Name: Microfluidic seco-fiação e caracterização de fibras regeneradas da fibroína de seda (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: Aprenda a técnica de fiação seca microfluídica para produção de fibras de fibroína de seda regenerada. Este método biomimético permite controlar a umidade relativa e investigar propriedades mecânicas de biomateriais.

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

Este trabalho é patrocinado pela Fundação Nacional de ciências naturais da China (21674018), a pesquisa nacional de chave e programa de desenvolvimento da China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) e o "programa de Shuguang" suportado pelo desenvolvimento da educação de Shanghai Fundação e Shanghai Comissão Municipal de educação (15SG30), DHU distinto jovem Professor programa (A201302), os fundos de investigação Fundamental para as universidades Central e o projeto 111 (No.111-2-04).

atenção: favor consultar todas as fichas de dados de segurança relevantes antes do uso. Vários dos produtos químicos utilizados na preparação do molde são extremamente tóxicos. Por favor, use equipamento de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça comprida e sapatos fechados).
 1. Microfluidic fiação de RSF solução aquosa <ol><li>Preparação de RSF aquoso girando droga 4 , 15 , 16 <ol><li>Decruagem do bicho da seda casulo <ol><li>Degum o Bombyx mori casulos duas vezes em soluções de aquosa (0,5% em peso em água) 3 CO 2 de at a 100 ° C por 30 min cada e em seguida, lave a seda com água desionizada para remover o sericin.</li>
		</ol></li> <li>Dissolving do casulo do bicho da seda degomado <ol><li>secar as sedas do casulo degomado em ar; em seguida, dissolver as sedas do casulo degomado em solução aquosa de 9,0 M LiBr com uma proporção de 01:10 (p/v) a 40 ° C durante 2 h. Por exemplo, adicionar 10 mL de LiBr por 1 grama seda ( Figura 1a).</li>
		</ol></li> <li>Centrifuging e filtragem <ol><li>diluir a solução RSF 1,5 vezes por água desionizada. Centrífuga e filtro para remover as impurezas. Centrifugar a solução RSF em frascos de 250 mL a 4 ° C por 10 min a 1,234.8 g. x filtrar a solução RSF usando um filtro de 20 µm e uma bomba de vácuo. Cama de papel de filtro duplo é preferível considerar o efeito de experimentação.</li>
		</ol></li> <li>Dialyzing <ol><li>Dialize a solução RSF em água deionizada a 5 ° C por 3 dias usando uma membrana semipermeável de celulose (MWCO: 14.000 ± 2.000). O volume total da solução RSF é cerca de 1 L, carregado em 4 sacos de diálise. Coloque estes sacos de diálise no balde, que é preenchido com osmose reversa 10L (RO) deionizada. 
			Nota: O valor de pH de água desionizada deve ser superior a 6, para evitar a gelificação durante o processo de concentração. O pH da água desionizada não requer ajuste para esse protocolo.</li>
		</ol></li> <li>Concentrating <ol><li>condensar a solução aquosa de RSF para 20% em peso, pelo fluxo de ar forçado em solução aquosa de 5 ° C. adicionar 3 M CaCl 2 para a solução RSF para 1,0 mmol/g concentração Ca 2 + final; em seguida, concentrar-se por ar forçado fluxo para 38-47% wt.</li>
			<li>Pesar uma gota de solução RSF sobre uma lâmina de vidro e em seguida, seque-o por 2 h em estufa a 105 ° C. 
			Nota: O peso por cento dos restantes sólidos em relação ao peso da gota antes de secagem é a concentração total de proteína e de CaCl 2. A concentração de RSF é derivada após dedução da massa de CaCl 2. Pelo menos quatro repetidas medições foram realizadas. Nossos estudos anteriores mostraram que a concentração de Ca 2 + grandemente afetado as propriedades reológicas e spinnability das soluções aquosas RSF. Entretanto, a adição de Ca 2 + solicitado a formação limitada de β-folha e a agregação dos RSF 17. Em uma droga de fiação nativo, CaCl 2 é considerado para desempenhar um papel importante durante o armazenamento da droga para evitar gelificação antes de girar a girar. 18</li></ol></li></ol></li> <li>preparação do chip microfluidic 8 , 19 <ol><li>preparando Fotomáscara <ol><li>Design do micro-channel em um Programa de CAD. Imprimir o arquivo CAD para produzir uma transparência de alta resolução 19.</li>
		</ol></li> <li>Preparando o molde <ol><li>limpeza da lâmina de vidro <ol><li>em uma capa de química, ferver a lâmina de vidro em solução de ácido sulfúrico concentrado misturada e 30 vol % peróxido de hidrogênio solução (10:1) por 20 min em uma chapa quente. 
				Cuidado: vapores de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio são extremamente tóxicos.</li>
			</ol></li> <li>Lavar a lâmina de vidro <ol><li>lave a lâmina de vidro com água desionizada e assoprar seque com nitrogênio de alta pureza.</li>
			</ol></li> <li>Filme de revestimento <ol><li>revestir o fotorresiste SU-8 sobre a lâmina de vidro por um dispositivo de revestimento Custom-Built com um intervalo de 100 µm entre a superfície inferior da barra de revestimento e a superfície superior do vidro.</li>
			</ol></li> <li>Spin revestimento <ol><li>espalhar o fotorresiste sobre a lâmina de vidro para formar um filme uniforme usando um aplicador girar a 40,3 x g por 30 s. A espessura do filme uniforme é cerca de 85 µm.</li>
			</ol></li> <li>Solidificação <ol><li>solidificar o fotorresiste em um forno com uma programa de controlo da temperatura. Elevar a temperatura de temperatura de 65 ° C, em 2 ° C/min e segurar a 65 ° C por 2 min. Continue ao calor de 65 ° C e 95° C e mantenha a 95 ° C durante 15 min. volta fora do forno e cool naturalmente para o quarto temperatura no forno.</li>
			</ol></li> <li>Ultravioleta luz exposição <ol><li>expor do lado do vidro deslize com o fotorresiste à luz ultravioleta para 12 s usando a transparência como uma Fotomáscara por fotolitografia 19. 
				Nota: O número de onda da luz ultravioleta é 365 nm e a energia de exposição é 273.6 mJ/cm 2. 
				Atenção: Tomar medidas apropriadas de segurança enquanto estiver trabalhando com luz UV e o forno.</li>
			</ol></li> <li>Solidificar o fotorresiste conforme descrito na etapa 1.2.2.5.</li>
			<li>Em desenvolvimento <ol><li>limpar o fotorresiste ultrassonicamente em solução de desenvolvedor para 30 s. Lave a lâmina de vidro por isopropanol e desenvolvedor, alternando entre os dois, até que não haja nenhuma precipitação sobre a lâmina de vidro.</li>
			</ol></li> <li>Solidificar o fotorresiste em um forno com uma programa de controlo da temperatura. Elevar a temperatura de temperatura para 170 ° C a 2 ° C/min e segure a 170 ° C por 30 min. volta fora do forno e cool naturalmente à temperatura no forno.</li>
		</ol></li> <li>Litografia macia <ol><li>despeje 8.8 pre-polímero líquido polydimethylsiloxane (PDMS) de g sobre o molde e cura por 30 min a 65 ° C, e 15 min a 80 discos pré-polímero de ° C. líquido PDMS consiste de PDMS e agente de cura (tipicamente de 10:1 (w/w)).</li>
		</ol></li> <li>Pancadas <ol><li>um buraco através da réplica PDMS no início do canal pela broca. O diâmetro da broca é de 1,2 mm.</li>
		</ol></li> <li>Selagem <ol><li>selar a réplica PDMS com o canal para uma camada lisa de PDMS sem padrão por um tratamento de plasma de oxigênio nas superfícies das duas camadas PDMS. 
			Nota: O processo de preparação geral do chip leva cerca de 72 h.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Fibra fabricação de RSF <ol><li>injeção de droga de giro <ol><li>injetar o RSF girando a droga para o microchannel 2 µ l/min por uma bomba de seringa.</li>
		</ol></li> <li>Regulamento do ambiente <ol><li>ajustar a umidade relativa de 40 ± 5% RH ou 50 ± 5% de ur usando um umidificador. Em 40 RH ± 5%, como-girado fibra solidificou-se mais rapidamente do que 50 ± 5% RH.</li>
		</ol></li> <li>Fibra de produção da RSF <ol><li>toque a gota RSF por um ponto na saída do canal microfluídicos, desenhar fibra RSF no ar e então puxe para um cilindro através de uma abertura de 10 cm de ar a uma velocidade de 3 cm/s ( Figura 1b ).</li>
		</ol></li> <li>Armazenar as fibras RSF em um dessecador selado por 24 h.</li>
		<li>Pós-tratamento de fibra <ol><li>desenha as fibras como-fiado 4 vezes em 0,9 mm s -1 em 80 vol % ethanol solução por uma máquina Custom-Built e depois manter a fibra desenhada fixo e mergulhe as fibras na solução por 1h. Devido a este tratamento, o comprimento da fibra foi mudado de originalmente de 15 mm a 60 mm.</li>
		</ol></li> <li>Preparação da amostra para a caracterização <ol><li>corrigir as fibras pós-tratado em um frame de papel com um calibre de 10mm de comprimento. Pelo menos 20 fibras são necessidade de medição, incluindo o ensaio de tracção, SEM, FTIR e WAXS. Os diâmetros das fibras pós-desenhada variam 5 a 10 µm. a Figura 1 mostra o diagrama esquemático da produção de fibra e caracterização de WAXD. As propriedades mecânicas das fibras RSF foram examinadas por um sistema de testes de material (25 ± 2) ° C e (45 ± 5) % de umidade relativa. A extensão de avaliar e medir o comprimento foram 2 mm/min e 1 cm, respectivamente.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Radiação síncrotron caracterização do cristalino estrutura de RSF fibra <ol><li>caracterização de radiação síncrotron 4 , 13 , 17 <ol><li>ajuste da trajetória <ol><li>ajustar o comprimento de onda dos raios-x e tamanho de ponto de 0,07746 nm e 3 x 2 µm 2, respectivamente. 
			Nota: O protocolo é executado usando a trajetória de BL15U1 na instalação de radiação síncrotron de Shanghai.</li>
		</ol></li> <li>Localização do ponto x-ray <ol><li>encontrar a localização do ponto x. 
			Nota: A localização do ponto x é ajustada pelo laboratorista na instalação de radiação síncrotron.</li>
		</ol></li> <li>Teste de amostra-padrão: dióxido de cério (CeO 2) <ol><li>testar um pó de 2 do CeO de amostra-padrão. O pó de 2 CeO foi caracterizado para calcular o centro do círculo e a distância entre a amostra para o detector.</li>
		</ol></li> <li>Preparação da amostra <ol><li>corrigir os filamentos RSF em paralelo com o outro no quadro de papel com um calibre de 10 mm de comprimento. Cole a moldura de papel na fase de testes. 
			Nota: Manter a fibra horizontal.</li>
		</ol></li> <li>SR-WAXD testes <ol><li>abrir o obturador <ol><li>fechar a porta da estação beamline depois de se assegurar que não há nenhuma pessoa na sala. Abrir o obturador da fonte do feixe de raios-x.</li>
			</ol></li> <li>Focusing <ol><li>mover a fibra ligeiramente até em foco. Ajustar a localização da fibra ao longo de x, y, z direção remotamente através de um software ( Figura 1C).</li>
			</ol></li> <li>Exposição da amostra <ol><li>mover a fibra remotamente através de um software, até que seja in loco o raio-x. Pressione o botão iniciar no software para expor a fibra para a trajetória de raios-x por 20 s ( Figura 1C).</li>
			</ol></li> <li>Fundo difração <ol><li>a difração de fundo o ar com o tempo de exposição de 20 s. mover a fibra longe a ponto de raio-x remotamente através de um software de teste. Imprensa o &#34; iniciar &#34; botão no software para expor a trajetória de raio-x para &#34; médio de ar &#34; por 20 s.</li>
			</ol></li></ol></li></ol></li> <li>De processamento de dados de SR-WAXD 13 <ol><li>calibração Software <ol><li>processar os dados WAXD usando FIT2D (V12.077). Calibrar o centro do círculo e a distância de amostra-para-detector usando os dados de difração do CeO em pó 2.</li>
		</ol></li> <li>Padrão de difração 2-D <ol><li>subtrair o fundo do ar no padrão de difração de fibra usando FIT2D (V12.077).</li>
		</ol></li> <li>Tamanho de cristalinidade e do cristalite <ol><li>integrar a intensidade de difração em função do espalhamento ângulo 2 θ. Execute deconvolução da integração intensidade pico automatizado separação software (versão 4.12) 12. O grau de cristalinidade, x, c, foi estimado a partir da relação: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56271/56271eq1.jpg" /> , onde eu c é a soma das intensidades integradas de picos de cristalina e eu um é a intensidade integrada do amorfo halo 4 , 11. A integração dos padrões de WAXD mostrou a largura do pico do [200], [020], [002] reflexões. A FWHM desses picos foram usados para determinar o tamanho do cristalite junto a um, b e c eixos usando Scherrer &#39; s fórmula 4.</li>
		</ol></li> <li>Determinação das orientações do cristalite <ol><li>calcular as orientações do cristalite e amorfo de acordo com integrações azimutal de (020) e (210) picos 11. A orientação cristalina pode ser calculada quantitativamente de acordo com Herman &#39; orientação s. Aqui, os dois (020) e picos (210) foram equipados com duas funções Gaussian. O mais estreito é para orientação cristalina e o outro mais amplo é para o material amorfo orientado 13. Aqui, as orientações do cristalite das fibras RSF foram comparadas usando a largura total no máximo meia (FWHM) dos picos de integrações azimutal (002).</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>

Os autores não têm nada para divulgar.

Durante a diálise da solução RSF, o valor de pH é essencial para o processo de concentração a seguir. Se o valor de pH da água deionizada é menor que 6, a solução RSF será mais fácil do gel durante o processo de concentração. Para evitar a gelificação, CaCl2 é adicionado à solução RSF. A concentração de CaCl2 é 1 mmol / peso da RSF.
Nosso trabalho anterior demonstrou a possibilidade de microfluidic seco-fiação de uma solução aquosa de RSF8. A geome...

Aranha e bicho da seda podem produzir fibra de seda pendente de solução aquosa de proteína à temperatura e pressão. Fluxo de cisalhamento e extensional pode induzir a formação de cristais líquidos textura na glândula de seda1. Nos últimos anos, tem havido um grande interesse em imitar o processo de fiação da aranha para produzir fibras artificiais de alta resistência. No entanto, grandes quantidades de proteína de seda de aranha não podem ser produzidas com eficiência e economicamente pela agricultura aranhas devido ao canibalismo. Quantidades substanciais de seda do bicho da seda podem ser obtidas facilmente pela agricultura. Caso contrário, o bicho da seda e a aranha tem uma composição semelhante de processo e aminoácido de fiação. Portanto, seda fibroin bicho da seda é selecionado como um substituto para fiam seda artificial de animais por muitos pesquisadores.
Aranha e bicho-da-extrude solução da proteína através de seu duto de fiação em fibra no ar. As forças de alto estresse geradas ao longo do duto de fiação mais provável Estiquem as moléculas da fibroína de seda para um mais alargado de conformação2. Seda artificial fibras têm sido giradas usando fiação convencional de molhado e seco-fiação processos3,4, que não levam em conta as forças fluidas geradas no duto de fiação.
Primeiro, microfluidic abordagens foram usadas para investigar o conjunto de proteínas de seda5,6. Então, estudou-se através do corte e extensional forças7,8de modelagem microfluidic fabricação da RSF. Módulo de Young e diâmetro das fibras RSF podem ser sintonizados por microfluidic girando molhado, mas a resistência à tração da fibra desenhada foi inferior a 100 MPa7. Finalmente, fibras de alta resistência RSF foram preparadas com sucesso usando o método de fiação seca microfluídicos, mas o diâmetro da fibra é apenas de 2 µm8. Recentemente, girando molhado microfluidic foi utilizado com sucesso na produção de fibra de seda de aranha recombinante alta resistência. O desenho pós-girando no ar melhorou os defeitos superficiais e internos de fibra artificial9.
Neste estudo, é introduzido o melhorado microfluidic girando o processo para a fibra da RSF. Destina-se a imitar o processo de fiação de seda do bicho da seda, incluindo a droga de fiação, corte as forças e processo de fiação seca. Este método de fiação não só pode produzir a fibra de seda artificial de alta resistência, mas também pode ajustar o diâmetro da fibra. Em primeiro lugar, a RSF girando a droga foi cortado e alongado em um canal de biomimic com um decaimento exponencial de ordem segundo. Em segundo lugar, as influências de umidade relativa (RH) sobre a morfologia das fibras e propriedades foram estudadas no processo seco-fiação microfluidic10. Em comparação com a fieira de fiação convencional, nosso sistema microfluídicos é altamente biomimetic e pode ser usado para produzir fibra de alta resistência de soluções à temperatura ambiente pelo seco ou molhado, girando o método.
Devido a alta resolução, alto brilho e alta energia do radiação síncrotron microfoco raio-x, ele pode ser usado para caracterizar a microestrutura de uma única fibra com um diâmetro de vários micrômetros4,11 , 12 , 13 , 14. aqui, SR-WAXD técnica foi usada para calcular a cristalinidade, tamanho do cristalite e orientação cristalina das fibras da RSF.

<table><tbody><tr><td>B. mori Agricultor de casulos</td><td>em Tongxiang, província de Zhejiang, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Carbonato de sódio, anidro, 99,8%</td> <td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Brometo de lítio analiticamente puro, 99,1%</td> <td>Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China</td><td></td><td>Cloreto de cálcio analiticamente puro</td></tr><tr><td>, anidro, 96,0%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td> Etanol <td>analiticamente puro</td></tr><tr><td>, anidro, 99,7%</td> <td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td>10009218</td> Fotorresistente <td>SU-8 analiticamente puro</td></tr><tr><td></td><td>MicroChem Corp., EUA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Solução de desenvolvimento</td><td>MicroChem Corp., EUA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning, EUA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ácido sulfúrico concentrado</td> analiticamente puro <td>Pinghu Chemical Reagent Factory, China</td><td></td><td>Analiticamente puro</td></tr><tr><td>30% de peróxido de hidrogênio</td><td>Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analiticamente puro</td></tr><tr><td>Acetona</td> Shanghai <td>Zhengxing Chemical Reagent Factory, China</td><td></td><td>Analiticamente puro</td></tr><tr><td>Tratamento de plasma de oxigênio</td><td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bomba de seringa</td><td>&nbsp; KD Scientific, EUA</td><td></td><td>KDS 200P</td></tr><tr><td>Umidificador</td><td>SEN perfurador elétrico</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China</td><td></td><td>máquina de perfuração de bancada Z406c</td></tr><tr><td>Sistema de teste de material</td><td>Instron, EUA</td><td></td><td>Modelo: 5565</td></tr><tr><td>PeakFit</td><td>Systat Software, Inc., EUA</td><td></td><td>Versão 4.12</td></tr></tbody></table>

microfluidic seco-fiação e caracterização de fibras regeneradas da fibroína de seda

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

O protocolo demonstra um método para imitar o processo de fiação do bicho da seda. No processo de fiação nativo, o duto de fiação contratantes permite que as proteínas de seda ser compacto e ordenada pelas forças de cisalhamento e alongamento. Aqui, um canal de microfluidic biomimetic foi projetado para imitar a geometria específica do duto de fiação do bicho da seda. Fiação da fibroína seda regenerada (RSF) dopada com alta concentração, foi expulso através da microchannel para fibras de spin e seco à temperatura e pressão. No processo de pós-Tratado, as fibras como-fiado foram desenhadas e armazenadas em solução aquosa de etanol. Radiação síncrotron difração de raios x de grande angular (SR-WAXD) tecnologia foi usada para investigar a microestrutura do única fibras RSF, que foram fixados a um suporte de amostra com o eixo de fibra RSF normal para o microbeam de raio-x. A cristalinidade, tamanho do cristalite e orientação cristalina da fibra foram calculadas a partir dos dados WAXD. Os arcos de difração perto do Equador do padrão bidimensional WAXD indicam que a fibra RSF pós-Tratado tem um grau elevado de orientação.

Fibras de alta resistência RSF foram produzidas com êxito usando o microfluidic girando o método. As curvas tensão-deformação e imagens SEM das fibras esticadas RSF C44R40 são mostradas na Figura 2. Pelo menos 10 fibras foram medidas no teste de tração. Curvas tensão-deformação foram escolhidas de acordo com o valor médio da quebra de tensão e deformação das fibras. Os dados WAXD das fibras são mostrados na Figura 3. A cristalini...

Um protocolo para a fiação microfluidic e caracterização da microestrutura do monofilamento da fibroína seda regenerada é apresentado.

Microfluidic seco-fiação e caracterização de fibras regeneradas da fibroína de seda

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

O objetivo geral deste experimento é observar o efeito da umidade relativa nas propriedades estruturais e de tração de fibras de fibroína de seda regenerada utilizando um método de fiação a seco com microfluídica. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais sobre a fiação biomimética, como as forças de cisalhamento e o processo de fiação a seco. A principal vantagem dessa técnica é que o canal microfluídico é projetado para imitar o ducto de fiação de um bicho-da-seda.Este método pode fornecer informações sobre o processo de fiação a seco da fibroína de seda. Também pode ser utilizado no processo de fiação úmida da seda de aranha recombinante. Geralmente, indivíduos novos neste método terão dificuldades.Porque são necessárias duas semanas para preparar a solução de fiação e também para garantir que ela tenha boa capacidade de fiação. A demonstração visual deste método é muito importante. Porque, se você não tiver experiência, a solução de fiação é muito difícil de preparar, e o tempo de fiação é essencial para o seu sucesso.Inicie o desengomamento dos casulos de Bombyx mori em uma solução aquosa contendo 0,5% de carbonato de sódio. Incube os casulos submersos a 100 graus Celsius por 30 minutos. Em seguida, substitua a solução de carbonato de sódio e repita a incubação pela segunda vez.Quando terminado, lave a seda com água desionizada para remover a sericina. Seque as sedas descarnadas ao ar e, em seguida, submerja-as em brometo de lítio 9,0 molar numa proporção de peso para peso de 1:10. Incube as sedas a 40 graus Celsius por duas horas até que as sedas sejam completamente dissolvidas.Em seguida, dilua a solução regenerada de fibroína de seda 1,5 vez em frascos de 250 mililitros utilizando água deionizada. Centrifugue a solução e, em seguida, use uma bomba de vácuo para filtrá-la através de uma cama dupla de papel filtro, com malha de 20 mícrons, para remover quaisquer impurezas. Coloque 250 mililitros da solução filtrada de fibroína de seda regenerada em bolsas de diálise de membrana semipermeável de celulose e realize a diálise de cada bolsa em 10 litros de água deionizada por osmose reversa a cinco graus Celsius durante três dias.Após a diálise, utilize fluxo de ar forçado para condensar a solução a cinco graus Celsius até 20% do peso original. Em seguida, adicione uma solução aquosa três molar de cloreto de cálcio à solução condensada para atingir uma concentração final de 1,0 milimol por grama de íons cálcio. Novamente, concentre a solução de fibroína de seda regenerada por meio de fluxo de ar forçado até 44% do seu peso inicial.Inicie fervendo uma lâmina de vidro por 20 minutos em uma solução mista de ácido sulfúrico concentrado e solução de peróxido de hidrogênio a 30% numa proporção de 10:1. Após a conclusão, lave a lâmina de vidro com água desionizada e, em seguida, seque-a com nitrogênio de alta pureza. Em seguida, coloque a lâmina de vidro em um dispositivo de revestimento personalizado com uma folga de 100 micrômetros entre a superfície inferior da barra de revestimento e a superfície superior da lâmina de vidro.Preencha o espaço com a resina fotossensível SU-8 e, em seguida, aplique a resina por centrifugação a 40,3 vezes a gravidade durante 30 segundos para formar um filme uniforme com cerca de 85 micrômetros de espessura. Em seguida, coloque a lâmina com a resina fotossensível em uma estufa com programa de controle de temperatura. Eleve a temperatura da temperatura ambiente até 65 graus Celsius a uma taxa de dois graus Celsius por minuto e mantenha a temperatura em 65 graus Celsius por dois minutos.Em seguida, continue aquecendo a lâmina de 65 graus Celsius até 95 graus Celsius a uma taxa de dois graus Celsius por minuto e mantenha a temperatura em 95 graus Celsius por 15 minutos. Nesse momento, desligue a estufa e deixe a lâmina esfriar naturalmente até a temperatura ambiente dentro da estufa. Em seguida, posicione a lâmina com a resina fotossensível sob uma luz UV e alinhe uma máscara fotográfica contendo o microcanal adequado acima da lâmina.Exponha o lado da lâmina à luz UV por 12 segundos. Após a exposição, coloque a lâmina novamente no forno e aqueça como anteriormente. Após a calcinação, limpe o fotoresiste ultrassonicamente em solução reveladora por 30 segundos.Em seguida, use isopropanol e revelador alternadamente para lavar a lâmina de vidro até que não haja mais precipitação na superfície. Solidifique a resina fotossensível em uma estufa com programa de controle de temperatura. Eleve a temperatura da temperatura ambiente até 170 graus Celsius a uma taxa de dois graus Celsius por minuto, mantenha a 170 graus Celsius por 30 minutos e, em seguida, desligue a estufa e deixe esfriar naturalmente até a temperatura ambiente dentro da estufa.Em seguida, coloque o molde de SU-8 curado dentro de uma caixa de alumínio e despeje 8,8 gramas de pré-polímero de PDMS sobre o molde até uma altura de cerca de cinco milímetros. Cure o PDMS por 30 minutos a 65 graus Celsius e por 15 minutos a 80 graus Celsius. Após a cura, use uma broca de diâmetro de 1,2 milímetro para fazer um furo através da réplica de PDMS no início do canal.Em seguida, posicione o canal de PDMS com a face voltada para cima juntamente com uma segunda camada plana de PDMS em um aparelho de plasma e trate com plasma de oxigênio. Sobreponha a camada de PDMS com o canal a uma camada plana de PDMS imediatamente após removê-las da câmara de plasma. O microcanal está agora pronto para uso.Injete a solução de fibroína de seda regenerada no microcanal a uma taxa de dois microlitros por minuto usando uma bomba de seringa. Ajuste a umidade relativa na área de eletrofiação para 40 ou 50% de umidade relativa utilizando um umidificador. Em seguida, ligue um rolo para que a superfície se mova a três centímetros por segundo.Uma vez que a umidade tenha se estabilizado, toque a gota de fibroína de seda regenerada e puxe uma fibra de seda para o ar. Em seguida, coloque-a sobre o rolo através do espaço aéreo de 10 centímetros. O rolo puxará as fibras de seda restantes.Quando terminado, armazene as fibras em um dessecador selado por 24 horas. No dia seguinte, submeta as fibras a um tratamento pós-tratamento, esticando-as quatro vezes a 0,9 milímetros por segundo em etanol 80% utilizando uma máquina construída especialmente. Mantenha a fibra esticada fixa e imerja-a em solução de etanol 80% por uma hora.Por fim, fixe as fibras pós-tratadas em uma moldura de papel com um comprimento de referência de 10 milímetros. É mostrada aqui uma fibra de MEV da fibra final de fibroína de seda regenerada esticada. Essas fibras tinham um diâmetro médio de nove mícrons.Quando medidos sob tensão, os fibras formados na condição de 40% de umidade relativa apresentaram uma resistência à tração ligeiramente maior e uma deformação máxima mais elevada, mas tiveram módulo de Young semelhante em comparação com as fibras formadas a 50% de umidade relativa. Após assistir a este vídeo, você deverá compreender como realizar a filagem a seco de uma fibra de seda a partir de uma solução aquosa de seda utilizando um chip microfluídico inspirado na natureza.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

Filmes de seda são uma nova classe de biomateriais facilmente personalizáveis ​​para uma vasta gama de aplicações biomédicas. O sistema de cultura de seda apresentado filme é altamente adaptável a uma variedade...

Silk Sistema de Cultura de Cinema para In vitro Análise e Desenho Biomaterial

Apesar das propriedades mecânicas excelentes e bioquímicos da aranha sedas, este material não pode ser colhido em grandes quantidades por meios convencionais. Aqui nós descrevemos uma estratégia eficiente para produzir fibras de seda de aranha artificial, que é um processo importante para os investigadores que estudam a produção de seda de aranha e sua utilização como a próxima geração de biomateriais.

Produção de seda sintética Aranha em escala de laboratório

Fibras de seda de aranha exibir extraordinárias propriedades mecânicas.

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

Dois fluidos adjacentes que passam por um canal microfluido ranhurado podem ser direcionados para formar uma baia em torno de um núcleo prepolímero; determinando, assim, tanto a forma quanto a seção transversal. A polimerização fotoincializada, como a química do clique de tiol, é adequada para solidificar rapidamente o fluido do núcleo em uma microfibra com tamanho e forma predeterminados.

Fabricação microfluida de fibras poliméricas e biohibridas com tamanho e forma predesigned

Este protocolo demonstra a capacidade de utilizar a impressão de jato de tinta reativa para imprimir microagitadores biocompatíveis e ambientalmente amigáveis para uso em aplicações biomédicas e ambientais.

Impressão de jato de tinta reativa e análise de propulsão de micro-agitadores autopropulsionados à base de seda

Aqui, apresentamos um protocolo para produzir soluções de proteína de seda de aranha recombinante solúvel em água e as formas materiais que podem ser formadas a partir dessas soluções.

Formação de Material de Seda de Aranha Recombinante por Solvatação Aquosa Usando Calor e Pressão

Sendo utilizado de forma abrangente, a espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma (SFG) pode ajudar a revelar a ordem conformacional da cadeia e a mudança estrutural secundária acontecendo em interfaces de polímero e biomacromolécula.

Estruturas de nível molecular interfacial de polímeros e biomacromoléculas reveladas através de espectroscopia vibracional de geração de frequência de soma

Peptídeo amidas terciárias (PTA) são uma super família de peptidomiméticos que incluem mas não estão limitados a péptidos, peptóides e peptídeos N-metilados. Aqui nós descrevemos um método sintético que combina split-and-piscina e estratégias sub-monômero para sintetizar um talão biblioteca de um composto de PTAs.

Split-and-piscina Síntese e Caracterização de Peptídeos Terciário Amide Biblioteca

Tridimensionais (3D) vigas mistas microstructured são fabricados através da infiltração dirigida e localizada de nanocompósitos em redes porosas microfluídicos 3D. A flexibilidade deste método de fabrico permite a utilização de diferentes materiais termo-endurecíveis e nanopartículas, a fim de alcançar uma variedade de 3D funcional reforçados nanocompósito produtos macroscópicos.

Fabricação de tridimensionalmente microestruturadas nanocompósitos através Microfluidic Infiltração

Síntese, ativação e caracterização de materiais de estrutura metal-orgânicas intencionalmente projetado é um desafio, especialmente quando os blocos de construção são polimorfos incompatíveis ou indesejados são termodinamicamente favorecidos em detrimento de formas desejadas. Nós descrevemos como aplicações de intercâmbio vinculador assistida por solvente, pó de difração de raios-X em capilares e ativação via CO 2 supercrítico secagem, pode lidar com alguns desses desafios.

Síntese e caracterização de funcionalizados metal-organic frameworks

Aprenda a técnica de fiação seca microfluídica para produção de fibras de fibroína de seda regenerada. Este método biomimético permite controlar a umidade relativa e investigar propriedades mecânicas de biomateriais.

Microfluidic seco-fiação e caracterização de fibras regeneradas da fibroína de seda

Explorar mais vídeos