Électrofilage des biomatériaux en soie

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Engineering collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Fibres de soie ont été traitées et utilisées pour créer des tissus et fils pendant des siècles. Toutefois, la solubilisation des fibres de soie, transformant ainsi en une solution polyvalente de prépolymère est une technologie beaucoup plus récente. Solubilisée soie peut être traitée de différentes façons pour créer un matériau biocompatible avec les propriétés mécaniques contrôlables.

Cette vidéo présente la transformation de la soie des cocons de ver à soie et montre comment la solution de soie peut être utilisée pour créer un tapis de fibre par électrofilage. Plusieurs applications de cette technique, tel que son utilisation comme matériau structurel dans les échafaudages de l’ingénierie tissulaire, sont ensuite introduites.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Bio-ingénierie. Électrofilage des biomatériaux en soie. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

Origine biologique matériaux possèdent des propriétés de clé qui sont hors de portée des matières synthétiques, permettant la fabrication de structures complexes possédant des propriétés améliorées. Les biomatériaux sont des matériaux qui sont créés ou partir d’organismes vivants ou une fois la vie. Ces matériaux, comme la soie, généralement subir plusieurs étapes de traitement pour atteindre un État utilisable et contrôlable. Ce biomatériau transformé peut ensuite servir à former des structures spécifiques telles que les nattes fibreuses, hydrogels et films. Cette vidéo mettra en place le traitement de la soie des cocons de vers à soie, suivis par électrofilage de la matière traitée pour former des tapis fibreux.

Les soies sont des polymères protéiques qui sont filés en fibres de divers insectes, comme les araignées. Cependant, la soie utilisée en bio-ingénierie est dérivée plus fréquemment les larves de l’espèce de papillon de nuit en soie Bombyx mori, communément appelé ver à soie et a été utilisée commercialement pour sutures médicales pendant des décennies. Le matériel de soie b. mori est extraite du cocon, qui se compose de la protéine de fibroïne enveloppée dans un manteau de séricine. Séricine est une protéine ressemblant à la colle qui cimente le cocon. La protéine de fibroïne est caractérisée par une séquence d’acides aminés hautement répétitifs, avec une prédominance de l’alanine, glycine et des résidus sérine, qui à son tour conduit à l’homogénéité dans la structure secondaire de la protéine. Soie fibroïne expositions structures répétitives de bêta-feuille, qui sont latéralement liées fils formant un feuillet plissé. Ces structures causent la protéine polymère d’être hautement cristallins, qui, en combinaison avec son hydrophobie, offre incroyablement la force et l’endurance. Par exemple, résistance à la traction de la soie, sa capacité à résister aux charges par élongation, peut être jusqu'à quatre fois celle de l’OS. Soie est généralement traitée dans une solution de polymère avant ses applications en bio-ingénierie. Tout d’abord, la séricine est prélevée les fibres, suivis par solubilisation de la fibroïne. Solution de soie n’a aucune structure secondaire et donc a diminué de propriétés mécaniques. Cependant, traitement avec du méthanol peut induire une récupération partielle des structures bêta feuille. La solution de soie peut être traitée en utilisant une technique appelée électrofilage, où une tension élevée est appliquée entre une surface de collecte et d’une aiguille de seringue. L’aiguille de la seringue dispense lentement la solution de biomatériau. Les forces électrostatiques causent les gouttelettes de biomatériau étirer en fibres. Ces fibres se recueillent au hasard sur le collecteur, créant un tapis de nanofibres. Maintenant que les bases du traitement de la fibroïne de soie ont été définies, nous allons jeter un oeil à la procédure de traitement de la soie et voir comment il est utilisé pour créer des tapis microfibre par électrofilage.

Pour préparer la solution de la fibroïne de soie du Bombyx mori, les cocons sont d’abord coupés en petits morceaux, et les vers et autres insectes débris rejetés. Ensuite, les morceaux de cocon sont bouillies dans une solution de carbonate de sodium afin d’éliminer la séricine. Après l’ébullition, la fibroïne de soie est retiré de la solution et lavé plusieurs fois à l’eau claire. Ensuite, les fibres de soie sont séchés pendant la nuit. Les fibres de soie séchées sont ensuite dissous dans une solution de bromure de lithium à 60 degrés pendant quatre heures. Une fois que la soie est solubilisée, la solution est transférée à une cassette de dialyse et dialysée contre l’eau. L’eau doit être changée fréquemment pour garantir l’élimination du bromure de lithium. Après la dialyse, la solution aqueuse de soie est transférée à tubes et centrifugée pour éliminer des particules de fibroïne de soie restant. La solution de soie est conservée à quatre degrés jusqu'à ce que nécessaire.

Pour commencer électrofilage, la solution de biomatériau est chargée dans une seringue et sur un pousse-seringue. La source de haute tension est connectée à la pointe d’aiguille de seringue, appelée la filière. La source de la collection, souvent une bande de papier d’aluminium, est placée en face de la filière et à la terre. La distance entre la filière et la source est réglée à une distance prédéterminée. Si la distance est trop petite, fibres peut-être pas le temps de se solidifier avant la déposition, formant des rubans incompatibles. Toutefois, si la distance est trop élevée, les fibres peuvent devenir contagieuse ou non uniforme. Le débit de la pompe de seringue est réglé et la source de haute tension sous tension. Lorsque la tension augmente, les forces électrostatiques contrecarrer la tension superficielle de la solution. Le ménisque est aspiré par un cône, appelé le cône de tailleur, puis finalement dans un jet fluid avec une tension plus élevée. Les fibres sont ensuite recueillis sur la surface de la feuille dans une natte disposée au hasard. Une surface de collection tournante permet également afin d’obtenir des tapis de fibres alignées.

Il y a beaucoup de différents types de biomatériaux utilisés dans des applications de bio-ingénierie, allant des implants de tissus aux bioélectronique et biodétection. Électrofilées tapis de soie et autres biomatériaux sont souvent utilisés pour créer des échafaudages de tissu, qui fournissent la structure d’un tissu artificiel. Les cellules sont ensemencées directement sur ces structures, ce qui permet la formation de tissu en trois dimensions. Échafaudages de tissu sont conçus pour promouvoir les interactions entre les cellules favorable, imitant ainsi la structure et la fonction du tissu réel. Ils sont également conçus pour posséder les propriétés désirées d’un tissu spécifique. Par exemple, les échafaudages conçus pour se comporter comme le muscle doit posséder plus alignées fibres que ceux conçu pour se comporter comme une peau. Bien que la soie est généralement dérivé de ver à soie, soie d’araignée est souvent utilisé, car il offre une résistance mécanique supérieure. Étant donné que les araignées ne peuvent pas être facilement cultivées, la matière est produite synthétiquement à l’aide de la biotechnologie. Dans cet exemple, la protéine de soie recombinante a été électrofilées sur les appareils de filtre. L’ajout de cette maille de soie pour le filtre a grandement amélioré l’efficacité, la taille des pores étant nettement plus petite que le filtre manufacturé, permettant ainsi à leur rétention des particules plus petites. Enfin, les biomatériaux est souvent préparés de polymères synthétiques comme le polycaprolactone et polylactique acide. Les matériaux sont synthétisés dans le laboratoire et utilisés pour imiter les matières d’origine bio car ils sont biodégradables et biocompatibles. Les propriétés des matériaux peuvent facilement être adaptées à l’aide de techniques de fabrication pour créer des surfaces biocompatibles pour l’assemblage des biomolécules ou pour créer des surfaces hydrophobes comme illustré dans cet exemple.

Vous avez juste regardé Introduction de JoVE aux biomatériaux de soie. Vous devez maintenant comprendre comment prépare-t-on soie et électrofilées en tapis et comment les autres biomatériaux est utilisés dans le domaine de la bio-ingénierie. Merci de regarder.

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE

Applications