Summary
मकड़ी के रेशम फाइबर असाधारण यांत्रिक गुण प्रदर्शित करते हैं. इंजीनियर
Abstract
Araneus diadematus फ़ाइब्राइन 4 (ADF4), पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क प्रोटीन eADF4 के प्राकृतिक दृश्य पर आधारित (C16) अंजाम दिया गया है. यह अत्यधिक दोहराव प्रोटीन 48kDa के एक आणविक भार है और (hexafluoroisopropanol (HFIP), फार्मिक एसिड और जलीय बफ़र्स) विभिन्न सॉल्वैंट्स में घुलनशील है. eADF4 (C16) जैसी फ़िल्मों, कैप्सूल, कण, हाइड्रोजेल, कोटिंग्स, फाइबर और nonwoven meshes के रूप morphologies में संसाधित जब विभिन्न तकनीकी अनुप्रयोगों के लिए एक उच्च क्षमता प्रदान करता है. उनकी रासायनिक स्थिरता और नियंत्रित आकारिकी के कारण, बाद फिल्टर सामग्री में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस प्रोटोकॉल में, हम electrospun पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क प्रोटीन की nonwoven meshes के बयान से, विभिन्न हवा फिल्टर उपकरणों की दक्षता बढ़ाने के लिए एक प्रक्रिया मौजूद है. चिकनी फाइबर में HFIP परिणाम में भंग eADF4 (C16) के Electrospinning. अलग फाइबर व्यास (80-1,100 एनएम) और में प्रोटीन एकाग्रता की भिन्नता (5-25% w / वी) परिणामnonwoven के जाल में इस प्रकार ताकना आकार.
प्रोटीन हौसले काता तंतुओं में एक मुख्य रूप से α-पेचदार माध्यमिक संरचना को प्रदर्शित करता है के बाद से HFIP से eADF4 (C16) electrospun के बाद इलाज के लिए आवश्यक है, और इसलिए फाइबर पानी में घुलनशील हैं. इथेनॉल वाष्प के साथ बाद में उपचार रेशम फाइबर और meshes की आकारिकी संरक्षण जल प्रतिरोधी, स्थिर β पत्र संरचनाओं के गठन को प्रेरित करता है. माध्यमिक संरचना विश्लेषण फूरियर अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) और बाद में फूरियर स्वयं deconvolution (FSD) का उपयोग किया गया था.
प्राथमिक लक्ष्य शीर्ष पर रेशम nonwoven परतों जोड़कर मौजूदा फिल्टर substrates के फिल्टर दक्षता में सुधार करने के लिए किया गया था. अवधि electrospinning के प्रभाव और फिल्टर दक्षता पर इस प्रकार nonwoven परत मोटाई का मूल्यांकन करने के लिए, हम कण बयान माप के साथ संयोजन में हवा पारगम्यता परीक्षण किया. प्रयोगों के मानक के अनुसार किया गयाप्रोटोकॉल.
Introduction
ताकत और विस्तार के अपने संयोजन के कारण, मकड़ी के रेशम फाइबर सबसे अन्य प्राकृतिक या सिंथेटिक फाइबर 1 से अधिक गतिज ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं. इसके अलावा, सबसे सिंथेटिक polymeric सामग्री के विपरीत रेशम सामग्री nontoxic और biocompatible रहे हैं और 2,3 शामिल जब कोई एलर्जी की प्रतिक्रिया का कारण. ख्यात स्वास्थ्य जोखिमों मकड़ी सिल्क का उपयोग करने से रोका जा सकता है. इन सुविधाओं चिकित्सा और तकनीकी आवेदनों की एक किस्म के लिए मकड़ी के रेशम अत्यधिक आकर्षक बनाते हैं. मकड़ियों उनके नरभक्षी व्यवहार के कारण खेती नहीं हो सकता है, जैव प्रौद्योगिकी विधियों दोनों लागत कुशलता और पर्याप्त मात्रा 4 में, मकड़ी सिल्क प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए विकसित किया गया है.
पुनः संयोजक रेशम प्रोटीन eADF4 (C16) Araneus diadematus फ़ाइब्राइन 4 (ADF4) के प्राकृतिक दृश्य के आधार पर अंजाम दिया गया है. eADF4 (C16) 48kDa 5 का एक आणविक भार है और (hexafluorois विभिन्न सॉल्वैंट्स में घुलनशील हैopropanol (HFIP) 6, फार्मिक एसिड 7 और जलीय बफ़र्स) 8. eADF4 (C16) जैसी फ़िल्मों 9, कैप्सूल 8, कणों 10, हाइड्रोजेल 11, कोटिंग्स 7, फाइबर 12 और nonwoven meshes के रूप में 6 अलग morphologies में संसाधित किया जा सकता है. उनकी रासायनिक स्थिरता के कारण, बाद फिल्टर अनुप्रयोगों में उच्च क्षमता प्रदान करते हैं.
यहाँ, हम electrospun पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क प्रोटीन की एक nonwoven जाल सहित एयर फिल्टर उपकरणों के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं. Electrospinning या electrostatic कताई आम तौर पर पहले से ही फिल्टर अनुप्रयोगों 14 के लिए जांच की गई 10 एनएम -10 माइक्रोन 13, और nonwoven meshes की श्रृंखला में व्यास के साथ बहुलक फाइबर के उत्पादन के लिए कार्यरत एक तकनीक है. अतीत में, electrospinning सफलतापूर्वक साथ ही recombinantly उत्पादित 16 मकड़ी सिल्क के रूप में पुनर्जीवित 15 के प्रसंस्करण के लिए लागू किया गया हैप्रोटीन. आम तौर पर एक उच्च बिजली वोल्टेज (5-30 केवी) एक सिरिंज और 8-20 सेमी की दूरी में रखा एक काउंटर इलेक्ट्रोड (0-20 केवी) के लिए आवेदन किया है. मजबूत electrostatic क्षेत्र का आरोप लगाया समाधान के भीतर प्रतिकारक बलों को प्रेरित करता है. सतह तनाव को पार कर जाता है, तो एक टेलर शंकु का गठन, और एक पतली जेट टिप 17,18 से गूँज उठता है. गठन के बाद, झुकने अस्थायित्व आगे विलायक उड जाती खींचने के कारण जेट के भीतर होते हैं, और एक ठोस फाइबर का गठन किया है. अंत में, फाइबर बेतरतीब ढंग से एक nonwoven जाल के रूप में 19 काउंटर इलेक्ट्रोड पर जमा है. व्यास और सतह टोपोलॉजी (झरझरा, चिकनी) जैसे फाइबर गुण ऐसे एकाग्रता, चिपचिपाहट, सतह मुक्त ऊर्जा और विलायक के आंतरिक विद्युत चालकता और पारगम्यता के रूप में 20 समाधान मापदंडों पर मुख्य रूप से निर्भर हैं. समाधान में प्रोटीन एकाग्रता पर निर्भर करता है 80-1,100 एनएम से व्यास के साथ चिकनी फाइबर में HFIP परिणाम में भंग eADF4 (C16) के Electrospinning.HFIP से eADF4 (C16) electrospun एक मुख्यतः α-पेचदार माध्यमिक संरचना को प्रदर्शित करता है और फाइबर पानी 6 घुलनशील हैं. रेशम फाइबर को स्थिर करने के लिए, β पत्र संरचनाओं इथेनॉल के साथ बाद में उपचार द्वारा प्रेरित किया जाना है. पहले से स्थापित के बाद इलाज के तरीकों 21 के विपरीत, इस अध्ययन eADF4 (C16) nonwovens में रेशम फाइबर के आकारिकी की रक्षा के क्रम में इथेनॉल वाष्प के साथ इलाज किया गया है. माध्यमिक संरचना विश्लेषण साहित्य 22 में वर्णित के रूप में फूरियर अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) और बाद में फूरियर स्वयं deconvolution (FSD) का उपयोग किया गया था. FSD FTIR स्पेक्ट्रा का संकल्प कई अतिव्यापी बैंड से मिलकर की अनुमति देता है कि एक संकेत प्रसंस्करण उपकरण है. इस प्रकार, मैं क्षेत्र के बीच व्यापक की अस्पष्ट बैंड सुधार शिखर संकल्प के साथ एक deconvoluted स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए एक उच्च पास फिल्टर का उपयोग कर संकुचित किया जा सकता है.
Eff के मूल्यांकन करने के लिएरेशम nonwoven meshes के साथ पूरित फिल्टर substrates के iciency, हवा पारगम्यता परीक्षण मानक प्रोटोकॉल के अनुसार एक Akustron डिवाइस का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया. जमा दरों में एक पलस सार्वभौमिक कण आकार मापक का उपयोग कर मापा गया.
Protocol
1. डोप तैयारी स्पिनिंग
- EADF4 (C16) प्रोटीन lyophilized लो.
- एक उच्च परिशुद्धता पैमाने का उपयोग करके एक 1 मिलीलीटर प्रतिक्रिया पोत में eADF4 (C16) के 20 मिलीग्राम वजन.
- Hexafluoroisopropanol (HFIP) के 200 μl जोड़ें और Parafilm के साथ पोत सील.
ध्यान दें: HFIP अत्यधिक अस्थिर और हानिकारक है. यह ध्यान से एक सुरक्षा हुड, पिपेट तहत श्वसन ट्रैक, काम में नुकसान का कारण, और ट्यूब टोपी सकते हैं. - भंवर 1 मिनट के लिए निलंबन और आगे समाधान स्पष्ट करने के लिए इसे हिला. यह सुनिश्चित करने के लिए, प्रोटीन की पूरी राशि पूरी तरह भंग है कि, पर रात इंतजार.
2. Electrospinning
- जगह काउंटर इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोड (-22.5 केवी) और काउंटर इलेक्ट्रोड (2.5 केवी) के दोनों पूर्व निर्धारित वोल्टेज के शीर्ष पर फिल्टर सामग्री: electrospinning डिवाइस (चित्रा 1) तैयार करें. 315 μl / घंटा के लिए प्रवाह की मात्रा निर्धारित करें.
नोट: डब्ल्यूhile electrospinning, विषाक्त HFIP सुखाया जाएगा. अपने electrospinning डिवाइस एक धूआं हुड से जुड़ा है सुनिश्चित करें. - एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 20 जी सुई ले लो और 30 मिमी की एक अवशिष्ट लंबाई के लिए एक हाथ की चक्की के साथ तेज टिप पीस. एक 1 मिलीलीटर सिरिंज से सुई से कनेक्ट करें.
नोट: एक विमान सुई टिप एक अच्छी तरह से परिभाषित टेलर शंकु उत्पन्न करने के लिए आवश्यक है. - सिरिंज में पूरे कताई डोप (200 μl) लोड. पूर्ण समाधान कताई प्रक्रिया के दौरान extruded होने की अनुमति देने के लिए, हवा के 100 μl के साथ डोप ढ़कें.
नोट: सुई के clogging से बचने के क्रम में, कताई डोप में कोई कण (समुच्चय या दोष) कर रहे हैं सुनिश्चित करें. एक धूआं हुड के तहत काम करते हैं! - Electrospinning डिवाइस की सिरिंज पंप से भरी सिरिंज देते हैं और एक छोटी बूंद सुई की नोक पर दिखाई देता है जब तक ध्यान से सिरिंज पर पिस्टन दबाएँ. पिस्टन लॉक करें.
- दूरी सेटसुई की नोक और 8-20 सेमी करने के लिए काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच.
- सिरिंज पंप शुरू करें और सुई के उद्घाटन से (आमतौर पर बाहर सूख) छोटी बूंद हटा दें. तुरंत electrospinning डिवाइस के सभी सुरक्षा प्रतिष्ठानों को सक्रिय करने और के रूप में जल्द ही एक नई छोटी बूंद प्रकट होता है के रूप में उच्च वोल्टेज स्रोत शुरू. कताई डोप के Electrospinning बाद में शुरू होगा. कताई अवधि को नियंत्रित करने के लिए एक स्टॉपवॉच का प्रयोग करें.
नोट: समाधान के बाहर सुखाने से बचने और इस तरह सुई के clogging के क्रम में, यह तुरंत सूख छोटी बूंद को हटाने के बाद कताई प्रक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक है. - पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क प्रोटीन की electrospinning के बाद नमी और तापमान पर निर्भर करता है, व्यक्तिगत प्रयोगशाला परिस्थितियों के प्रति प्रक्रिया मापदंडों के एक अनुकूलन (चित्रा 2) के लिए आवश्यक हो सकता है.
नोट: एक पर्याप्त प्रवाह दर सक्षम (चित्रा 2B) सूखने से छोटी बूंद को रोकने के लिए. एक कम humidi अगर वहाँty के आसपास के वातावरण में, सापेक्ष आर्द्रता समायोजित या प्रवाह की दर बढ़ा. एक उचित टेलर शंकु तब होता है जब तक कि वोल्टेज कम (2A चित्रा). टिप (चित्रा -2) पर कोई समाधान नहीं है, जब प्रवाह की दर बढ़ाने के लिए और एक छोटी बूंद तब होता है जब तक कि वोल्टेज कम. फिर एक नियमित और स्थिर टेलर कोन (2A चित्रा) स्थापित करने के लिए वोल्टेज समायोजित. - 30 सिरिंज पंप बंद स्विच electrospinning के सेकंड / 60 सेकंड / 90 सेकंड के बाद. गिरने बूंदों से बचने के लिए, सिरिंज में अवशिष्ट दबाव जारी करने के लिए उच्च वोल्टेज स्रोत को बंद करने से पहले 10 मिनट रुको.
- कदम 6 से 8 ऐसे तुलना के लिए पॉलियामाइड, polypropylene और पॉलिएस्टर nonwoven मेश, साथ ही काले कागज के रूप में फिल्टर सामग्री, के विभिन्न प्रकार पर किया जा सकता है.
- बाद में स्थिरता के प्रयोगों के लिए एक nonwoven जाल उत्पादन करने के लिए, फिल्टर सामग्री के बजाय काले कागज का उपयोग करें और 5 7 चरणों का प्रदर्शन करते हैं. Electrospinning के 5 मिनट के बाद, रोकप्रक्रिया के रूप में चरण 8 में वर्णित है.
3. सिल्क Nonwoven meshes के बाद इलाज
- 60 से पूर्व गर्मी एक ओवन डिग्री सेल्सियस
- EADF4 (C16) nonwoven मेश खड़ी साथ और एक lockable ग्लास कंटेनर में 2 सेमी की एक न्यूनतम दूरी के साथ फिल्टर substrates के रखें. कंटेनर बाद में इथेनॉल और पानी शुरू करने के लिए उपयोग किया जाएगा कि दो उद्घाटन होना चाहिए.
नोट: फिल्टर सामग्री फिक्सिंग करते हैं, पारगम्यता प्रयोगों के लिए आवश्यक क्षेत्र clamps के द्वारा क्षतिग्रस्त नहीं है कि सुनिश्चित करें. - बाद इलाज कंटेनर के इंटीरियर नीचे (चित्रा 3) में इशारा करते हुए सिलिकॉन ट्यूब के साथ दो 60 मिलीलीटर सीरिंज, इथेनॉल से भरा एक और पानी से भरा एक, कनेक्ट करें.
नोट: उपचार के बाद कंटेनर से तरल को दूर करने में सक्षम होने के लिए, के रूप में बंद के रूप में संभव नीचे से पाइप के उद्घाटन जगह है. - ओवर्स में बाद इलाज कंटेनर रखेंएन और सिरिंज extruding द्वारा इथेनॉल के 60 मिलीलीटर जोड़ें. उपचार की अवधि को नियंत्रित करने के लिए एक स्टॉपवॉच का प्रयोग करें.
- इथेनॉल वाष्प उपचार के 90 मिनट के बाद, कांच से सिरिंज से इथेनॉल हटाने, और दूसरा सिरिंज से पानी की 60 मिलीलीटर जोड़ें.
- एक और 90 मिनट के लिए रुको, तो पानी निकालने और ओवन बंद. यह पूरी तरह से ठंडा हो गया जब तक संक्षेपण द्वारा बूंदों से बचने के लिए, ओवन में कंटेनर छोड़ दें.
4. स्पाइडर सिल्क Nonwoven Meshes का विश्लेषण
- काले कागज या किसी भी अन्य हटाने योग्य समर्थन पर स्थिरता परीक्षण के लिए रेशम nonwoven मेश तैयार. गत्ते के बाहर दो फ्रेम कट और डबल चिपचिपा चिपकने वाला टेप समायोजित. रेशम nonwoven के जाल पर एक फ्रेम काले कागज जमा पर प्रेस और रेशम फाइबर (SEM इमेजिंग बाद के लिए अतिरिक्त फाइबर रखने) की अतिरिक्त कटौती बंद करने के लिए एक स्केलपेल का उपयोग करें. ध्यान से पेपर से nonwoven अलग करने के क्रम में फ्रेम को हटा दें. दूसरे फ्रेम के साथ इस चरण को दोहराएँ(चित्रा 4).
- प्रैक्टिकल डुबकी परीक्षण: प्रत्येक का एक टुकड़ा (1 सेमी 2), बाद के इलाज और गैर इलाज रेशम nonwoven जाल कट और विआयनीकृत पानी में डुबकी. इलाज nonwoven जाल (चित्रा 5) स्थिर हो जाएगा, जबकि गैर इलाज रेशम nonwoven जाल तुरंत भंग करेंगे. सूई के बाद, डूबा नमूना सूखी और SEM इमेजिंग के लिए तैयार.
- फूरियर अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) माप और बाद फूरियर स्वयं deconvolution (FSD): nonwoven meshes के बाद इलाज पर रेशम प्रोटीन के संरचनात्मक परिवर्तनों के बारे में जानकारी हासिल करने के लिए, FTIR मापदंडों का उपयोग कर लागू किया जा सकता है: संप्रेषण 800 से 4000 सेमी -1 के लिए मोड, स्कैन, 60 राशि मापा और प्रत्येक स्पेक्ट्रम के लिए औसत निकाला जाता है, एक संदर्भ स्पेक्ट्रम के अनुसार मापा जाता है. डेटा की मात्रात्मक विश्लेषण के लिए, FSD (चित्रा 6 और 7 चित्रा) नियोजित किया जा सकता है. इस प्रकार, घटता डेटा की गिरफ्तारी को कम कर रहे हैं1,590 और 1,705 सेमी -1 और एक आधारभूत सुधार के बीच ईए किया जाता है. एक स्थानीय कम से कम वर्ग फिट के 22 (1611, 1619, 1624 1630 1640, 1650, 1659, 1666, 1680 1691, 1698 सेमी -1) पिछले अध्ययनों से लिया शिखर पदों के अनुसार गणना की है.
- SEM इमेजिंग: SEM के फाइबर व्यास और विभिन्न फिल्टर substrates पर रेशम फाइबर की आकारिकी की जांच के लिए और फाइबर आकारिकी (चित्रा 8) के बाद इलाज के प्रभाव का विश्लेषण करने के लिए लागू किया जा सकता है. पर्याप्त रूप से विस्तृत चित्र पाने के लिए 25,000 एक्स के लिए 5000 x का आवर्धन का प्रयोग करें.
5. एयर पारगम्यता का निर्धारण
- एक Akustron हवा पारगम्यता डिवाइस के मापने क्षेत्र पर फिल्टर सामग्री का एक उचित फिटिंग हिस्सा रखें. नोट :: आप हवा पारगम्यता डिवाइस का एक और प्रकार का उपयोग करते हैं, यह दीन की आवश्यकताओं को 53 887, दीन 53 120, आईएसओ की पूर्ति सुनिश्चित करें कि 9237 और ASTM डी 737-96 मानकों.
- एक Akustron हवा पारगम्यता डिवाइस (या किसी अन्य रूप में 5.1 में दर्शाया) रोजगार. आवश्यक normed डेटा गणना [एल / (एम 2 एक्स सेकंड)].
- अपने नमूने के विभिन्न भागों के साथ चरण 1 और 2 में कम से कम 10 बार दोहराएँ और गणित के बीच (9 चित्रा) की गणना.
नोट: माप हवा पारगम्यता डिवाइस के संपर्क और nonwoven जाल की आवश्यकता है. इस प्रकार, नमूने के एक सावधानी से निपटने नाजुक रेशम nonwoven के जाल का टूटना को रोकने के लिए आवश्यक है.
6. फिल्टर क्षमता का निर्धारण
- दबाव नियंत्रण और इस तरह के एक यूनिवर्सल कण आकार मापक (पलस जीएमबीएच, कार्लज़ूए, जर्मनी) के रूप में कण काउंटर, के साथ एक उचित मशीन का प्रयोग करें.
- युक्ति और उपाय कण प्रतिधारण (10 चित्रा) में फिल्टर नमूने रखें. एयरोसोल: डि-एथिल-hexyl-sebacat (DEHS); कण आकार: 0.3-3 माइक्रोन, अवधि: 30 सेकंड, तरल वेग: 2,350 सेमी / सेक, हवा का प्रवाह: 3,400 मीटर 3 / घंटा.
नोट: सावधानी से नमूना संभाल और nonwoven जाल के विनाश को रोकने के लिए और किसी भी प्रदूषण से बचने के लिए सतह पर नहीं टिकते. प्रदर्शन मापन के लिए समान गुणवत्ता के पर्याप्त नमूने बनाने के लिए सुनिश्चित करें.
Representative Results
10% की सांद्रता के साथ पुनः संयोजक मकड़ी सिल्क समाधान की Electrospinning HFIP से w / वी nonwoven meshes के गठन की अनुमति, 80 से 120 एनएम को लेकर व्यास के साथ चिकनी फाइबर में हुई. इथेनॉल वाष्प के साथ के बाद इलाज रेशम nonwoven के बाद इलाज के लिए एक उचित तरीके से (चित्रा 8) के रूप में स्थापित किया है, इसलिए था, जो विशिष्ट morphological परिवर्तन, नहीं हो पाई. संरचनात्मक परिवर्तन फुट आईआर और मैं बैंड एकल योगदान चोटियों (चित्रा 6) का विश्लेषण करने के लिए प्रदर्शन किया गया था के बीच के बाद FSD का उपयोग करते हुए पाया गया. यह α-पेचदार अंड यादृच्छिक कुंडल संरचनाओं की सामग्री (चित्रा 7) कम हो जाती है, जबकि बाद के उपचार, β पत्र संरचनाओं में वृद्धि हो जाती है कि दिखाया जा सकता है. इस परिणाम व्यावहारिक रूप से पानी (चित्रा 5) में nonwoven एक के बाद इलाज की सूई के द्वारा सिद्ध किया जा सकता है. यहां तक कि एक सप्ताह के बाद, nonwoven के जाल का कोई विघटन हो जाएगा.
कताई डुराशन electrospun फाइबर की बढ़ती घनत्व के आधार पर दबाव गिरावट की वजह से फिल्टर सामग्री में रेशम nonwovens के आवेदन के विषय में सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है. इस प्रकार विस्तारित कताई durations के अंड हवा पारगम्यता के एक घातीय कमी में फाइबर परतों के परिणाम के एक उच्च संख्या. इस आशय के बाद इलाज से पहले और बाद में सभी विभिन्न फिल्टर सब्सट्रेट सामग्री (9 चित्रा) के लिए पता लगाया जा सकता है. इसी तरह, उप माइक्रोमीटर कणों का बढ़ता रेशम युक्त फिल्टर सामग्री (चित्रा 10) की क्षमता को छानने. छोटे कताई durations के (30 सेकंड) कम फिल्टर क्षमता, उच्च कताई durations के (90 सेकंड) उच्च क्षमता के लिए नेतृत्व हासिल है.
चित्रा 1. उच्च बिजली वोल्टेज (0-30 केवी) मैं एक रेशम समाधान के साथ भरा एक सिरिंज के लिए आवेदन किया है, और एक काउंटर इलेक्ट्रोड (0-20 केवी) 8-20 सेमी की दूरी में रखा गया है. इस सेटअप आरोप लगाया समाधान के भीतर प्रतिकारक बलों उत्प्रेरण, एक मजबूत electrostatic क्षेत्र की ओर जाता है. सतह तनाव को पार कर जाता है, तो एक टेलर शंकु का गठन, और एक पतली जेट सिरे से गूँज उठता है. गठन के बाद, झुकने अस्थायित्व आगे विलायक उड जाती खींचने के कारण जेट के भीतर होते हैं, और एक ठोस फाइबर का गठन किया है. अंत में, फाइबर बेतरतीब ढंग से एक nonwoven जाल के रूप में काउंटर इलेक्ट्रोड पर जमा है.
एक नियमित टेलर कोन (ए), एक सूखे छोटी बूंद (बी), और छोटी बूंद (सी) के बिना सेटअप के चित्रा 2. फोटो.
iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg "/>
वाष्प के बाद इलाज के दौरान चित्रा 3. योजनाबद्ध प्रक्रिया. पहले चरण में चैम्बर इथेनॉल से भर जाता है, और नमूना 90 मिनट के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर धमाकेदार वापसी की है. बाद में निपटने के लिए nonwoven मेश को नरम करने के लिए, 60 से कम 90 मिनट के लिए इथेनॉल निकाल दिया जाता है और फाइबर जल वाष्प के साथ धमाकेदार वापसी कर रहे हैं डिग्री सेल्सियस बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 4. के बाद इलाज के लिए इस्तेमाल किया जा संलग्न रेशम nonwoven meshes के साथ एक गत्ता फ्रेम की तस्वीर.
चित्रा 5. Electrospसंयुक्त राष्ट्र और बाद के बाद इलाज सूखी राज्य (ए) में और पानी (बी) के तहत nonwoven.
चित्रा 6. एक एमाइड (ए) एक अनुपचारित और एक के बाद इलाज (बी) मकड़ी सिल्क nonwoven के जाल से मैं बैंड के फूरियर स्वयं deconvoluted absorbance के स्पेक्ट्रम. ठोस लाइन deconvolution के बाद प्राप्त के रूप में भी योगदान चोटियों (बिंदीदार रेखा) से उत्पन्न absorbance के बैंड को प्रदर्शित करता है. संबंधित घटता का काम साहित्य 22 से पहले प्रकाशित मूल्यों पर आधारित था. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
टी चौड़ाई = "5in" के लिए: src = src = "/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg" / "/ files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg">
चित्रा 7. गैर इलाज और eADF4 (C16) के बाद इलाज nonwoven meshes के माध्यमिक संरचना सामग्री.
. Electrospun eADF4 की संख्या 8 SEM छवियों (C16) फाइबर अलग फिल्टर substrates पर: पॉलियामाइड (पीए), पहले (S1) और बाद पॉलिएस्टर (पीई), polypropylene (पीपी) और शुद्ध eADF4 (C16) फाइबर (S2) के बाद इथेनॉल भाप के साथ उपचार. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
/ Ftp_upload/50492/50492fig9.jpg "/>
चित्रा 9. एयर पारगम्यता परीक्षण से पहले, (ए) और बाद इलाज के बाद (बी) इथेनॉल वाष्प के साथ रेशम nonwoven meshes की, बढ़ती कताई बार बाद में हवा पारगम्यता कम करने और अधिक nonwoven परतों को जन्म दे.
चित्रा 10. इथेनॉल के साथ के बाद इलाज के बाद, रेशम परत मात्रा को प्रभावित करने वाले विभिन्न कताई durations पर पॉलियामाइड फिल्टर सामग्री पर electrospun मकड़ी सिल्क nonwoven मेश, पर Di-एथिल-hexyl-sebacat एयरोसोल के फिल्टर दक्षता.
Discussion
नई फिल्टर उपकरणों निरंतर या उच्च फिल्टर क्षमता पर हवा निस्पंदन में कुल ऊर्जा खपत को कम करने की अनुमति होनी चाहिए. इधर, इस तरह के उपकरणों मकड़ी के रेशम से बने nonwovens का उपयोग कर बनाया गया था. अपनी कम सतह तनाव और उच्च अस्थिरता के कारण, HFIP electrospinning प्रक्रिया के लिए एक उपयुक्त विलायक के रूप में चुना गया है. इसके अलावा, जलीय रेशम समाधान पिछले प्रयोगों में परीक्षण किया गया है, लेकिन कोई फाइबर उत्पन्न किया जा सकता है. यहां, यह सतह के तनाव को कम करने और इस तरह के समाधान की कताई गुणों में सुधार के क्रम में additives का उपयोग करने के लिए महत्वपूर्ण होगा. सबसे महत्वपूर्ण कदम ऊंचाई, वोल्टेज और बाहर निकालना वेग कताई, शर्तों और सामग्री का इस्तेमाल किया एकाग्रता और कताई समाधान के विलायक समायोजित करने के लिए है. प्रदर्शन के दौरान, टिप के clogging उदाहरण के लिए पानी भाप के रूप में नमी के साथ सुई टिप की आपूर्ति से रोका जा सकता है, लेकिन electrospinning सेटअप में परिवर्धन के किसी भी प्रकार के बाद परेशान हो सकता हैसंवेदनशील प्रक्रिया और बिजली के क्षेत्र. आवश्यक प्रक्रिया मानकों (एकाग्रता, वोल्टेज, दूरी, नमी) व्यक्तिगत रूप से अलग प्रयोगात्मक श्रृंखला (डेटा) नहीं दिखाया बाहर ले जाने के लिए निर्धारित किया गया. ध्यान में सभी मापदंडों ले रहा है यह एक सतत टेलर शंकु और वर्दी फाइबर बनाने के लिए कताई प्रक्रिया की देखभाल करने के लिए महत्वपूर्ण है.
फिल्टर दक्षता फिल्टर सामग्री का सबसे महत्वपूर्ण मानदंडों में से एक है. यह पैरामीटर मुख्य रूप से फिल्टर सामग्री की संरचना से प्रभावित है. Wovens वर्दी ताकना आकार और बाद में लगातार हवा पारगम्यता वारिस. यह pores को भरने के लिए और एक शून्य दोष फिल्टर उत्पन्न करने के लिए इन टेम्पलेट सामग्री पर सजातीय nonwoven मेश बनाने के लिए महत्वपूर्ण है. हमारे फिल्टर में फिल्टर दक्षता nonwoven जाल परतों की संख्या पर, इसलिए, कताई अवधि (रेशम प्रोटीन की) पर सीधा निर्भरता से पता चलता है, और. एकल फाइबर के बीच अंतराल लगातार प्रतिधारण ओ, सक्रिय करने भर रहे हैंच छोटे कण.
इस काम में हम उच्च फिल्टर दक्षता दिखा रहा है, मकड़ी के रेशम nonwoven meshes के साथ एक उपन्यास फिल्टर सामग्री के उत्पादन के लिए एक विधि की शुरुआत की. इसलिए, इन फिल्टर हवा निस्पंदन सिस्टम में भविष्य के उपयोग के लिए उम्मीदवारों का वादा कर रहे हैं.
Disclosures
हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
हम कृतज्ञता अंजा Lauterbach (Lehrstuhl Biomaterialien), लोरेन्ज सुम्मा (सैंडलर एजी) और आर्मिन Boeck (बी / एस / एच / जी) के तकनीकी और वैज्ञानिक समर्थन स्वीकार करते हैं. SEM इमेजिंग जोहानिस Diehl (Lehrstuhl Biomaterialien) द्वारा किया गया था. अनुदान BMBF (01RB0710) से प्राप्त किया गया.
References
- 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).
- 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).
- Allmeling, C., et al. Spider silk fibres in artificial nerve constructs promote peripheral nerve regeneration. Cell Prolif. 41, 408-420 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wohlrab, S., Spiess, K., Scheibel, T. Varying surface hydrophobicities of coatings made of recombinant spider silk proteins. J. Mater. Chem. 22, 22050-22054 (2012).
- Hermanson, K. D., Huemmerich, D., Scheibel, T., Bausch, A. R. Engineered microcapsules fabricated from reconstituted spider silk. Adv. Mater. 19, 1810-1815 (2007).
- Spiess, K., Wohlrab, S., Scheibel, T. Structural characterization and functionalization of engineered spider silk films. Soft Matter. 6, 4168-4174 (2010).
- Slotta, U. K., Rammensee, S., Gorb, S., Scheibel, T. An engineered spider silk protein forms microspheres. Angew. Chem.-Int. Edit. 47, 4592-4594 (2008).
- Schacht, K., Scheibel, T. Controlled hydrogel formation of a recombinant spider silk protein. Biomacromolecules. 12, 2488-2495 (2011).
- 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).
- Sundaray, B., Subramanian, V., et al. Electrospinning of continuous aligned polymer fibers. Appl. Phys. Lett. 84, 1222 (2004).
- Van Hulle, S. W. H., Bjorge, D., et al. Performance assessment of electrospun nanofibers for filter applications. Desalination. 249, 942-948 (2009).
- 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).
- 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).
- Greiner, A., Wendorff, J. H. Electrospinning: a fascinating method for the preparation of ultrathin fibers. Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 5670-5703 (2007).
- Smit, E., Buttner, U., Sanderson, R. D. Continuous yarns from electrospun fibers. Polymer. 46, 2419-2442 (2005).
- Teo, W. E., Ramakrishna, S. A review on electrospinning design and nanofibre assemblies. Nanotechnology. 17, 89-106 (2006).
- Greiner, A., Wendorff, J. H., Yarin, A. L., Zussman, E. Biohybrid nanosystems with polymer nanofibers and nanotubes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 71, 387-393 (2006).
- Spiess, K., Lammel, A., Scheibel, T. Recombinant spider silk proteins for applications in biomaterials. Macromolecular Biosciences. 10, 998-1007 (2010).
- Hu, X., Kaplan, D., Cebe, P. Determining beta-sheet crystallinity in fibrous proteins by thermal analysis and infrared- spectroscopy. Macromolecules. 39, 6161-6170 (2006).
