Preparação de sílica funcional usando um método Bioinspirada

As principais vantagens deste método são que ele é rápido, fácil, ecologicamente correto e permite a adaptação de materiais. Este método pode fornecer informações sobre como a sílica bioinspirada é formada, as formas disponíveis de incorporação de biomoléculas e o tratamento pós-material sintético. Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque a formação de sílica é rápida e uma quantidade específica de ácido precisa ser adicionada rapidamente para obter os melhores resultados.

Tivemos a ideia desse método pela primeira vez quando percebemos como ele era leve, de modo que as condições eram compatíveis com enzimas. Pensamos em usar esse método para melhorar o desempenho e a estabilidade da enzima. A demonstração visual deste método é crítica, pois a etapa de neutralização ácida é a mais importante para as propriedades finais do material.

Primeiro, pesar 318,2 miligramas de silicato de sódio pentahidratado em um recipiente de plástico de 180 mililitros e dissolver em 20 mililitros de água deionizada. Em um segundo recipiente, pesar 58,1 miligramas de pentaetileno hexamina ou PEHA e dissolver em 20 mililitros de água deionizada. Subtraia essa quantidade de água do volume de água deionizada a ser usada para a dissolução do silicato de sódio pentahidratado.

Para realizar o encapsulamento in situ durante a síntese, dissolva uma massa predeterminada de proteína em cinco mililitros de água deionizada e coloque a solução na geladeira para dissolução total. Verifique ocasionalmente o progresso da dissolução, de preferência sem mexer. Combine as soluções de silicato de sódio pentahidratado e PEHA em um dos recipientes e adicione água deionizada suficiente para fazer o volume final da solução de 41,5 mililitros.

Coloque a mistura recém-preparada em cima de uma placa de agitação e adicione uma barra de agitação para fornecer uma mistura consistente. Em seguida, suspenda uma sonda de pH na solução de agitação e registe o pH inicial. Comece a síntese adicionando uma quantidade predeterminada de ácido clorídrico de um molar e observe a evolução imediata da turbidez.

O primeiro passo crítico é a rápida adição de ácido para iniciar a formação de sílica. O pH precisa ser reduzido para sete o mais rápido possível. Se a encapsulação estiver ocorrendo, adicione a solução encapsulante assim que a adição de ácido estiver completa.

Em seguida, registre o pH após cinco minutos para determinar a conclusão da reação. Após a conclusão da reação, modificar a composição da sílica produzida adicionando mais ácido clorídrico à mistura até atingir o pH desejado entre dois e sete e deixar a suspensão estabilizar durante cerca de um minuto. Em seguida, decantar a suspensão de sílica bioinspirada em tubos de centrifugação de 50 mililitros e, em seguida, centrifugar a suspensão a 5 000 g durante 15 minutos.

Após centrifugação, remover o sobrenadante e conservá-lo para análise posterior. Reabasteça os tubos da centrífuga com água deionizada e ressuspenda a sílica usando um misturador de vórtice. No caso da incorporação de biomoléculas, uma etapa crítica é dar os sobrenadantes da sílica bioinspirada para serem analisados posteriormente.

Depois de repetir as etapas de centrifugação e ressuspensão duas vezes, remova o sobrenadante e raspe a sílica em cadinhos de cerâmica. Seque a sílica no forno durante a noite a 85 graus Celsius. Em um frasco de plástico de cinco mililitros, dilua 300 microlitros de reagente azul de molibdênio previamente preparado com três mililitros de água deionizada.

Em seguida, adicione 10 microlitros de solução de teste de ácido sálico e agite para misturar. Após 15 minutos, adicione 1,6 mililitros de agente redutor de sulfato de para-aminofenol previamente preparado para reduzir o complexo de silicomolibdato amarelo ao seu isômero azul. Em seguida, medir a absorvância da amostra a 810 nanômetros em um espectrofotômetro UV-vis e calcular a concentração de silício em relação a uma curva de calibração.

Usando ponteiras de pipeta descartáveis, adicione uma quantidade pré-determinada de reagente de Bradford e amostra em cada cubeta atribuída. Misture cada cubeta invertendo três vezes e deixe repousar por 10 minutos. Em seguida, meça a absorbância em 595 nanômetros usando sobrenadante puro como um branco.

Calcular a absorbância original de cada cubeta subtraindo a absorbância da amostra de controlo a cada medição. Agora, crie uma curva de calibração para cada conjunto de experimentos, traçando a absorbância medida em relação à concentração de BSA para evitar flutuações aleatórias que possam afetar a sensibilidade do ensaio. Finalmente, determine o teor de proteína para cada amostra durante a ressuspensão para monitorar a possível perda de proteína.

O rendimento da reação de formação de sílica é tipicamente de 58 mais ou menos 6,5% O método espectroscópico de azul de molibdênio detectou a quantidade de espécies de silicato monomérico não reagidas, bem como aquelas espécies que reagiram para formar polissilicatos ou oligômeros, mas não conseguiram atingir tamanho suficiente para coagular. Uma vez que a coagulação esteja completa, as superfícies do material podem ser prontamente modificadas através do uso de eluição ácida, o que permite o ajuste fino das propriedades do material, como composição, porosidade e atividade química do aditivo. Cerca de 50% da BSA foi detectada no sobrenadante após a primeira centrifugação, o que se relaciona com 50% de eficiência de imobilização.

Como não foi detectada BSA nas lavagens seguintes, a BSA pôde ser encapsulada com segurança durante a síntese sem lixiviação. O espectro FTIR da sílica apresentou bandas de amida características nas amostras com BSA, mas não nas amostras controle. Quando a BSA foi adicionada aos reagentes que não reagiram, não houve diferenças consideráveis na eficiência da imobilização ou na quantidade de BSA no compósito resultante.

Quando a BSA foi adicionada durante a formação da sílica, a eficiência de imobilização e a quantidade de BSA no produto foram significativamente menores. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em menos de cinco minutos se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de ser preciso com pesos e volumes de reagentes e adicionar rapidamente o ácido em uma dose.

Após este procedimento, outros métodos como FTIR, SCM, porosimetria e ensaios enzimáticos podem ser realizados para responder a perguntas adicionais sobre as propriedades e morfologia do material, bem como a atividade das biomoléculas. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da formação de sílica bioinspirada explorarem um método rápido, fácil, controlável e ecologicamente correto de sintetizar sílica com a capacidade de encapsulamento in situ de biomoléculas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como sintetizar sílica usando um método bioinspirado, encapsular biomoléculas in situ, medir a eficiência de encapsulamento e realizar a eluição pós-sintética dos aditivos.

Não se esqueça que trabalhar com aminas, ácidos, biomoléculas pode ser extremamente perigoso e precauções como EPI e prevenção de derramamento devem sempre ser tomadas durante a realização deste procedimento.