Elektrospinnen Seide Biomaterialien

Bioengineering

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Summary

Seidenfasern wurden verarbeitet und zur Erstellung von Stoffen und Fäden seit Jahrhunderten. Die Gefäss-Seidenfasern, so verwandelte sie in eine vielseitige Pre Polymer-Lösung ist jedoch eine viel neuere Technologie. Solubilisiert Seide kann auf viele verschiedene Arten erstellen biokompatible Materialien mit steuerbaren mechanischen Eigenschaften verarbeitet werden.

Dieses Video stellt die Verarbeitung von Seide von Kokons der Seidenraupe und zeigt, wie die Seide Lösung verwendet werden kann, um eine Fasermatte durch Elektrospinnen zu erstellen. Mehrere Anwendungen dieser Technik, z.B. zur Nutzung als Strukturmaterial in veränderter Gewebe Gerüste werden dann vorgestellt.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bioengineering. Elektrospinnen Seide Biomaterialien. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Biologisch abgeleitete Materialien besitzen wichtige Eigenschaften, die außerhalb der Reichweite von synthetischen Materialien ermöglichen die Herstellung von komplexen Strukturen mit verbesserten Eigenschaften. Biomaterialien sind Materialien, die erstellt oder aus lebenden oder einmal-lebende Organismen hergestellt werden. Diese Materialien wie Seide, durchlaufen in der Regel verschiedene Bearbeitungsschritte um einen nutzbaren und kontrollierbar Zustand zu erreichen. Die verarbeiteten Biomaterial kann dann zu bestimmten Strukturen wie faserige Matten, Hydrogele und Filme genutzt werden. Dieses Video wird die Verarbeitung von Seide aus den Kokons der Seidenraupe, gefolgt von Elektrospinnen des verarbeiteten Materials, faserige Matten bilden einführen.

Seiden sind Protein-Polymere, die durch verschiedene Insekten, wie Spinnen zu Fasern versponnen werden. Jedoch die Seide in Bioingenieurwesen ist am häufigsten die Larven von der Seide Mottenarten Bombyx Mori, gemeinhin als die Seidenraupe abgeleitet und ist im Handel für medizinisches Nahtmaterial verwendet worden seit Jahrzehnten. Das B. Mori Seide Material wird aus dem Kokon gewonnen, die besteht aus Fibroin Proteins in einem Sericin Mantel eingehüllt. Sericin ist ein Kleber-wie Protein, das den Kokon zusammenhält. Das Fibroin Protein zeichnet sich durch eine stark repetitiven Aminosäure-Sequenz mit einer Dominanz von Alanin, Glycin und Serin Rückstände, was wiederum zur Homogenität in Sekundärstruktur des Proteins führt. Seide Fibroin Exponate Beta-Blatt Wiederholungsstrukturen, die seitlich verbunden Stränge bilden eine gefaltete Blatt. Diese Strukturen dazu führen, dass das Polymer-Protein zu hoch kristallin, bietet in Kombination mit seiner Hydrophobie unglaublich Festigkeit und Zähigkeit. Z. B. können Seide die Zugfestigkeit, seine Fähigkeit, Belastungen durch Dehnung, bis zu vier Mal das Knochen sein. Seide wird in der Regel zu einer Polymerlösung vor ihrer Anwendungen in Bioingenieurwesen verarbeitet. Zunächst wird aus den Fasern, gefolgt von Solubilisierung der Fibroin Sericin entfernt. Seide-Lösung hat keine sekundäre Struktur, und daher hat mechanische Eigenschaften vermindert. Behandlung mit Methanol kann jedoch teilweise Wiederherstellung der Beta-Blatt Strukturen auslösen. Die Seide Lösung kann verarbeitet werden, mit einer Technik namens Elektrospinnen, wo eine hohe Spannung zwischen einer Sammlung-Oberfläche und einer Spritzennadel angewendet. Die Spritzennadel verzichtet langsam die Biomaterial-Lösung. Die elektrostatischen Kräfte verursachen die Biomaterial Tröpfchen in Fasern dehnen. Diese Fasern sammeln nach dem Zufallsprinzip auf den Kollektor, Erstellen einer Nanofaser-Matte. Nun, da die Grundlagen der Verarbeitung von Seide Fibroin dargelegt haben, werfen wir einen Blick auf die Seide Verarbeitungsverfahren und sehen wie es verwendet wird, erstelle ich Mikrofaser Matten über Elektrospinnen.

Um Seide Fibroin Lösung von Bombyx Mori vorzubereiten, die Kokons werden zuerst in kleine Stücke schneiden, und der Wurm und andere Insekten Schutt entsorgt. Als nächstes werden die Kokon-Stücke in einer Lösung von Natriumcarbonat gekocht, um das Sericin entfernen. Nach dem Kochen wird die Seide Fibroin aus der Lösung entfernt und mehrmals mit klarem Wasser gewaschen. Als nächstes werden die Seidenfasern über Nacht getrocknet. Die getrockneten Seidenfasern werden dann in einer Lithium-Bromid-Lösung bei 60 Grad für vier Stunden gelöst. Sobald die Seide solubilisiert ist, wird die Lösung auf eine Dialyse-Kassette übertragen und gegen Wasser dialysiert. Das Wasser muss häufig geändert werden, um sicherzustellen, dass die Lithium Bromid entfernt. Nach der Dialyse Seide Wasserlösung werden in Röhren und zentrifugiert, um alle verbleibenden Seide Fibroin Partikel zu entfernen. Die Seide Lösung lagert sich bei vier Grad bis benötigt.

Um Elektrospinnen zu beginnen, ist die Biomaterial-Lösung in eine Spritze und auf eine Spritzenpumpe geladen. Die Spritze Nadelspitze, genannt der Spinndrüse ist der Hochspannungsquelle verbunden. Die Sammlung Quelle, oft ein Streifen von Folie, ist gegenüber der Spinndüse platziert und geerdet. Der Abstand zwischen der Spinndüse und die Quelle wird zu einem vorbestimmten Abstand eingestellt. Wenn der Abstand zu klein ist, haben Fasern nicht mal vor der Ablagerung, inkonsistente Bänder bilden zu festigen. Jedoch wenn der Abstand zu groß ist, können Fasern aufgehäuften oder ungleichmäßige werden. Die Durchflussrate der Spritze Pumpe ist eingestellt und die Hochspannungsquelle eingeschaltet. Die Spannung steigt, entgegenwirken die elektrostatischen Kräfte die Oberflächenspannung der Lösung. Der Meniskus ist ein Kegel, den Schneider-Kegel genannt angesaugt und dann schließlich in ein Flüssigkeitsstrahl mit höherer Spannung. Die Fasern werden dann auf die Folie Oberfläche in einer zufällig angeordneten Matte gesammelt. Eine Drehfläche Sammlung kann auch verwendet werden, um abgestimmte Fasermatten zu erhalten.

Es gibt viele verschiedene Arten von Biomaterialien, die in Bioengineering Anwendungen, bis hin zu Bioelektronik und Biosensoren Gewebe Implantate verwendet werden. Electrospun Matten aus Seide und andere Biomaterialien werden häufig verwendet, um Gewebe Gerüste zu erstellen, die Struktur, die ein künstliches Gewebe liefern. Zellen sind direkt auf diese Strukturen ermöglichen die Bildung von dreidimensionalen Gewebe gesät. Gewebe-Gerüste sollen günstige Zell-Interaktionen, so imitiert die Struktur und Funktion des echten Gewebes zu fördern. Sie sind auch entwickelt, um die gewünschten Eigenschaften eines bestimmten Gewebes besitzen. Z. B. Gerüste entwickelt, um Verhalten sich wie Muskeln mehr ausgerichtete Fasern als die entwickelt, um Verhalten sich wie Haut besitzen muss. Obwohl Seide häufig von der Seidenraupe abgeleitet ist, ist Spinnenseide häufig verwendet, da sie höhere mechanischen Festigkeit bietet. Da Spinnen nicht einfach bewirtschaftet werden können, wird das Material produziert synthetisch biotechnologischem. In diesem Beispiel wurde der rekombinanten Seidenprotein Electrospun auf Filter-Geräte. Die Zugabe dieser Seide Gewebe des Filters stark verbessert Effizienz, da die Porengrößen deutlich kleiner als der hergestellten Filter waren, wodurch ihre Aufbewahrung kleinerer Partikel. Biomaterialien sind schließlich oft aus künstlichen Polymeren wie Polycaprolactons und Polymilchsäure Säure vorbereitet. Die Materialien sind im Labor synthetisiert und Bio-abgeleiteten Materialien, wie zu imitieren sind biologisch abbaubar und biokompatible verwendet. Die Eigenschaften der Materialien können leicht mit Fertigungstechniken, biokompatible Oberflächen für die Montage der Biomoleküle zu erzeugen oder hydrophobe Oberflächen zu erzeugen, wie in diesem Beispiel gezeigt angepasst werden.

Sie haben nur Jupiters Einführung in Seide Biomaterialien beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen wie Seide vorbereitet wird und Electrospun in Matten und wie andere Biomaterialien im Bereich Biotechnik eingesetzt werden. Danke fürs Zuschauen.

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