Abstract
本文介绍用于生产基于蛋白的纳米颗粒，通过一个简单的喷涂改变疏水性表面的亲水性的协议。这些纳米颗粒通过烷基氰基丙烯酸酯的谷蛋白（麦醇溶蛋白）的分子的表面上的聚合反应来制备。烷基氰基丙烯酸酯为单体时，它被施加到材料的表面，可以立即在RT聚合。其聚合反应是通过在表面上的弱碱性或亲核物种，包括湿气的痕量启动。一旦聚合，聚合氰基丙烯酸烷基酯显示出很强的亲和力与对象材料，因为腈基是在聚（烷基氰基丙烯酸酯）的支柱。蛋白也作为引发剂用于这种聚合反应，因为它们含有能引发氰基丙烯酸酯的聚合胺基。如果聚集的蛋白用作一种引发剂，蛋白聚集是由疏水包围聚（烷基氰基丙烯酸酯）的烷基腈基丙烯酸酯的聚合反应后链。通过控制实验条件下，在纳米范围内的颗粒产生。所产生的纳米颗粒容易吸附到大多数材料，包括玻璃，金属，塑料，木材，皮革和织物的表面上。当材料的表面喷涂所生成的纳米颗粒悬浮液，并用水漂洗，纳米颗粒的胶束结构改变其构象，和亲水性蛋白质暴露在空气中。其结果是，纳米颗粒涂覆的表面改变为亲水性的。
Protocol
1.脱脂商业醇溶蛋白
- 测量150毫升丙酮与量筒并倒入250ml锥形烧瓶中。
- 而与在RT磁力搅拌器的自旋棒搅拌，加入30克工业醇溶蛋白粉末。密封烧瓶用铝箔开幕，并保持在引擎盖搅拌O / N。
- 滤液用滤纸将溶液。
- 洗用新鲜的丙酮（约50ml）滤液。静置10分钟，以使丙酮流失。
- 用滤纸一起传送滤液下方，以一个大的盘，如细胞培养物正方形培养皿中。覆盖整个盘具有大滤纸残留丙酮的蒸发变慢。
- 允许滤液在引擎盖O / N完全干燥。存储脱脂醇溶蛋白中在RT气密容器。
2.纯化醇溶蛋白的制备
- 测量150毫升西澳之三用量筒和倾入到1000ml锥形瓶中。
- 测量350 ml的双无水乙醇与量筒倒入同一千毫升Erlenmeyer烧瓶。直到没有气泡从溶液混合物产生与旋杆 - （1000转800）剧烈搅拌。
- 边搅拌，添加20克脱脂商业醇溶蛋白粉。一次添加少量醇溶以避免结块包含空气在中间形成。继续搅拌O / N。
- 转移整体解决方案的1000ml量筒。静置两天。在此期间，杂质将在缸的底部沉淀。
- 将上清转移到旋转蒸发器与一个移液管，并且从上清液中尽可能除去乙醇。如乙醇的百分比减少，醇溶蛋白会出现在溶液中聚合。
- 浸入/甲醇旋转冷冻含有麦胶蛋白的溶液聚集/干冰混合物并冷冻干燥在真空下-70℃。冷冻干燥之前，请确保整个解决方案中没有任何液体冻结。
注：冻干醇溶将形成多孔的固体。 - 粉碎用研钵和杵将冷冻干燥的麦醇溶蛋白，并用咖啡研磨机研磨以得到细粉（<0.5毫米）。产物转移到在RT气密容器和存储。
ECA 3.聚合反应与醇溶蛋白
- 放置一个闪烁瓶（容积约为20毫升）在称量天平和皮。添加3.2克蒸馏水和6.8克无水乙醇在scitillation小瓶中。
- 移动至闪烁瓶中上磁力搅拌器，放入一个磁自旋棒（20×3毫米），到小瓶，并且剧烈搅拌（800 - 1000转），直到从含水乙醇混合物没有产生气泡。
- 添加40微升4当量盐酸的到小瓶中，同时搅拌。加入20毫克醇溶蛋白进入，而STI小瓶 RRING，并继续搅拌，直到醇溶蛋白粉末完全溶解在含水乙醇混合物。
- 确保后醇溶蛋白的解决方案是清楚的肉眼，慢慢加入80 - 100微升ECA，而搅拌速度仍是800 - 1000 RPM。
- 降低搅拌速度至500rpm，并继续搅拌1小时。随着反应的进行，观察浊度这表明在聚合反应正在进行中。
- 当反应终止时，将溶液转移到离心管中，和平衡管的重量。以10,000×g离心20分钟离心的反应产物。在此期间，副产物的沉淀物和纳米颗粒保留在supernantant。副产物的主要成分是PACA均聚物。
- 离心机之后，用移液管向一个闪烁瓶中（或任何气密容器）传送所生成的纳米粒子悬浮液（上清液），并将其存储在RT。
- 通过在20毫升闪烁瓶中3.2克水和6.8克无水乙醇混合制备出10克68重量％乙醇水溶液，搅拌至无气泡从溶液混合物产生的。
- 添加40微升4当量盐酸的到该溶液混合物中，同时进行搅拌。加入50μl纳米颗粒悬浮液的向制备的乙醇溶液中，同时进行搅拌。
- 通过使用上述制备的样品溶液测量用动态光散射（DLS）的纳米颗粒的大小，并按照制造商的说明。
注：最终产物的尺寸必须小于200纳米。如果它大于200纳米时，产品将不会对在延长的时间周期是稳定的。当就业ECA已经不新鲜了较大的纳米粒子产生的。
5.检查产品的
- 制备玻璃板诸如手镜。玻璃板表面用肥皂清水洗净。 - [R樱雪玻璃板的表面流动的水。干燥清洁的表面或不为下一个步骤干燥使用。
- 喷洒）在玻璃板上的一部分在3.6中得到的纳米颗粒悬浮液，并冲洗掉立即用流动的水的表面上。
- 喷玻璃板的表面上纯净水。观察涂层（含纳米粒子悬浮液喷）表面保持水层，同时未涂层的表面是清楚的。
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Representative Results
纳米颗粒可在不同的反应条件来制备。醇溶蛋白形式聚集在广泛的乙醇含量5。然而，聚集体的大小需要是因为附加层（ 即 ，聚合的ECA）将被添加到该聚集到尽可能小，这个过程将作出最后的大小。如果颗粒的最终尺寸过大时，粒子将是不稳定的，并会容易地沉淀。因此，68％乙醇水溶液被选为反应介质4。所产生的纳米颗粒的大小是几百纳米的数量级上。用于与所产生的纳米粒子的亲水性涂层的工作机制如下所述。
为材料的涂层，这种纳米颗粒悬浮液（悬浮于68％乙醇中）喷洒接着用水漂洗掉靶材料的表面上。当南悬浮在含水乙醇oparticles是靶材料的表面上喷涂，含水乙醇容易传播到更广泛的领域，因为乙醇的表面张力很低。含水乙醇的这个扩频操作快速，均匀提供靶材料的表面上的悬浮纳米颗粒。输送的纳米颗粒吸附到材料，因为佩克链的纳米颗粒的表面上的亲和力强。随后加入水改变纳米颗粒的构象。换句话说，所述纳米颗粒将打开其结构，以暴露内部的亲水性蛋白质在空气中。作为这种构象变化的结果，涂覆材料的表面变为亲水性的8。理解纳米颗粒的这种构象变化，这种情况是通过将纳米颗粒成各种乙醇溶液和监测zeta电位模仿。
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图1 Zeta电位和在各种一 queous乙醇溶液 制成的纳米粒子的直径 。该图显示了每个纳米粒子改变其构象和作为悬浮介质的乙醇含量降低其表面变得亲水。这是与纳米粒子的亲水性涂层的工作机制。误差棒代表平均值的标准误差。 请点击此处查看该图的放大版本。
图1显示了作为周围悬浮介质含有较少乙醇，从68％至50％在68％含水乙醇中制备的纳米颗粒粉碎成较小的颗粒。在此乙醇含量范围，ζ电位的误差棒是大的，这意味着表面电荷的分布相当广泛，而且颗粒没有得到很好的稳定。随着水含量的增加，Zeta电位的绝对值急剧增大，直到乙醇含量降低到30％。这意味着，每个纳米颗粒的表面被高电荷和粒子表面的亲水性显著增加。在这之后，由于纳米粒子形成聚集体的Zeta电位的变化不大。当纳米颗粒悬浮液被用于亲水性涂层，因为颗粒吸附材料的表面上的这个聚集体形成不会发生。总之，对于亲水性涂层的方法包括喷射纳米颗粒悬浮液中，纳米粒子的吸附靶材料，和内蛋白分子与空气的暴露的表面上。在现实中，整个涂层过程发生在不到一分钟。
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图2. 吸附纳米粒子。SEM的扫描电镜图像显示纳米颗粒的玻璃板的表面上的分布。由于均匀分布的纳米粒子，可见光的透射率不会显著的影响。 请点击此处查看该图的放大版本。
与纳米颗粒的涂层的结果，颗粒被吸附在靶材料的表面上。 图2示出了吸附在玻璃板的表面上的纳米颗粒。该图像是用场致发射扫描电子显微镜（SEM）。该SEM图像表明，所有的颗粒尺寸看起来小于100nm。由于样品溅射SEM成像之前涂敷，然而，应该有粒径的一些收缩时这一过程。该SEM图像表明，纳米颗粒被很好地分散在玻璃板的表面上，并有颗粒之间有足够的空间用于将光穿过。这种空间粒子的分布和颗粒的小尺寸（ 即 ，尺寸比可见光的波长小）解释为什么在玻璃板的透明性没有太大影响的涂层。
| 涂装前 | 涂层后 | |
| 玻璃 | 25.5±1.5° | 8.9±0.8° |
| 聚苯乙烯 | 52.7±1.2° | 6.8±0.8° |
表1：底物的接触角之前和与纳米粒子涂覆之后。
表1示出由动态接触角（DCA）仪器测得的实验数据。在该试验中，使用了威廉米悬片法来确定纳米颗粒涂层的上表面可湿性9的效果。接触角的测定，是通过浸渍制成的材料的板，以被测试到的纳米颗粒悬浮液并用蒸馏水几秒钟的流漂洗制备的样品。所制备的板连续地浸渍在和从蒸馏水去除。涉及界面张力的浸入深度曲线作图和用于计算后退接触角10。在表中，示出了两个例子，玻璃和塑料（聚苯乙烯）的表面张力，滴后的涂布显著。
图3. 亲水涂料（1）的聚碳酸酯塑料表面的右半边示范涂有纳米粒子，而左半边是无涂层。当整个表面用喷雾器水洒，涂层表面没有形成水滴。 请点击此处查看该图的放大版本。
该涂层作用可容易地通过前和涂布后比较润湿效果可视化。 图3展示了一个塑料，聚碳酸酯的表面上的亲水性涂层的作用。而顶面的右半涂布，左半是完整的。洒在S这些表面的urface清楚地表明了涂层的效果。右半形成非常薄的水膜，而左半边形成水滴表示水不润湿的表面上。
图4.亲水涂料（2）。驾驶的汽车的座椅窗口的示范涂布的纳米粒子，而后排乘客窗口是涂覆。当两个窗户被用的洒水洒，涂层表面没有形成水滴。 请点击此处查看该图的放大版本。
额外的示范，所产生的纳米颗粒喷雾汽车玻璃（ 图4）的表面上。驾驶座窗口涂覆有纳米粒子，而不是涂在后排乘客的窗口。当水被同时在玻璃窗的喷涂，而在未涂覆玻璃形成水滴喷雾的水形成在涂覆的玻璃的薄水层。此照片清楚地表明，涂覆的玻璃提供了比未涂覆的一大部分更好的可视性。
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Acknowledgments
感谢Jason阿德金斯先生专家的技术援助。
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. |
References
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