Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

התקנים כוללים מסנן אוויר משתלב לא ארוג של חלבונים קורי עכביש רקומביננטי electrospun

Published: May 8, 2013 doi: 10.3791/50492
Automatic Translation
1, 1, 1
1Biomaterials Research Group, University of Bayreuth

Summary

סיבי משי עכביש להציג תכונות מכאניות יוצאות דופן. תכנון הנדסי

Abstract

המבוסס על הרצף הטבעי של Araneus diadematus fibroin 4 (ADF4), חלבון משי עכביש רקומביננטי eADF4 (C16) תוכנן. יש חלבון זה חוזר על עצמו מאוד במשקל מולקולרי של 48kDa והוא מסיס בממסים שונים (hexafluoroisopropanol (HFIP), חומצה פורמית ומאגרים מימיים). eADF4 (C16) מספק פוטנציאל גבוה עבור יישומים טכניים שונים כאשר מעובד למורפולוגיות כגון סרטים, כמוסות, חלקיקים, הידרוג, ציפויים, סיבים ורשתות ארוגים. בשל יציבותם הכימית ומורפולוגיה מבוקרת, ניתן להשתמש באפשרות השנייה כדי לשפר את חומרי סינון. בפרוטוקול זה, אנו מציגים הליך כדי לשפר את היעילות של מכשירי סינון אוויר שונים, על ידי תצהיר של משתלב ארוגים של חלבוני משי עכביש רקומביננטי electrospun. Electrospinning של eADF4 (C16) מומס בתוצאות HFIP בסיבים חלקים. וריאציה של ריכוז החלבון (5-25% w / v) תוצאות בקטרי סיבים שונים (80-1,100 ננומטר) וכך גדלים נקבוביות של הרשת ארוג.

לאחר הטיפול של eADF4 (C16) electrospun מHFIP הוא הכרחי שכן החלבון מציג מבנה המשני בעיקר α-סליל בסיבים טרי הסתובבו, ולכן את הסיבים הם מסיסים במים. טיפול שלאחר מכן עם אתנול אדים גורם להיווצרות עמידה במים, מבני β גיליונות יציבים, שמירה על המורפולוגיה של סיבי משי ורשתות. ניתוח מבנה המשני בוצע באמצעות התמרת אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (FTIR) ופורה שלאחר מכן deconvolution עצמי (FSD).

המטרה העיקרית הייתה לשפר את יעילות הסינון של מצעי מסנן קיים על ידי הוספת שכבות לא ארוגות משי על העליונה. כדי להעריך את ההשפעה של electrospinning משך ועובי שכבת ארוגים וכך על יעילות הסינון, ביצענו בדיקות חדירות אוויר בשילוב עם מדידות בתצהיר של חלקיקים. הניסויים בוצעו על פי תקןפרוטוקולים.

Introduction

בשל השילוב של כוח ויכולת הרחבה שלהם, סיבי משי עכביש יכולים לספוג אנרגיה קינטית יותר ממה שרוב הסיבים טבעיים או סינטטיים 1 אחרים. יתר על כן, בניגוד לחומרים פולימריים הסינתטיים ביותר חומרים רעילים ומשי הם ביולוגית ולא לגרום לתגובה אלרגית כאשר שולבו 2,3. ניתן למנוע סיכונים בריאותיים המשוערת על ידי שימוש בקורי עכביש. תכונות אלו הופכות את קורי עכביש אטרקטיבי ביותר עבור מגוון רחב של יישומים רפואיים וטכניים. מאז עכבישים אינם יכולים להיות מעובדים בשל התנהגות הקניבלית שלהם, שיטות ביוטכנולוגיות פותחו כדי לייצר חלבוני משי עכביש, הן עלות ביעילות ובכמויות מספיקות 4.

חלבון רקומביננטי משי eADF4 (C16) תוכנן על בסיס הרצף הטבעי של Araneus diadematus fibroin 4 (ADF4). eADF4 (C16) יש משקל מולקולרי של 5 48kDa והוא מסיס בממסים שונים (hexafluoroisopropanol (HFIP) 6, חומצה פורמית 7 ומאגרים מימיים) 8. eADF4 (C16) יכול להיות מעובד לתוך מורפולוגיות שונות כגון 9 סרטים, כמוסות 8, חלקיקים 10, 11 הידרוג, ציפויי 7, 12 סיבים ארוגים ומשתלב 6. בשל היציבות הכימית שלהם, שהאחרון לספק פוטנציאל גבוה ביישומי סינון.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי להמציא מכשירי סינון אוויר, כולל רשת ארוג של חלבוני משי עכביש רקומביננטי electrospun. ספינינג electrospinning או אלקטרוסטטי הוא טכניקה מועסקות בדרך כלל לייצור סיבים פולימריים בקטרים ​​בטווח של 10 ננומטר -10 מיקרומטר 13, ומשתלב ארוגים כבר נחקר ליישומי סינון -14. בעבר, electrospinning יושמה בהצלחה לעיבוד של 15 מחדש, כמו גם הפיק recombinantly קורי עכביש 16 כחלבונים. בדרך כלל מתח חשמלי גבוה (ק 5-30) מוחל על מזרק והאלקטרודה נגדית (0-20 קילו וולט) ממוקמת במרחק של 8-20 ס"מ. השדה אלקטרוסטטי החזק גורם לכוחות דחייה בתוך פתרון העמלה. אם מתח הפנים חריגה, קונוס טיילור נוצר, וסילון דק מתפרץ מהקצה 17,18. לאחר היווצרות, אי יציבות כיפוף להתרחש בתוך המטוס גורם למתיחה נוספת כמו מתאדה הממס, וסיבים מוצקים נוצר. לבסוף, הסיבים מופקדים באופן אקראי על האלקטרודה הנגדית כמו רשת לא ארוג 19. מאפייני סיבים כמו קוטר והמשטח טופולוגיה (חלק, נקבובי) הם בעיקר תלויים בפרמטרי פתרון כגון ריכוז, צמיגות, אנרגיה חופשית פני השטח ומוליכות החשמלית הפנימית של הממס וחדירות 20. Electrospinning של eADF4 (C16) מומס בתוצאות HFIP בסיבים חלקים עם קטרים ​​מ80-1,100 ננומטר, בהתאם לריכוז החלבון בתמיסה.eADF4 electrospun (C16) מHFIP מציג מבנה המשני בעיקר α-סליל ואת הסיבים הם מסיסים במים 6. על מנת לייצב את סיבי משי, מבני β גיליונות צריכים להיגרם על ידי טיפול שלאחר מכן עם אתנול. בניגוד לשיטות שנקבעו בעבר שלאחר טיפול 21, במחקר זה eADF4 (C16) בדים לא ארוגים טופלו עם אדי אתנול במטרה לשמר את המורפולוגיה של סיבי משי. ניתוח מבנה המשני בוצע באמצעות התמרת אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (FTIR) ופורה שלאחר מכן deconvolution עצמי (FSD) כפי שמתואר בספרות 22. FSD הוא כלי עיבוד אותות המאפשר רזולוציה של FTIR ספקטרום בהיקף של כמה להקות חופפות. ובכך, ניתן לצמצם את הלהקות המטושטשות שלי רחב בתוך האזור באמצעות לעבור סינון גבוה כדי לקבל ספקטרום deconvoluted עם החלטות שיא משופרות.

על מנת להעריך את EFFiciency של מצעי סינון השלימו עם משתלב ארוגים משי, בדיקות חדירות האוויר בוצעו באמצעות מכשיר Akustron פי פרוטוקולים סטנדרטיים. שיעורים בתצהיר נמדדו באמצעות סייזר חלקיק אוניברסלי Palas.

Protocol

1. ספינינג הכנת סמים

  1. קח lyophilized eADF4 (C16) חלבון.
  2. שוקל 20 מ"ג של eADF4 (C16) בכלי 1 מיליליטר תגובה על ידי שימוש בסולם ברמת דיוק גבוה.
  3. הוסף 200 μl של hexafluoroisopropanol (HFIP) ולאטום את הכלי עם Parafilm.
    הערה: HFIP תנודתי ומזיק ביותר. כפי שהוא יכול לגרום לפגיעה במסלול הנשימה, העבודה מתחת למכסת מנוע בטיחות, פיפטה בזהירות, ומכסה את הצינור.
  4. מערבולת ההשעיה דקות 1 ועוד לנער אותו כדי לנקות את הפתרון. על מנת להבטיח, שכל הכמות של חלבון הוא נמס לגמרי, לחכות במשך הלילה.

2. Electrospinning

  1. הכן את מכשיר electrospinning (איור 1): מקום החומר המסנן על גבי האלקטרודה הנגדית וקבע מראש את המתח של שניהם האלקטרודה (-22.5 קילו וולט) ואת האלקטרודה הנגדית (2.5 קילו וולט). הגדר את זרימת הנפח עד 315 μl / שעה.
    הערה: wHile electrospinning, HFIP הרעיל תהיה התאדה. ודא שמכשיר electrospinning שלך מחובר למכסת מנוע קטר.
  2. קח 20 זמינה מסחרי G מחט ולטחון את הקצה החד עם יד למטחנת אורך שייר של 30 מ"מ. חבר את המחט למזרק 1 מ"ל.
    הערה: קצה מחט מטוס נדרש על מנת לייצר קונוס טיילור מוגדר היטב.
  3. טען את הסמים מסתובבים כולו (200 μl) לתוך המזרק. כיסוי הסמים עם 100 μl של אוויר, על מנת לאפשר פתרון המלא להיות נמתח במהלך תהליך ספינינג.
    הערה: על מנת למנוע סתימה של המחט, לוודא שאין חלקיקים (אגרגטים או זיהומים) בסמי ספינינג. לעבוד תחת מנדף!
  4. צרף את המזרק המלא למשאבת המזרק של מכשיר electrospinning ובזהירות לחץ על הבוכנה המזרק עד טיפה מופיעה בקצה המחט. לנעול את הבוכנה.
  5. הגדר את המרחקבין קצה המחט והאלקטרודה הנגדית ל8-20 ס"מ.
  6. התחל את מזרק המשאבה ולהסיר אגל (בדרך כלל יבש) מפתיחתו של המחט. הפעל את כל מתקני הבטיחות של מכשיר electrospinning מייד ולהתחיל את מקור המתח הגבוה ברגע שאגל חדש מופיע. Electrospinning של הסמים ספינינג יתחיל לאחר מכן. השתמש בשעון עצר כדי לשלוט משך ספינינג.
    הערה: על מנת למנוע התייבשות של תמיסה ובכך סתימה של המחט, יש צורך להתחיל בתהליך ספינינג מייד לאחר הסרת הטיפה מיובשת.
  7. מאז electrospinning של חלבונים רקומביננטיים משי עכביש תלוי בלחות וטמפרטורה, עיבוד של תהליך פרמטרים לכיוון תנאי מעבדה בודדים עשוי להיות נחוץ (איור 2).
    הערה: כדי למנוע מהתייבשות אגל (איור 2) לאפשר לקצב זרימה מספיק. אם יש humidi נמוךטיי באווירה שמסביב, להתאים את הלחות היחסית או להעלות את קצב הזרימה. מנמיכים את המתח עד לקונוס טיילור תקין מתרחש (איור 2 א). כאשר אין פתרון בקצה (איור 2 ג), להעלות את קצב הזרימה ולהפחית את המתח עד טיפה מתרחשת. לאחר מכן להתאים מתח כדי להקים טיילור קון קבוע והיציב (איור 2 א).
  8. לאחר 30 שניות / 60 שניות / 90 שניות של electrospinning לכבות את משאבת המזרק. על מנת להימנע מטיפין נופלות, לחכות 10 שניות לפני כיבוי מקור המתח הגבוה כדי לשחרר את הלחץ שיורית במזרק.
  9. צעדי 6 עד 8 יכולים להתבצע על סוגים שונים של חומרי סינון, כגון פוליאמיד, פוליפרופילן ומשתלב ארוגים פוליאסטר, כמו גם נייר שחור להשוואה.
  10. כדי לייצר רשת לא ארוג לניסויי יציבות שלאחר מכן, השתמש בנייר שחור במקום חומר מסנן ולבצע שלבים 5 עד 7. לאחר 5 דקות של electrospinning, להפסיקהתהליך כפי שתואר בשלב 8.

3. לאחר הטיפול של meshes לא ארוגים משי

  1. מראש לחום תנור ל -60 מעלות צלזיוס
  2. מניחים את מצעי הסינון עם eADF4 (C16) אנכי משתלב וארוג במרחק מינימאלי של 2 ס"מ במכל זכוכית הניתנת לנעילה. המכל צריך להיות שני פתחים שישמשו כדי להציג אתנול ומים לאחר מכן.
    הערה: כשתקן את חומרי הסינון, ודא שהאזור הדרוש לניסויי חדירות לא ניזוק על ידי מהדק.
  3. חבר את שני מזרקים 60 מ"ל, אחד מלא באתנול ואחד מלא במים, עם צינורות סיליקון המצביעים לתוך החלק התחתון הפנימי של המכל לאחר הטיפול (איור 3).
    הערה: על מנת להיות מסוגל להסיר את הנוזל מהמכל לאחר הטיפול, למקם את הפתחים של הצינורות הקרובים ככל האפשר לתחתית.
  4. הנח את המכל שלאחר הטיפול בOVצמוד ולהוסיף 60 מ"ל של אתנול על ידי extruding המזרק. השתמש בשעון עצר כדי לשלוט משך טיפול.
  5. לאחר 90 דקות של טיפול באדי אתנול, להסיר אתנול עם המזרק מהזכוכית, ולהוסיף 60 מ"ל של מים מהמזרק השני.
  6. לחכות לעוד 90 דקות, ולאחר מכן להסיר את המים ולכבות את התנור. על מנת להימנע מטיפין על ידי עיבוי, להשאיר את המכל בתנור עד שהוא מתקרר לחלוטין.

4. ניתוח של meshes לא ארוגים קורי העכביש

  1. הכן את משתלב ארוגים משי לבדיקות יציבות על נייר שחור או כל תמיכה נשלף אחרת. לחתוך שתי מסגרות מקרטון ולהתאים את הסרט דביק כפול דביק. לחץ פריים אחד על הרשת ארוג משי שהופקד על נייר שחור ולהשתמש אזמל כדי לחתוך את עודף סיבי משי (לשמור את הסיבים העודפים להמשך SEM הדמיה). להסיר את המסגרת בזהירות כדי לנתק את ארוג מהנייר. חזור על פעולה זו עם המסגרת השנייה(איור 4).
  2. מבחן מעשי טבילה: חותכי חתיכה (1 ס"מ 2) של כל אחד, רשת ארוג משי לאחר שטופלה ולא טופל ולטבול אותו לתוך המים deionized. הרשת ארוג המשי שאינו המטופל באופן מיידי תתמוסס, ואילו הרשת לא ארוגים המטופלים תהיה יציבה (איור 5). לאחר הטבילה, לייבש המדגם טבל ולהכין אותו להדמית SEM.
  3. התמרת אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (FTIR), מדידה ופורה deconvolution עצמי (FSD) הבאה: העברה: על מנת לקבל מידע על השינויים המבניים של חלבוני משי על שלאחר הטיפול של משתלב ארוגים, ניתן ליישם FTIR באמצעות הפרמטרים מצב, סריקה מ 800 עד 4,000 ס"מ -1, 60 הצטברויות נמדדות בממוצע עבור כל ספקטרום, התייחסות אחת נמדדת לספקטרום. לניתוח כמותי של הנתונים, יכול להיות מועסק FSD (איור 6, איור 7). וכך, את הקימורים מופחתים לAR נתוניםEA בין 1590 ו 1705 ס"מ -1 ותיקון בסיסי הוא מבוצע. כושר לפחות כיכר מקומית מחושב על פי עמדות השיא שנלקחו ממחקרים קודמים (1611, 1619, 1624, 1630, 1640, 1650, 1659, 1666, 1680, 1691, 1698 ס"מ -1) 22.
  4. SEM הדמיה: SEM יכולה להיות מיושמת לחקור קטרי סיבים ומורפולוגיה של סיבי משי על מצעי סינון שונים ולנתח את ההשפעה של שלאחר הטיפול במורפולוגיה הסיבים (איור 8). השתמש בהגדלה של 5,000 x 25,000 X על מנת לקבל תמונות מפורטות במידה מספקת.

5. קביעת חדירות האוויר

  1. הנח חלק הולם נכון של החומר המסנן באזור המדידה של מכשיר חדירות אוויר Akustron. הערה :: אם אתה משתמש בסוג אחר של מכשיר חדירות אוויר, לוודא שהוא עומד בדרישות של DIN 53 887, 120 53 DIN, ISO 9237 וסטנדרטים ASTM D 737-96.
  2. מעסיק מכשיר חדירות אוויר Akustron (או כל דבר אחר כמתואר ב5.1). אם יש צורך לחשב את נתוני normed [L / (מ 'X 2 שניות)].
  3. חזור על שלבי 1 ו -2 לפחות 10 פעמים בחלקים שונים של המדגם שלך ולחשב את אמצע אריתמטי (איור 9).
    הערה: חדירות אוויר מדידה דורשת מגע של המכשיר ורשת לא ארוג. לפיכך, טיפול זהיר של הדגימות הוא חיוני כדי למנוע קרע של הרשת ארוג משי העדין.

6. קביעת יעילות סינון

  1. השתמש במכונה נכונה עם שליטה בלחץ נגדי וחלקיקים, כגון חלקיק סייזר אוניברסלי (Palas GmbH, קרלסרוהה, גרמניה).
  2. מניחים את דגימות הסינון בהחזקת המכשיר ולמדוד חלקיקים (איור 10). תרסיס: Di-אתיל-hexyl-sebacat (DEHS); גודל חלקיקים: 0.3-3 מיקרומטר, משך: 30 שניות; מהירות נוזל: 2350 ס"מ / שניות; זרימת אוויר: 3,400 מ '3 / שעה.
    שים לב: ידית המדגם בזהירות ולא לגעת במשטח, כדי למנוע הרס של הרשת ארוג ולהימנע מכל זיהום. הקפד ליצור מספיק דוגמאות של איכות שווה למדידות ביצועים.

Representative Results

Electrospinning של פתרונות עכביש משי רקומביננטי בריכוזים של 10% W / V מHFIP הביאה סיבים חלקים עם קטרים ​​הנעים 80-120 ננומטר, מה שמאפשר את היווצרות משתלב ארוגים. לאחר הטיפול עם אתנול אדים לא הוביל לשינויים מורפולוגיים בולטים, מה שהיה, אם כן, שהוקם כדרך נאותה של משי שלאחר טיפול לא ארוג (איור 8). שינויים מבניים התגלו באמצעות FT-IR וFSD הבא שלי בין להקות בוצעו לנתח פסגות תרומה יחידה (איור 6). זה יכול להיות הראה כי לאחר הטיפול מוביל לעלייה במבני β גיליונות, ואילו התוכן של מבני סליל האקראיים α-und סליל יורד (איור 7). תוצאה זו יכולה להיות מוכחת על ידי טבילה כמעט הודעה שטופלה-ארוג לתוך מים (איור 5). גם לאחר שבוע אחד, לא פירוק של הרשת ארוג יתרחש.

ספינינג duמנה היא הפרמטר החשוב ביותר הנוגע ליישום של בדים לא ארוגים משי בחומרי סינון בשל ירידה בלחץ המבוססת על הצפיפות הגוברת של סיבי electrospun. und המורחב ספינינג המשכים כך מספר גבוה יותר של תוצאת שכבות סיבים בירידה הדרגתית של חדירות אוויר. השפעה זו ניתן הייתה לזהות עבור כל חומרי מצע הסינון שונים לפני ואחרי שלאחר הטיפול (איור 9). כמו כן, את יעילות הסינון של חומרי הסינון המכילים משי של עליות חלקיקים תת מיקרומטר (איור 10). בעוד משכים ספינינג קצר (30 שניות) להשיג יעילות נמוכה סינון, משכי ספינינג גבוהים יותר (90 שניות) להוביל יעילות גבוהה יותר.

איור 1
איור 1. מתח חשמלי גבוה (0-30 קילו וולט) אני ים יחול על מזרק מלא בפתרון ממשי, והאלקטרודה נגדית (0-20 קילו וולט) ממוקמת במרחק של 8-20 ס"מ. הגדרה זו מובילה לשדה אלקטרוסטטי חזק, גרימת כוחות דחייה בתוך פתרון העמלה. אם מתח הפנים חריגה, קונוס טיילור נוצר, וסילון דק מתפרץ מהקצה. לאחר היווצרות, אי יציבות כיפוף להתרחש בתוך המטוס גורם למתיחה נוספת כמו מתאדה הממס, וסיבים מוצקים נוצר. לבסוף, הסיבים מופקדים באופן אקראי על האלקטרודה הנגדית בצורה של רשת ארוג.

איור 2
איור 2. תצלומים של טיילור קונוס רגיל (), טיפה יבשה (ב '), והתקנה ללא אגל (C).

iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg "/>
הליך סכמטי 3. איור במהלך אדים שלאחר טיפול. בשלב הראשון, התא מתמלא אתנול, והמדגם מאודה על 60 מעלות צלזיוס למשך 90 דקות. כדי לרכך את משתלב לא ארוג לטיפול שלאחר מכן, אתנול מוסר ואת הסיבים מאודים עם אדי מים עבור 90 דקות ב 60 ° C. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

איור 4
איור 4. תצלום של מסגרת קרטון עם משתלב ארוגים משי מצורף שישמש שללאחר טיפול.

איור 5
איור 5. Electrospהאו"ם ולאחר מכן הודעה שטופל-nonwoven במצב יבש () ומתחת למים (ב ').

איור 6
איור 6. ספקטרום הספיגה עצמי deconvoluted פורייה של האמידה להקה של מטופל (א) ולאחר שטופל (ב ') עכביש משי ארוג רשת. הקו המוצק מציג את הלהקה כתוצאה מספיגת פסגות התרומה יחידה (קווים מקווקווים) כפי שנגזר לאחר deconvolution. המשימה של עקומות בהתאמה התבססה על ערכים שפורסמו בעבר מהספרות 22. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

איור 7 T-width = "5IN" עבור: src = "/ files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg" src = "/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg" />
איור 7. תוכן מבנה שניוני של משתלב ארוגים שאינם מטופלים ולאחר שטופל eADF4 (C16).

איור 8
איור 8. תמונות SEM של electrospun eADF4 (C16) סיבים על מצעי סינון שונים: פוליאמיד (PA), סיבי פוליאסטר (PE), פוליפרופילן (PP) והטהור eADF4 (C16) לפני (S1) ואחרי (S2) שלאחר טיפול עם אדי אתנול. לחץ כאן לצפייה בדמות גדולה.

/ Ftp_upload/50492/50492fig9.jpg "/>
9. בדיקות חדירות אוויר איור, לפני () ואחרי שלאחר הטיפול (ב) לחוק משתלב ארוגים המשי עם אדי אתנול, פעמים ספינינג הגדלת להוביל לשכבות ארוגים יותר לאחר מכן מורידות את חדירות האוויר.

איור 10
איור 10. יעילות סינון של אירוסול di-אתיל-hexyl-sebacat במשתלב electrospun עכביש משי ארוג על חומרי סינון פוליאמיד במשכי זמן שונים, המשפיעים על ספינינג כמות שכבת משי, לאחר שלאחר טיפול עם אתנול.

Discussion

מכשירי סינון חדשים אמורים לאפשר הפחתת צריכת האנרגיה הכוללת בסינון אוויר ביעילות סינון קבוע או גבוהה יותר. הנה, מכשירים כאלה נוצרו באמצעות בדים לא ארוגים עשויים קורי עכביש. בשל מתח הפנים הנמוך שלה ותנודתיות גבוהה, HFIP נבחר כממיס מתאים לתהליך electrospinning. יתר על כן, פתרונות משי מימיים נבדקו בניסויים קודמים, אך לא סיבים יכולים להיות שנוצרו. הנה, זה יהיה חיוני לשימוש תוספים על מנת להוריד את מתח פנים ובכך לשפר את מאפייני ספינינג של הפתרון. השלב הקריטי ביותר הוא להתאים את התנאים ואת ריכוז החומר המשמש וממס של פתרון ספינינג, ספינינג גובה, מתח ומהירות שחול. במהלך הופעה, למשל סתימה של הקצה ניתן למנוע על ידי אספקת קצה המחט עם לחות בצורה של אדי מים, אך כל סוג של תוספות בהתקנת electrospinning עלול להפריע בהמשךתהליך רגיש ושדה חשמלי. תהליך פרמטרים חיוניים (ריכוז, מתח, מרחק, לחות) בנפרד נקבעו ביצוע סדרת ניסויים נפרד (מידע לא מוצג). אם ניקח את כל הפרמטרים בחשבון זה הוא חיוני כדי לטפל בקונוס טיילור רציף ותהליך ספינינג כדי ליצור סיבים אחידים.

יעילות המסנן היא אחד הפרמטרים החשובים ביותר של חומרי סינון. פרמטר זה מושפע בעיקר מהמבנה של החומר המסנן. Wovens יירש גודל נקבובית אחיד וחדירות אוויר לאחר מכן עולות בקנה אחד. זה חיוני כדי ליצור משתלב ארוגים הומוגניות על חומרי תבניות אלה כדי למלא את הנקבוביות וליצור מסנן אפס פגם. יעילות המסנן במסננים שלנו מציגה את תלות ישירה על משך ספינינג (של חלבוני המשי), ולכן, במספר שכבות רשת ארוגים. הפערים בין סיבים בודדים מלאים באופן עקבי, מה שמאפשר השמירה of חלקיקים קטנים יותר.

בעבודה זו אנו הצגנו שיטה לייצור חומר מסנן רומן עם משתלב לא ארוגים קורי העכביש, המציגים את יעילות סינון גבוהה. לכן, מסננים אלה הם מועמדים מבטיחים לשימוש בעתיד במערכות סינון אוויר.

Disclosures

יש לנו מה למסור.

Acknowledgments

אנו בתודה להכיר תמיכה הטכנית ומדעית של אניה לאוטרבך (Lehrstuhl Biomaterialien), לורנץ Summa (סנדלר AG) וארמין Boeck (B / S / H / G). SEM-ההדמיה בוצעה על ידי יוהנס דיהל (Lehrstuhl Biomaterialien). מימון נבע מBMBF (01RB0710).

References

  1. Gosline, J. M., Guerette, P. A., Ortlepp, C. S., Savage, K. N. The mechanical design of spider silks: From fibroin sequence to mechanical function. J. Exp. Biol. 202, 3295-3303 (1999).
  2. Vollrath, F., Basedow, A. B. P., Engström, W., List, H. Local tolerance to spider silks and protein polymers in vivo. In Vivo. 16, 229-234 (2002).
  3. Allmeling, C., et al. Spider silk fibres in artificial nerve constructs promote peripheral nerve regeneration. Cell Prolif. 41, 408-420 (2008).
  4. Huemmerich, D., Helsen, C. W., et al. Primary structure elements of spider dragline silks and their contribution to protein solubility. Biochemistry. 43, 13604-13612 (2004).
  5. Huemmerich, D., Slotta, U., Scheibel, T. Processing and modification of films made from recombinant spider silk proteins. Appl. Phys. a-Mater. 82, 219-222 (2006).
  6. Leal-Egana, A., Lang, G., et al. Interactions of Fibroblasts with Different Morphologies Made of an Engineered Spider Silk Protein. Adv. Eng. Mater. 14, 67-75 (2012).
  7. Wohlrab, S., Spiess, K., Scheibel, T. Varying surface hydrophobicities of coatings made of recombinant spider silk proteins. J. Mater. Chem. 22, 22050-22054 (2012).
  8. Hermanson, K. D., Huemmerich, D., Scheibel, T., Bausch, A. R. Engineered microcapsules fabricated from reconstituted spider silk. Adv. Mater. 19, 1810-1815 (2007).
  9. Spiess, K., Wohlrab, S., Scheibel, T. Structural characterization and functionalization of engineered spider silk films. Soft Matter. 6, 4168-4174 (2010).
  10. Slotta, U. K., Rammensee, S., Gorb, S., Scheibel, T. An engineered spider silk protein forms microspheres. Angew. Chem.-Int. Edit. 47, 4592-4594 (2008).
  11. Schacht, K., Scheibel, T. Controlled hydrogel formation of a recombinant spider silk protein. Biomacromolecules. 12, 2488-2495 (2011).
  12. Exler, J. H., Hummerich, D., Scheibel, T. The amphiphilic properties of spider silks are important for spinning. Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 3559-3562 (2007).
  13. Sundaray, B., Subramanian, V., et al. Electrospinning of continuous aligned polymer fibers. Appl. Phys. Lett. 84, 1222 (2004).
  14. Van Hulle, S. W. H., Bjorge, D., et al. Performance assessment of electrospun nanofibers for filter applications. Desalination. 249, 942-948 (2009).
  15. Zhou, S. B., Peng, H. S., et al. Preparation and characterization of a novel electrospun spider silk fibroin/poly(D,L-lactide) composite fiber. J. Phys. Chem. B. 112, 11209-11216 (2008).
  16. Stephens, J. S., Fahnestock, S. R., et al. Effects of electrospinning and solution casting protocols on the secondary structure of a genetically engineered dragline spider silk analogue investigated via fourier transform Raman spectroscopy. Biomacromolecules. 6, 1405-1413 (2005).
  17. Greiner, A., Wendorff, J. H. Electrospinning: a fascinating method for the preparation of ultrathin fibers. Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 5670-5703 (2007).
  18. Smit, E., Buttner, U., Sanderson, R. D. Continuous yarns from electrospun fibers. Polymer. 46, 2419-2442 (2005).
  19. Teo, W. E., Ramakrishna, S. A review on electrospinning design and nanofibre assemblies. Nanotechnology. 17, 89-106 (2006).
  20. Greiner, A., Wendorff, J. H., Yarin, A. L., Zussman, E. Biohybrid nanosystems with polymer nanofibers and nanotubes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 71, 387-393 (2006).
  21. Spiess, K., Lammel, A., Scheibel, T. Recombinant spider silk proteins for applications in biomaterials. Macromolecular Biosciences. 10, 998-1007 (2010).
  22. Hu, X., Kaplan, D., Cebe, P. Determining beta-sheet crystallinity in fibrous proteins by thermal analysis and infrared- spectroscopy. Macromolecules. 39, 6161-6170 (2006).

Tags

Bioengineering גיליון 75 ביוכימיה כימיה מדע חומרים ביולוגיה מולקולרית ביולוגיה תאית חלבונים ננוטכנולוגיה חומרים (כללי) טיפול בחומרים nanodevices (מכאני) ניתוח מבני עכביש משי electrospinning microfibers לא ארוג מסנן רשת חומרים ביולוגיים
התקנים כוללים מסנן אוויר משתלב לא ארוג של חלבונים קורי עכביש רקומביננטי electrospun
Play Video
PDF DOI

Cite this Article

Lang, G., Jokisch, S., Scheibel, T.… More

Lang, G., Jokisch, S., Scheibel, T. Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins. J. Vis. Exp. (75), e50492, doi:10.3791/50492 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter