômetros. Útil para filtração de partículas pequenas.Não se esqueça de que trabalhar com HFIP pode ser extremamente perigoso e precauções, como o uso de uma capela de exaustão, devem sempre ser consideradas ao realizar o procedimento.

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