Подготовка функциональной кремнезема, с помощью метода Bioinspired

Основные преимущества этого метода заключаются в том, что он быстрый, легкий, экологичный и позволяет изготавливать материалы по индивидуальному заказу. Этот метод может дать представление о том, как образуется биоинспирированный диоксид кремния, о доступных способах включения биомолекул и о постсинтетической обработке материалов. Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, испытывают трудности, потому что образование диоксида кремния происходит быстро, и определенное количество кислоты необходимо быстро добавить для получения оптимальных результатов.

Впервые у нас появилась идея об этом методе, когда мы поняли, насколько он мягкий, так что условия совместимы с ферментами. Мы подумали об использовании этого метода для повышения производительности и стабильности ферментов. Визуальная демонстрация этого метода имеет решающее значение, так как этап нейтрализации кислоты является наиболее важным для конечных свойств материала.

Сначала взвесьте 318,2 миллиграмма пентагидрата силиката натрия в пластиковый контейнер объемом 180 миллилитров и растворите в 20 миллилитрах деионизированной воды. Во второй емкости взвесьте 58,1 миллиграмма пентаэтилена гексаксана или ПЭХА и растворите в 20 миллилитрах деионизированной воды. Вычтите это количество воды из объема деионизированной воды, которая будет использоваться для растворения пентагидрата силиката натрия.

Чтобы выполнить инкапсуляцию in situ во время синтеза, растворите заданную массу белка в пяти миллилитрах деионизированной воды и поместите раствор в холодильник для полного растворения. Время от времени проверяйте ход растворения, желательно без перемешивания. Соедините растворы силиката натрия пентагидрата и ПЭХА в одной из емкостей и добавьте достаточное количество деионизированной воды, чтобы конечный объем раствора составил 41,5 миллилитров.

Выложите свежеприготовленную смесь на верхнюю часть тарелки для перемешивания и добавьте полосу для перемешивания, чтобы обеспечить равномерное перемешивание. Затем суспендируйте датчик pH в растворе для перемешивания и зарегистрируйте начальный pH. Начните синтез с добавления заданного количества одномолярной соляной кислоты и наблюдайте за непосредственной эволюцией мутности.

Первым важным этапом является быстрое добавление кислоты для инициирования образования диоксида кремния. pH нужно понизить до семи как можно быстрее. Если происходит инкапсуляция, добавьте раствор инкапсулятора, как только добавление кислоты будет завершено.

Затем запишите pH через пять минут, чтобы определить завершение реакции. После завершения реакции измените состав полученного диоксида кремния, добавив в смесь больше соляной кислоты до тех пор, пока не будет достигнут желаемый pH от двух до семи, и дайте суспензии стабилизироваться в течение примерно одной минуты. После этого сцеживают биоинспирированную суспензию диоксида кремния в 50-миллилитровые центрифужные пробирки, затем центрифугируют суспензию при 5000 г в течение 15 минут.

После центрифугирования надосадочную жидкость удалить надосадочную жидкость и хранить для дальнейшего анализа. Наполните центрифужные пробирки деионизированной водой и повторно суспендируйте диоксид кремния с помощью вихревого смесителя. В случае включения биомолекул критическим шагом является получение надосадочной жидкости из биоинспирированной промывки диоксидом кремния для дальнейшего анализа.

После повторения этапов центрифугирования и ресуспензии дважды удалите надосадочную жидкость и соскребите диоксид кремния в керамические тигли. Высушите диоксид кремния в духовке в течение ночи при температуре 85 градусов Цельсия. В пятимиллилитровом пластиковом флаконе разведите 300 микролитров заранее приготовленного реактива молибденового синего с тремя миллилитрами деионизированной воды.

Затем добавьте 10 микролитров тестового раствора салициновой кислоты и взболтайте для перемешивания. Через 15 минут добавьте 1,6 миллилитра ранее приготовленного парааминофенолсульфатредукционного агента, чтобы восстановить желтый комплекс силикомолибдата до синего изомера. После этого измерьте поглощение образца на 810 нанометрах в УФ-видимом спектрофотометре и рассчитайте концентрацию кремния по калибровочной кривой.

Используя одноразовые наконечники для пипетки, добавьте заранее определенное количество реагента Брэдфорда и образец в каждую назначенную кювету. Перемешайте каждую кювету, перевернув три раза, и дайте проявиться в течение 10 минут. Затем измерьте поглощение на 595 нанометрах, используя чистый надосадочный жидкость в качестве заготовки.

Рассчитайте исходную абсорбцию каждой кюветы, вычитая абсорбцию контрольного образца из каждого измерения. Теперь создайте калибровочную кривую для каждого набора экспериментов, построив график измеренного поглощения в зависимости от концентрации BSA, чтобы избежать случайных колебаний, которые могут повлиять на чувствительность анализа. Наконец, определите содержание белка в каждом образце во время ресуспендирования, чтобы контролировать возможную потерю белка.

Выход реакции кремнеземообразования обычно составляет 58 плюс-минус 6,5%.Спектроскопическим методом молибденового синего обнаруживается количество непрореагировавших мономерных силикатных соединений, а также тех веществ, которые вступили в реакцию с образованием полисиликатов или олигомеров, но не смогли достичь достаточного размера для коагулирования. После завершения коагуляции поверхности материала могут быть легко изменены с помощью кислотного элюирования, которое позволяет точно настроить свойства материала, такие как состав, пористость и химическая активность добавки. Около 50% БСА было обнаружено в надосадочной жидкости после первого центрифугирования, что соответствует 50% эффективности иммобилизации.

Поскольку в последующих промывках БСА не было обнаружено, БСА можно было надежно инкапсулировать во время синтеза без выщелачивания. ИК-Фурье спектр диоксида кремния показал характерные амидные полосы в образцах с БСА, но не в контрольных образцах. При добавлении БСА к непрореагировавшим реагентам существенных различий в эффективности иммобилизации или количестве БСА в полученном композите не наблюдалось.

При добавлении БСА во время формирования диоксида кремния эффективность иммобилизации и количество БСА в продукте были значительно ниже. Как только вы освоите эту технику, ее можно выполнить менее чем за пять минут, если она выполнена правильно. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о точности с весом и объемом реагентов и быстро добавлять кислоту за одну дозу.

После этой процедуры могут быть выполнены другие методы, такие как ИК-Фурье, SCM, пориметрия и ферментный анализ, чтобы ответить на дополнительные вопросы о свойствах и морфологии материала, а также об активности биомолекул. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области биоинспирированного образования диоксида кремния к изучению быстрого, простого, контролируемого и экологически чистого метода синтеза диоксида кремния с возможностью капсулирования биомолекул in situ. После просмотра этого видео у вас должно быть хорошее понимание того, как синтезировать диоксид кремния с помощью биоинспирированного метода, инкапсулировать биомолекулы in situ, измерить эффективность инкапсуляции и выполнить постсинтетическое элюирование добавок.

Не забывайте, что работа с аминами, кислотами, биомолекулами может быть чрезвычайно опасной, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как СИЗ и предотвращение разливов.