Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Протокол для производства Глиадин-цианоакрилатных наночастицами для гидрофильного покрытия

Published: July 8, 2016 doi: 10.3791/54147

Abstract

В данной статье представлен протокол для получения наночастиц на основе белка, который изменяет гидрофобной поверхности в гидрофильные с помощью простого нанесения покрытия распылением. Эти наночастицы получают путем реакции полимеризации алкилсвинца цианоакрилату на поверхности хлопьев белка (глиадина) молекул. Алкил цианакриловый представляет собой мономер, который мгновенно полимеризуется при комнатной температуре при нанесении на поверхность материалов. Его реакция полимеризации инициируется следовых количеств слабощелочных или нуклеофильных частиц на поверхности, в том числе влаги. После того, как полимеризуется, полимеризованные алкил- Cyanoacrylates демонстрируют сильное сродство с объектными материалами, так как нитрильные группы находятся в основной цепи поли (алкил цианоакрилату). Белки также работать в качестве инициатора полимеризации для этого, поскольку они содержат аминогруппы, которые могут инициировать полимеризацию цианоакрилату. Если агрегируется белок используется в качестве инициатора, белковый агрегат окружен гидрофобноеполи (алкил цианакриловый) цепи после реакции полимеризации алкилсвинца цианоакрилату. Контролируя условия эксперимента, частицы в нанометровом диапазоне производятся. Полученные наночастицы легко адсорбироваться на поверхности большинства материалов, включая стекло, металлы, пластмассы, дерева, кожи и тканей. Когда поверхность материала опрыскивают добываемой суспензии наночастиц и промывают водой, мицеллярный структура наночастице изменяет свою конформацию, и гидрофильные белки подвергается воздействию воздуха. В результате, поверхность наночастиц с покрытием изменяется на гидрофильной.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Обезжиривание Коммерческая Глиадин

  1. Мера 150 мл ацетона с мерным цилиндром и влить в 250 мл колбу Эрленмейера.
    1. При перемешивании со спином бар на магнитной мешалке при комнатной температуре, добавляют 30 г коммерческого порошка глиадина. Уплотнение отверстие колбы с алюминиевой фольгой, и держать при перемешивании O / N в капюшоне.
  2. Фильтрате раствор с помощью фильтровальной бумаги.
    1. Промывают фильтрат свежим ацетоном (около 50 мл). Данный отстояться в течение 10 мин, чтобы позволить ацетон стечь.
    2. Перенести фильтрат вместе с фильтровальной бумагой внизу, чтобы большое блюдо, таких как клеточной культуры квадратный блюдо. Накройте все блюдо с большим фильтровальной бумагой, чтобы замедлить испарение остаточного ацетона.
    3. Разрешить фильтрат полностью высохнуть в капот O / N. Храните обезжиренного глиадина в герметичном контейнере при комнатной температуре.

2. Приготовление Очищенный глиадин

  1. Мера 150 мл воды промтер с мерным цилиндром и вылить в 1000 мл колбу Эрленмейера.
    1. Мера 350 мл абсолютного этанола с беспорядком цилиндром и налить в тот же 1000 мл колбу Эрленмейера. Перемешивают энергично (800 - 1000 оборотов в минуту) с перемещаемой бар до тех пор, ни один пузырь не образуется из смеси раствора.
  2. При перемешивании добавляют 20 г обезжиренной коммерческого порошка глиадина. Добавить глиадина в небольших количествах, в то время, чтобы избежать образования комков, который содержит воздух в середине. Хранить при перемешивании O / N.
  3. Перенесите весь раствор замарать цилиндра объемом 1000 мл. Дайте постоять в течение двух дней. В течение этого времени, примеси будут осаждаться в нижней части цилиндра.
  4. Передача супернатант на роторном испарителе с помощью пипетки, и удаления этанола из надосадочной жидкости в максимально возможной степени. По мере того как процент этанола снижается, глиадин появится в растворе в виде совокупности.
  5. Замораживание раствор, содержащий агрегаты глиадина, погружая / вращающаяся в метаноле/ Сухой лед смеси и подвергают сублимационной высушивают при температуре -70 ° С в вакууме. Перед сублимационной сушки, убедитесь, что весь раствор замораживают без какой-либо жидкости.
    Примечание: Лиофилизированный глиадин сформирует пористого твердого вещества.
  6. Измельчите лиофилизированный глиадин с ступки и пестика, и растереть с кофемолке, чтобы получить тонкую мощность (<0,5 мм). Переносят продукт в герметичном контейнере и хранить при комнатной температуре.

3. Полимеризация Реакция ЭКА с глиадина

  1. Поместите сцинтилляционный флакон (объем составляет около 20 мл) в весовой баланс, и массы тары. Добавить 3,2 г дистиллированной воды и 6,8 г абсолютного этанола в пробирке scitillation.
  2. Перемещение сцинтилляционный флакон на магнитной мешалкой, поместить магнитную спиновый бар (20 х 3 мм) в пробирку, и размешивают энергично (800 - 1000 оборотов в минуту) до полного удаления пузырьков воздуха не образуется из водной смеси этанола.
  3. Добавьте 40 мкл 4 н HCl в пробирку при перемешивании. Добавьте 20 мг глиадина во флакон в то время как STI Rring, и продолжают перемешивание до тех пор, глиадин порошок полностью не растворяется в водной смеси этанол.
  4. Убедившись решение глиадин ясно невооруженным глазом, медленно добавляют 80 - 100 мкл ECA при перемешивании скорость по-прежнему 800 - 1000 оборотов в минуту.
    1. Снизить скорость перемешивания до 500 оборотов в минуту, и продолжают перемешивание в течение 1 часа. По мере протекания реакции, наблюдать мутность, который указывает, что реакция полимеризации продолжается.
  5. Когда реакция завершается, Переносят раствор в центрифужные пробирки, и уравновесить вес труб. Центрифуга продукта реакции при 10000 х г в течение 20 мин. В это время, боковые преципитаты продукта и наночастицы остаются в supernantant. Основным компонентом побочного продукта является ППДК гомополимер.
  6. После того, как центрифугу, выработанную суспензии наночастиц (всплывающую) с помощью пипетки в сцинтилляционный флакон (или любой воздухонепроницаемый контейнер), и хранить его при комнатной температуре.
Название "> 4. Характеристика продукта

  1. Приготовьте 10 г 68% -ного водного раствора этанола, при смешивании 3,2 г воды и 6,8 г абсолютного этанола в 20 мл сцинтилляционный флакон и перемешать до тех пор, ни один пузырь не образуется из смеси раствора.
    1. Добавьте 40 мкл 4 н соляной кислоты к смеси раствора при перемешивании. Добавляют 50 мкл суспензии наночастиц в приготовленном растворе этанола при перемешивании.
  2. Измерьте размер наночастиц с динамического рассеяния света (DLS) с использованием раствора образца, полученного выше и следуйте инструкциям изготовителя.
    Примечание: Размер конечного продукта должен быть меньше, чем 200 нм. Если он больше, чем 200 нм, продукт не будет стабильным в течение длительного периода времени. Более крупные наночастицы образуются при Занятое ECA не свежие.

5. Рассмотрение продукта

  1. Приготовьте стеклянную пластинку, такие, как ручное зеркало. Промыть поверхность стеклянной пластины с мыльной водой. рInSe поверхности стеклянной пластины с проточной водой. Сушат очищаемую поверхность или использовать без сушки в течение следующего шага.
  2. Спрей суспензию наночастиц, полученную в 3,6) на части стеклянной пластины, и смывать поверхность немедленно проточной водой.
  3. Спрей чистой воды на поверхности стеклянной пластины. Обратите внимание на покрытие (опрыскивают суспензии наночастиц) поверхность удержания воды слой в то время как без покрытия поверхность ясна.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Наночастицы могут быть получены в различных условиях реакции. Глиадин формы агрегировать в широком диапазоне содержания этилового спирта 5. Тем не менее, размер агрегатов должно быть как можно меньше, так как дополнительный слой (то есть., Полимеризованный ИКА) будут добавлены к этой совокупности , и этот процесс будет сделать окончательный размер больше. Если конечный размер частиц слишком велик, то частица будет неустойчив и будет легко осаждаться. Таким образом, 68% -ный водный этанол был выбран в качестве реакционной среды 4. Размер получаемого наночастиц составляет порядка нескольких сотен нанометров. Рабочий механизм гидрофильного покрытия с добываемыми наночастице выглядит следующим образом.

Для покрытия материалов, эта суспензия наночастиц (суспендировали в 68% этаноле) разбрызгивают на поверхности материала мишени с последующей промывкой водой. Когда нан oparticles суспендировали в водном растворе этанола разбрызгивают на поверхности материала мишени, водный этанол легко распространяется на более широкую область, поскольку поверхностное натяжение этанола является очень низким. Это распространение действие водного раствора этанола доставляет приостановленных наночастицы на поверхности материала мишени быстро и равномерно. Поставленные наночастицы адсорбируют на материал из-за сильного сродства Peca цепей на поверхности наночастиц. Последующее добавление воды изменяет конформацию наночастиц. Другими словами, наночастица открывает свою структуру, чтобы выставить внутренние гидрофильные белки в воздухе. В результате этого изменения конформации, поверхность материала с покрытием получается гидрофильную 8. Чтобы понять это изменение конформации наночастиц, эта ситуация имитируется путем помещения наночастиц в различных растворах этанола и мониторинг дзета-потенциал.

1 "SRC =" / файлы / ftp_upload / 54147 / 54147fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Зета потенциал и диаметр Производимый Наночастицы в различных водного этанола Solutions. Этот график показывает , что каждая наночастица изменяет свою конформацию и его поверхность становится гидрофильным , как содержание этанола в суспензионной среде снижается. Это рабочий механизм гидрофильного покрытия с наночастицами. Усы представляют собой стандартную ошибку среднего значения. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

На рисунке 1 показано , что наночастицы , полученного в 68% водном растворе этанола распадались на более мелкие частицы , как окружающая среда содержит взвесь меньше этанола, от 68% до 50%. В этом диапазоне содержания этанола, столбики ошибок электрокинетического потенциала велики, а это означает, что распределение поверхностного заряда достаточно широк и частицы не очень хорошо стабилизирован. Так как содержание воды увеличивается, абсолютная величина дзета-потенциала быстро возрастает, пока содержание этанола не снизится до 30%. Это означает, что поверхность каждого наночастицу высоко заряженными и гидрофильность поверхности частиц значительно возрастает. После этого, дзета-потенциал не сильно изменяется, так как наночастицы образуют агрегаты. Это образование агрегатов не происходит, когда суспензия наночастиц используется для гидрофильного покрытия, так как частицы адсорбируются на поверхности материалов. Короче говоря, процесс для гидрофильного покрытия включает распыление суспензии наночастиц, адсорбции наночастиц на поверхности материала мишени, а также воздействием внутренних белковых молекул в воздухе. На самом деле, весь процесс покрытия происходит менее чем за минуту.

загрузить / 54147 / 54147fig2.jpg "/>
Рисунок 2. СЭМ изображение адсорбированных наночастицами. SEM показывает распределение наночастиц на поверхности стеклянной пластины. Из-за равномерно распределенных наночастиц, пропускание видимого света не оказывает существенного влияния. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

В результате покрытия с наночастицами, частицы адсорбируются на поверхности материала мишени. На рисунке 2 показаны наночастицы , адсорбированные на поверхности стеклянной пластины. Это изображение было принято с автоэлектронной эмиссией с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM). Это СЭМ изображение показывает, что все размеры частиц выглядят меньше, чем 100 нм. Так как образец напылением до визуализации SEM, однако, не должно быть некоторое сжатие размера частиц во времяэтот процесс. Это SEM изображение показывает, что наночастицы хорошо рассредоточены на поверхности стеклянной пластины и есть достаточно пространства между частицами для света, чтобы пройти. Такое пространственное распределение частиц и малый размер частиц (то есть., Меньший размер , чем длина волны видимого света) объясняет , почему прозрачность стеклянной пластины не сильно зависит от покрытия.

Перед покрытием После того, как покрытие
Стакан 25.5 ± 1.5 ° 8,9 ± 0,8 °
Полистирол 52,7 ± 1,2 ° 6,8 ± 0,8 °

Таблица 1: Угол контакта подложках Перед & после нанесения покрытия с наночастицами.

таблице 1 приведены экспериментальные данные , измеренные динамическим краевым углом (DCA) прибора. В этом тесте метод Вильгельми пластина была использована для определения влияния наночастицами покрытия на смачиваемости поверхности 9. Для измерения угла контакта, образцы были приготовлены путем погружения пластины из материала, который следует испытывать, в суспензии наночастиц и промывки струей дистиллированной воды в течение нескольких секунд. Приготовленный планшет последовательно погружают в и удалены из дистиллированной воды. Кривых зависимости межфазного натяжения от глубины погружения были построены и используются для расчета угла контакта покатый 10. В таблице показано, что поверхностное натяжение двух примеров, стекла и пластика (полистирол), каплизначительно после покрытия.

Рисунок 3
Рисунок 3. Демонстрация гидрофильного покрытия (1). Правая половина поверхности поликарбонатного пластика была покрыта наночастицами, в то время как левая половина была без покрытия. Когда вся поверхность посыпают водяной распылитель, поверхность с покрытием не образуют капельки воды. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Эффект покрытия может быть легко визуализируют путем сравнения эффекта смачивающий до и после покрытия. Рисунок 3 демонстрирует эффект гидрофильное покрытие на поверхности пластика, поликарбоната. В то время как правая половина верхней поверхности была покрыта, левая половина была неповрежденной. Опрыскивание на сurface этих поверхностей четко демонстрирует эффект покрытия. Правая половина образует очень тонкую пленку воды, в то время как левая половина образует капли воды, показывающие, что вода не смачивает поверхность.

Рисунок 4
Рисунок 4. Демонстрация гидрофильного покрытия (2). Окно сиденья водителя автомобиля была покрыта наночастицами в то время как на заднем окне пассажир без покрытия. Когда оба окна были посыпают водяной распылитель, поверхность с покрытием не образуют капельки воды. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Для получения дополнительной демонстрации, полученный в виде наночастиц был распылен на поверхности автомобильного стекла (рисунок 4). Окно Сиденье водителя была покрытананочастицы, в то время как окно заднего пассажира не была покрыта. Когда вода разбрызгивали на оба стекла, напыленного вода образуется тонкий слой воды на стекло с покрытием, в то время как капельки воды образуются на непокрытого стекла. Эта фотография ясно показывает, что стекло с покрытием предлагает гораздо лучшую видимость, чем без покрытия одной.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Благодаря г-н Джейсон Adkins для экспертной технической помощи.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ethyl cyanoacrylate (ECA) monomer K&R International (Laguna Niguel, CA) I-1605 Any pure ECA can be used.
Gliadin MGP Ingredients, Inc (Atchison, KS) Gift from the company Gliadin can be purchased from Sigma-Aldrich (cat #: G3375-25G). Instead of gliadin, any commercial  gluten can be used.
HCl Any Any reagent grade chemical can be used.
Acetone Any Any reagent grade chemical can be used.
Methanol Any Any reagent grade chemical can be used.
Ethanol (100%) Any Any reagent grade chemical can be used.
Filter paper Any Any grade filter paper larger than 10 cm can be used.
Cell culture square dish Any Any dish larger than 20 x 20 cm can be used.
Coffee grinder Any Any coffee grinder can be used.
Rotary evaporator Any Any rotary evaporator can be used.
Freeze Dryer Any Any freeze dryer that can reach -70 °C can be used.
Centrifuge Any Any centrifuge that can apply 1,000 x g can be used.
Magnetic stirrer Any Any magnetic stirrer that can turn spin bar to 1,000 rpm can be used.
Dynamic Light Scattering (DLS) Brookhaven Instruments Corporation NanoBrook Omni Zeta Potential Analyzer DLS from any company can be used.
Scanning Electron Microscope (SEM) Carl Zeiss Inc. Any SEM can be used.
Dynamic Contact Angle (DCA) Thermo Cahn Instruments Any DCA can be used.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Vauthier, C., Dubernet, C., Fattal, E., Pinto-Alphandary, H., Couvreur, P. Poly(alkylcyanoacrylates) as biodegradable materials for biomedical applications. Adv. Drug Deliver. Rev. 55, 519-548 (2003).
  2. Wieser, H. Chemistry of gluten proteins. Food Microbiol. 24, 115-119 (2007).
  3. Bietz, J. A., Wall, J. S. Identity of high molecular weight gliadin and ethanol soluble glutenin subunits of wheat: Relation to gluten structure. Cereal Chem. 57, 415-421 (1980).
  4. Kim, S. Production of composites by using gliadin as a bonding material. J. Cereal Sci. 54, 168-172 (2011).
  5. Kim, S., Kim, Y. Production of gliadin-poly(ethyl cyanoacrylate) nanoparticles for hydrophilic coating. J. Nanopart. Res. 16, 1-10 (2014).
  6. Behan, N., Birkinshaw, C., Clarke, N. Poly n-butyl cyanoacrylate nanoparticles: a mechanistic study of polymerisation and particle formation. Biomaterials. 22, 1335-1344 (2001).
  7. Nicolas, J., Couvreur, P. Synthesis of poly(alkyl cyanoacrylate)-based colloidal nanomedicines. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 1, 111-127 (2009).
  8. Kim, S., Evans, K., Biswas, A. Production of BSA-poly(ethyl cyanoacrylate) nanoparticles as a coating material that improves wetting property. Colloid Surface. B. 107, 68-75 (2013).
  9. Lander, L. M., Siewierski, L. M., Brittain, W. J., Vogler, E. A. A systematic comparison of contact angle methods. Langmuir. 9, 2237-2239 (1993).
  10. Davies, J., Nunnerley, C. S., Brisley, A. C., Edwards, J. C., Finlayson, S. D. Use of Dynamic Contact Angle Profile Analysis in Studying the Kinetics of Protein Removal from Steel Glass, Polytetrafluoroethylene, Polypropylene, Ethylenepropylene Rubber, and Silicone Surfaces. J. Colloid Interf. Sci. 182, 437-443 (1996).
  11. Giolando, D. M. Nano-crystals of titanium dioxide in aluminum oxide: A transparent self-cleaning coating applicable to solar energy. Sol. Energy. 97, 195-199 (2013).
Протокол для производства Глиадин-цианоакрилатных наночастицами для гидрофильного покрытия
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kim, S. A Protocol for the Production of Gliadin-cyanoacrylate Nanoparticles for Hydrophilic Coating. J. Vis. Exp. (113), e54147, doi:10.3791/54147 (2016).More

Kim, S. A Protocol for the Production of Gliadin-cyanoacrylate Nanoparticles for Hydrophilic Coating. J. Vis. Exp. (113), e54147, doi:10.3791/54147 (2016).

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