मकड़ी के रेशम फाइबर असाधारण यांत्रिक गुण प्रदर्शित करते हैं. इंजीनियर<em> Araneus diadematus</em> फ़ाइब्राइन 4 (eADF4) electrospinning उपयोग कर nonwoven मेश में संसाधित किया जा सकता है. इधर, eADF4 nonwoven मेश हवा फ़िल्टरिंग उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.