Electrohilado de biomateriales seda

Bioengineering

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Summary

Fibras de seda han sido procesadas y utilizados para crear telas e hilos durante siglos. Sin embargo, la solubilización de las fibras de seda, convirtiéndose así en una versátil solución de polímero antes es una tecnología mucho más nueva. Seda solubles puede procesarse de muchas maneras diferentes para crear un material biocompatible, con propiedades mecánicas controlables.

Este vídeo introduce el procesamiento de la seda de capullos de gusano de seda y muestra cómo la solución de seda se puede usar para crear una estera de la fibra mediante electrospinning. Varias aplicaciones de esta técnica, como su uso como material estructural en los andamios de la ingeniería del tejido, luego se introducen.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioingeniería. Electrohilado de biomateriales seda. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Materiales derivados biológicamente poseen propiedades clave que están fuera del alcance de materiales sintéticos, lo que permite la fabricación de estructuras complejas con propiedades mejoradas. Biomateriales son materiales que son creados o producidos a partir de organismos vivos o de una vez la vida. Estos materiales, como seda, normalmente se someten a varios pasos del proceso para llegar a un estado usable y controlable. El biomaterial procesado puede ser utilizado luego para formar estructuras específicas como esteras fibrosas, los hidrogeles y las películas. Este video presenta el procesamiento de la seda del capullo de gusano de seda, seguido por electrospinning del material procesado para formar esteras fibrosas.

Sedas son polímeros de la proteína que están hilados en fibras por varios insectos, como arañas. Sin embargo, la seda utilizada en Bioingeniería se deriva comúnmente de las larvas de las especies de la polilla de la seda Bombyx mori, comúnmente llamadas el gusano de seda y se ha utilizado comercialmente para Suturas médicas durante décadas. El material de seda de B. mori se extrae del capullo, que consiste en la proteína fibroína encajonada en una capa de sericina. La sericina es una pegamento-como la proteína que une el capullo. La proteína fibroína se caracteriza por una secuencia de aminoácidos altamente repetitivo, con un predominio de alanina, glicina y serina residuos, que a su vez lleva a la homogeneidad en la estructura secundaria de la proteína. Fibroína de seda exposiciones repetitivas Beta-lámina las estructuras, que están lateralmente conectan filamentos formando una hoja plisada. Estas estructuras causan la proteína de polímero a ser altamente cristalinos, que en combinación con su hidrofobicidad, increíblemente proporciona dureza y resistencia. Por ejemplo, resistencia de la seda, su capacidad para soportar las cargas a través de la elongación, puede ser hasta cuatro veces la de hueso. Seda se procesa típicamente en una solución de polímero antes de sus aplicaciones en Bioingeniería. En primer lugar, la sericina se extrae de las fibras, seguidas por solubilización de la fibroína. Solución de seda no tiene estructura secundaria y por lo tanto ha disminuido propiedades mecánicas. Sin embargo, el tratamiento con metanol puede inducir la recuperación parcial de las estructuras de hoja beta. La solución de seda puede ser procesada usando una técnica llamada electrospinning, donde se aplica un alto voltaje entre una superficie de colección y una aguja de jeringa. La aguja de la jeringa lentamente distribuye la solución de biomaterial. Las fuerzas electroestáticas causan las gotitas de biomaterial estirar en fibras. Estas fibras recogen aleatoriamente en el colector, creando una estera de nanofibras. Ahora que han sido expuestos los conceptos básicos de procesamiento de fibroína de seda, vamos a echar un vistazo en el procedimiento de procesamiento de seda y ver cómo se utiliza para crear alfombras de microfibra vía electrospinning.

Para preparar soluciones de fibroína de seda de Bombyx mori, los capullos primero se cortan en trozos pequeños, y el gusano y otros insectos residuos desechados. A continuación, las piezas del capullo se hierven en una solución de carbonato de sodio para eliminar la sericina. Después de hervir, la fibroína de la seda es removida de la solución y lavar varias veces con agua limpia. A continuación, las fibras de seda se secan durante la noche. Las fibras de seda secas luego se disuelven en una solución de bromuro de litio a 60 grados durante cuatro horas. Una vez que la seda es solubilizada, la solución es transferida a un cassette de diálisis y dializaron contra agua. El agua debe cambiarse con frecuencia para eliminar el bromuro de litio. Después de diálisis, la solución acuosa de seda es transferida a tubos y centrifugar para eliminar cualquier partículas restantes de fibroína de seda. La solución de seda se almacena a 4 grados hasta que se necesite.

Para empezar el electrospinning, la solución de biomaterial es cargada en una jeringa y una bomba de jeringa. La fuente de alto voltaje está conectada a la punta de la aguja de jeringa, llamada la hilera. La fuente de la colección, a menudo una tira de papel de aluminio, se coloca frente a la hilera y conectado a tierra. La distancia entre la hilera y la fuente se ajusta a una distancia previamente determinada. Si la distancia es demasiado pequeña, las fibras no tenga tiempo para solidificar antes de deposición, formando cintas inconsistentes. Sin embargo, si la distancia es excesiva, las fibras pueden ser agrupada o no uniforme. El caudal de la bomba de jeringa es conjunto y la fuente de alto voltaje encendido. Como el voltaje aumenta, las fuerzas electrostáticas contrarrestan la tensión superficial de la solución. El menisco es dibujado en un cono, llamado cono de medida y luego eventualmente en un chorro líquido con mayor tensión. Las fibras entonces se recogen en la superficie de la hoja en una estera aleatoriamente dispuesta. Una superficie de colección rotativa puede utilizarse también para obtener piezas de aviones alineados.

Hay muchos diferentes tipos de biomateriales que se utilizan en aplicaciones de bioingeniería, que van desde implantes de tejido Bioelectrónica y biosensores. Electrospun tapetes de seda y otros biomateriales se utilizan a menudo para crear andamios de tejido, que proporcionan estructura a un tejido artificial. Las células se siembran directamente sobre estas estructuras, lo que permite la formación de tejido tridimensional. Andamios de tejido están diseñados para promover las interacciones célula favorable, imitando así la estructura y función del tejido real. También están diseñados para poseer las propiedades deseadas de un tejido específico. Por ejemplo, andamios diseñados para comportarse como músculo debe poseer más las fibras alineadas que diseñado para comportarse como la piel. Aunque de seda se deriva comúnmente de gusano de seda, seda de araña es de uso frecuente, ya que proporciona una mayor resistencia mecánica. Puesto que las arañas no pueden ser cultivadas fácilmente, el material es producido sintéticamente mediante biotecnología. En este ejemplo, la proteína recombinante de la seda fue electrospun en dispositivos de filtro. La adición de esta malla de seda al filtro mejorado eficacia, como los tamaños de poro mucho más pequeños que el filtro fabricado, lo que permite su retención de las partículas más pequeñas. Por último, biomateriales están preparados a menudo de polímeros artificiales como la policaprolactona y ácido poliláctico. Los materiales son sintetizados en el laboratorio y utilizados para imitar materiales bio-derivado, ya que son biodegradables y biocompatibles. Las propiedades de los materiales se pueden adaptar fácilmente usando técnicas de fabricación para crear superficies biocompatibles para el montaje de bio-moléculas o crear superficies hidrofóbicas como se muestra en este ejemplo.

Acabo de ver introducción de Zeus a biomateriales de seda. Ahora debería entender cómo está preparada la seda y electrospun en esteras y cómo otros biomateriales se utilizan en el campo de la bioingeniería. Gracias por ver.

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