Abstract
यह लेख प्रोटीन आधारित नैनोकणों के उत्पादन है कि एक साधारण स्प्रे कोटिंग द्वारा हाइड्रोफिलिक को हाइड्रोफोबिक सतह परिवर्तन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है। ये नैनोकणों अनाज प्रोटीन (gliadin) अणुओं की सतह पर alkyl cyanoacrylate के polymerization प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित कर रहे हैं। अल्काइल cyanoacrylate एक मोनोमर कि तुरन्त आरटी पर polymerizes जब यह सामग्री की सतह के लिए लागू किया जाता है। इसके polymerization प्रतिक्रिया सतह पर कमजोर बुनियादी या न्युक्लेओफ़िलिक प्रजातियों, नमी सहित की मात्रा का पता लगाने द्वारा शुरू की है। एक बार जब polymerized, polymerized alkyl cyanoacrylates वस्तु सामग्री के साथ एक मजबूत संबंध दिखाने क्योंकि nitrile समूहों पाली (alkyl cyanoacrylate) की रीढ़ की हड्डी में हैं। प्रोटीन इसलिए भी कि वे अमाइन समूहों है कि cyanoacrylate के polymerization आरंभ कर सकते हैं शामिल इस polymerization के लिए सर्जक के रूप में काम करते हैं। एकत्रित प्रोटीन एक सर्जक के रूप में प्रयोग किया जाता है, तो प्रोटीन कुल हाइड्रोफोबिक से घिरा हुआ हैपाली (alkyl cyanoacrylate) alkyl cyanoacrylate के polymerization प्रतिक्रिया के बाद जंजीरों। प्रयोगात्मक हालत को नियंत्रित करके, नैनोमीटर रेंज में कणों का उत्पादन किया जाता है। उत्पादन नैनोकणों आसानी से कांच, धातु, प्लास्टिक, लकड़ी, चमड़ा, और कपड़े सहित अधिकांश सामग्री की सतह को सोखना। एक सामग्री की सतह का उत्पादन nanoparticle निलंबन के साथ छिड़काव और पानी के साथ rinsed है, जब nanoparticle की micellar संरचना अपनी रचना में परिवर्तन, और हाइड्रोफिलिक प्रोटीन हवा के संपर्क में रहे हैं। नतीजतन, nanoparticle लेपित सतह हाइड्रोफिलिक को बदलता है।
Protocol
1. Defatting वाणिज्यिक gliadin
- एक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर के साथ एसीटोन की 150 मिलीलीटर उपाय और 250 मिलीलीटर Erlenmeyer फ्लास्क में डाल देना।
- आरटी पर एक चुंबकीय दोषी पर एक स्पिन पट्टी के साथ सरगर्मी है, जबकि वाणिज्यिक gliadin पाउडर के 30 ग्राम जोड़ें। एल्यूमीनियम पन्नी के साथ कुप्पी के उद्घाटन सील, और हुड में सरगर्मी हे / एन पर रहते हैं।
- एक फिल्टर पेपर के साथ समाधान छानना।
- ताजा एसीटोन (सीए 50 एमएल) के साथ छानना धो लें। खड़े 10 मिनट एसीटोन पलायन करने की अनुमति देने के लिए करते हैं।
- छानना इस तरह के एक सेल संस्कृति वर्ग डिश के रूप में एक बड़ी डिश के लिए नीचे फिल्टर पेपर के साथ एक साथ स्थानांतरण। एक बड़ी फिल्टर पेपर अवशिष्ट एसीटोन का वाष्पीकरण धीमा करने के साथ पूरे पकवान कवर।
- छानना हुड हे / एन में पूरी तरह से सूखे की अनुमति दें। आरटी पर एक एयर टाइट कंटेनर में defatted gliadin स्टोर।
2. शुद्ध gliadin की तैयारी
- वा के 150 मिलीलीटर उपायएक स्नातक की उपाधि प्राप्त सिलेंडर के साथ आतंकवाद और 1000 मिलीलीटर Erlenmeyer फ्लास्क में डाल देना।
- एक गड़बड़ सिलेंडर के साथ पूर्ण इथेनॉल के 350 मिलीलीटर उपाय और एक ही 1000 मिलीलीटर Erlenmeyer फ्लास्क में डाल देना। एक स्पिन पट्टी के साथ - (1000 rpm 800) जब तक कोई बुलबुला समाधान मिश्रण से उत्पन्न होता है तेजी से हलचल।
- जबकि भावप्रवण, defatted-वाणिज्यिक gliadin पाउडर के 20 ग्राम जोड़ें। एक समय में कम मात्रा में gliadin जोड़े गांठ के गठन कि बीच में हवा से बचने के लिए होता है। सरगर्मी हे / एन पर रखें।
- एक 1000 मिलीलीटर गंदगी सिलेंडर के लिए पूरे समाधान स्थानांतरण। दो दिनों के लिए खड़े हैं। इस समय के दौरान, दोष सिलेंडर के तल पर उपजी दिया जाएगा।
- एक विंदुक के साथ एक रोटरी बाष्पीकरण स्थानांतरण सतह पर तैरनेवाला, और सतह पर तैरनेवाला जितना संभव हो उतना इथेनॉल से हटा दें। के रूप में इथेनॉल का प्रतिशत कम हो जाता है, gliadin कुल के रूप में समाधान में दिखाई देगा।
- डुबो / मेथनॉल में घूर्णन द्वारा समाधान युक्त gliadin समुच्चय रुक/ ड्राई आइस मिश्रण और वैक्यूम के अंतर्गत -70 डिग्री सेल्सियस पर फ्रीज सूखे। इससे पहले फ्रीज सुखाने, यकीन है कि पूरे समाधान किसी भी तरल बिना जमे हुए है बनाते हैं।
ध्यान दें: फ्रीज सूखे gliadin एक झरझरा ठोस रूप में होगा। - मोर्टार और मूसल के साथ फ्रीज सूखे gliadin क्रश, और एक ठीक शक्ति (<0.5 मिमी) प्राप्त करने के लिए एक कॉफी बनाने की मशीन के साथ पीस। आरटी पर एक एयर टाइट कंटेनर और दुकान में उत्पाद स्थानांतरण।
Gliadin साथ ईसीए के 3. polymerization प्रतिक्रिया
- एक जगमगाहट शीशी (मात्रा लगभग 20 मिलीलीटर है) एक वजन संतुलन, और बारदाना में रखें। 3.2 जी आसुत जल और 6.8 जी पूर्ण इथेनॉल scitillation शीशी में जोड़ें।
- , एक चुंबकीय उत्तेजक करने पर जगमगाहट शीशी ले जाएँ शीशी में एक चुंबकीय स्पिन बार (20 एक्स 3 मिमी) डाल दिया, और तेजी से हलचल - जब तक कोई हवा बुलबुला जलीय इथेनॉल के मिश्रण से उत्पन्न होता है (800 से 1000 आरपीएम)।
- जबकि सरगर्मी शीशी में 4 एन एचसीएल के 40 μl जोड़ें। gliadin के 20 मिलीग्राम शीशी जबकि एसटीआई में जोड़े rring, और जब तक gliadin पाउडर पूरी तरह से जलीय इथेनॉल के मिश्रण में भंग कर रहा है सरगर्मी पर रहते हैं।
- ईसीए के 100 μl सरगर्मी गति अभी भी 800 है, जबकि - - सुनिश्चित करने के बाद gliadin समाधान नग्न आंखों के लिए स्पष्ट है, धीरे-धीरे 80 को जोड़ने के 1000 rpm।
- 500 rpm के लिए सरगर्मी गति कम, और 1 घंटे के लिए सरगर्मी जारी है। प्रतिक्रिया के रूप में आय, मैलापन जो इंगित करता है कि polymerization प्रतिक्रिया कार्य प्रगति पर है निरीक्षण करते हैं।
- जब प्रतिक्रिया समाप्त होता है, अपकेंद्रित्र ट्यूबों में हल हस्तांतरण, और ट्यूबों के वजन के संतुलन। 20 मिनट के लिए 10,000 XG पर प्रतिक्रिया उत्पाद अपकेंद्रित्र। इस समय के दौरान, पक्ष उत्पाद अवक्षेप और नैनोकणों supernantant में रहते हैं। पक्ष उत्पाद के प्रमुख घटक PACA homopolymer है।
- सेंट्रीफ्यूज के बाद, एक जगमगाहट शीशी (या किसी भी एयर टाइट कंटेनर) के लिए एक विंदुक के साथ उत्पादन nanoparticle निलंबन (सतह पर तैरनेवाला) हस्तांतरण, और आरटी पर यह दुकान।
- 20 मिलीलीटर जगमगाहट शीशी में मिश्रण 3.2 ग्राम पानी और 6.8 जी पूर्ण इथेनॉल से 68 भार% जलीय इथेनॉल के 10 ग्राम को तैयार है और हलचल जब तक कोई बुलबुला समाधान मिश्रण से उत्पन्न होता है।
- जबकि सरगर्मी समाधान मिश्रण करने के लिए 4 एन एचसीएल के 40 μl जोड़ें। जबकि सरगर्मी तैयार इथेनॉल समाधान करने के लिए nanoparticle निलंबन के 50 μl जोड़ें।
- गतिशील लाइट बिखरने (DLS) के साथ nanoparticle के आकार को मापने नमूना समाधान ऊपर तैयार का उपयोग करके और निर्माता के निर्देशों का पालन करें।
नोट: अंतिम उत्पाद के आकार की तुलना में छोटे 200 एनएम हो गया है। यदि यह बड़ा की तुलना में 200 एनएम है, उत्पाद के लिए समय की एक विस्तारित अवधि के लिए स्थिर नहीं होगा। बड़ी नैनोकणों उत्पादित कर रहे हैं जब कार्यरत ईसीए ताजा नहीं है।
5. उत्पाद की परीक्षा
- इस तरह के एक हाथ दर्पण के रूप में एक गिलास प्लेट तैयार करें। साबुन पानी के साथ कांच की प्लेट की सतह से धो लें। आरपानी बहने के साथ कांच की प्लेट की सतह INSE। साफ सतह सूखी या अगले कदम के लिए सुखाने के बिना उपयोग करें।
- कांच की प्लेट के एक भाग पर nanoparticle निलंबन 3.6 में प्राप्त) का छिड़काव करें, और पानी बहने के साथ तुरंत सतह से कुल्ला।
- कांच की प्लेट की सतह पर शुद्ध पानी का छिड़काव करें। लेपित (nanoparticle निलंबन के साथ छिड़काव) सतह पकड़ पानी की परत का निरीक्षण करते हुए uncoated सतह स्पष्ट है।
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Representative Results
नैनोकणों विभिन्न स्थितियों की प्रतिक्रिया में तैयार किया जा सकता है। Gliadin रूपों इथेनॉल सामग्री 5 की व्यापक रेंज में कुल। हालांकि, समुच्चय के आकार के कारण एक अतिरिक्त परत (यानी।, Polymerized ईसीए) इस कुल में जोड़ा जाएगा संभव के रूप में छोटे होने की जरूरत है और इस प्रक्रिया को अंतिम आकार बड़ा कर देगा। कण के अंतिम आकार बहुत बड़ा है, तो कण अस्थिर हो जाएगा और आसानी से उपजी हो जाएगा। इसलिए, 68% जलीय इथेनॉल एक प्रतिक्रिया मध्यम 4 के रूप में चुना गया था। उत्पादित nanoparticle का आकार कुछ सौ नैनोमीटर के आदेश पर है। उत्पादित nanoparticle साथ हाइड्रोफिलिक कोटिंग के लिए काम कर तंत्र इस प्रकार है।
सामग्री की कोटिंग के लिए, इस nanoparticle निलंबन (68% इथेनॉल में निलंबित) लक्ष्य सामग्री की सतह के पानी के साथ बंद rinsing द्वारा पीछा किया पर छिड़काव किया जाता है। जब नेन जलीय इथेनॉल में निलंबित कर दिया oparticles लक्ष्य सामग्री की सतह पर छिड़काव किया जाता है, जलीय इथेनॉल आसानी से एक व्यापक क्षेत्र को फैलाता है क्योंकि इथेनॉल की सतह तनाव बहुत कम है। जलीय इथेनॉल के इस प्रसार के कार्रवाई जल्दी और समान रूप से लक्ष्य सामग्री की सतह पर निलंबित कर दिया नैनोकणों बचाता है। छुड़ाया नैनोकणों नैनोकणों की सतह पर Peca चेन की मजबूत संबंध की वजह से सामग्री पर सोखना। पानी के बाद के अलावा नैनोकणों की रचना में परिवर्तन। दूसरे शब्दों में, nanoparticle हवा के लिए भीतरी हाइड्रोफिलिक प्रोटीन का पर्दाफाश करने के लिए इसकी संरचना को खोलता है। इस गठनात्मक परिवर्तन का एक परिणाम के रूप में, लेपित सामग्री की सतह हाइड्रोफिलिक 8 बदल जाता है। नैनोकणों के इस गठनात्मक परिवर्तन को समझने के लिए इस स्थिति को विभिन्न इथेनॉल समाधान में नैनोकणों डालने और जीटा संभावित निगरानी के द्वारा मजाक उड़ाया जाता है।
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चित्रा 1. जीटा संभावित और विभिन्न ए queous इथेनॉल समाधान में उत्पादित नैनोकणों के व्यास। इस ग्राफ से पता चलता है कि प्रत्येक nanoparticle अपनी रचना में परिवर्तन और के रूप में निलंबन माध्यम की इथेनॉल सामग्री कम हो जाती है इसकी सतह हाइड्रोफिलिक हो जाता है। यह नैनोकणों के साथ हाइड्रोफिलिक कोटिंग का काम कर तंत्र है। त्रुटि सलाखों मतलब की मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 1 से पता चलता है कि nanoparticle 68% जलीय इथेनॉल में तैयार छोटे कणों में विघटित हो जाता है के रूप में आसपास के निलंबन मध्यम 68% से 50% करने के लिए, कम इथेनॉल में शामिल है। इस इथेनॉल सामग्री रेंज में, जीटा संभावित की त्रुटि सलाखों के बड़े हैं, जिसका अर्थ है कि सतह प्रभारी का वितरण काफी व्यापक है और कणों अच्छी तरह से स्थिर नहीं कर रहे हैं। पानी बढ़ जाती है की सामग्री के रूप में, जीटा संभावित के निरपेक्ष मूल्य तेजी से बढ़ जाती है, जब तक इथेनॉल सामग्री 30% तक कम हो जाती है। इसका मतलब यह है कि प्रत्येक nanoparticle की सतह अत्यधिक आरोप लगाया है और कण सतह के hydrophilicity काफी वृद्धि हुई है। उसके बाद, जीटा संभावित ज्यादा परिवर्तन नहीं करता क्योंकि नैनोकणों समुच्चय के रूप में। यह कुल गठन जब nanoparticle निलंबन हाइड्रोफिलिक कोटिंग के लिए प्रयोग किया जाता है क्योंकि कणों सामग्री की सतह पर adsorbed कर रहे हैं नहीं होता है। संक्षेप में, हाइड्रोफिलिक कोटिंग के लिए प्रक्रिया लक्ष्य सामग्री, और हवा के भीतरी प्रोटीन अणुओं की जोखिम की सतह पर nanoparticle निलंबन, नैनोकणों के सोखना छिड़काव करना शामिल है। हकीकत में, पूरे कोटिंग की प्रक्रिया एक मिनट से भी कम में जगह लेता है।
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चित्रा 2. SEM Adsorbed नैनोकणों। SEM की छवि एक गिलास प्लेट की सतह पर नैनोकणों के वितरण से पता चलता। क्योंकि समान रूप से वितरित नैनोकणों के दृश्य प्रकाश का संप्रेषण काफी प्रभावित नहीं है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
नैनोकणों के साथ कोटिंग की एक परिणाम के रूप में, कण लक्ष्य सामग्री की सतह पर adsorbed रहे हैं। चित्रा 2 नैनोकणों एक गिलास प्लेट की सतह पर adsorbed पता चलता है। इस छवि को एक फील्ड उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) के साथ लिया गया था। इस SEM छवि है कि सभी कण आकार के 100 की तुलना में छोटे एनएम देखो पता चलता है। चूंकि नमूना धूम SEM इमेजिंग के लिए पहले लेपित किया गया था, हालांकि, वहाँ कण आकार के कुछ सिकुड़न के दौरान किया जाना चाहिएयह तरीका। इस SEM छवि कि नैनोकणों अच्छी तरह से एक गिलास प्लेट की सतह पर बिखरे हैं और प्रकाश के माध्यम से पारित करने के लिए कणों के बीच पर्याप्त रिक्त स्थान हैं पता चलता है। कणों की यह स्थानिक वितरण और कणों के छोटे आकार (यानी।, दृश्य प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की तुलना में छोटे आकार के) क्यों समझा गिलास प्लेट की पारदर्शिता बहुत कोटिंग से प्रभावित नहीं है।
| कोटिंग से पहले | कोटिंग के बाद | |
| कांच | 25.5 ± 1.5 डिग्री | 8.9 ± 0.8 डिग्री |
| polystyrene | 52.7 ± 1.2 डिग्री | 6.8 ± 0.8 डिग्री |
तालिका 1: और इससे पहले के नैनोकणों के साथ कोटिंग के बाद Substrates का संपर्क कोण।
तालिका 1 एक गतिशील संपर्क कोण (डीसीए) साधन द्वारा मापा प्रयोगात्मक डेटा से पता चलता है। इस परीक्षण में, Wilhelmy प्लेट विधि सतह wettability 9 पर nanoparticle कोटिंग के प्रभाव को निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। संपर्क कोण की माप के लिए, नमूने सामग्री से बना प्लेटों की सूई nanoparticle निलंबन में परीक्षण किया जा रहा है और कुछ सेकंड के लिए आसुत जल की एक धारा के साथ rinsing द्वारा तैयार किए गए थे। तैयार प्लेट लगातार में डूबे और आसुत जल से हटा दिया गया था। विसर्जन गहराई तक इंटरफेसियल तनाव संबंधित घटता साजिश रची और घटता संपर्क कोण 10 गणना करने के लिए इस्तेमाल किया गया। तालिका में, यह दिखाया गया है कि दो उदाहरण हैं, गिलास और एक प्लास्टिक (polystyrene) की सतह तनाव, बूँदेंकाफी कोटिंग के बाद।
चित्रा 3. हाइड्रोफिलिक कोटिंग (1)। पॉली कार्बोनेट प्लास्टिक की सतह के ठीक आधे का प्रदर्शन, नैनोकणों के साथ लेपित है, जबकि बाईं आधा uncoated था। जब पूरी सतह एक पानी स्प्रेयर के साथ छिड़का गया था, लेपित सतह के पानी की बूंदों के रूप में नहीं किया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
कोटिंग प्रभाव को आसानी से पहले और कोटिंग के बाद गीला प्रभाव की तुलना द्वारा देखे जा सकते हैं। चित्रा 3 एक प्लास्टिक, पॉली कार्बोनेट की सतह पर हाइड्रोफिलिक कोटिंग प्रभाव को दर्शाता है। ऊपर की सतह के ठीक आधे लेपित किया गया था, जबकि बाईं आधा बरकरार था। रों पर छिड़कावइन सतहों के urface स्पष्ट रूप से कोटिंग प्रभाव को दर्शाता है। ठीक आधे रूपों पानी की एक बहुत पतली फिल्म है, जबकि बाईं आधा रूपों है कि पानी दिखा सतह गीला नहीं है पानी की बूँदों।
चित्रा 4. हाइड्रोफिलिक कोटिंग (2)। एक वाहन के चालक की सीट खिड़की का प्रदर्शन नैनोकणों के साथ लेपित, जबकि पीछे यात्री खिड़की uncoated था। दोनों Windows एक पानी स्प्रेयर के साथ छिड़का गया, लेपित सतह के पानी की बूंदों के रूप में नहीं किया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
अतिरिक्त प्रदर्शन के लिए, उत्पादन nanoparticle ऑटो ग्लास (चित्रा 4) की सतह पर छिड़काव किया गया था। चालक की सीट खिड़की के साथ लेपित किया गया थानैनोकणों, जबकि पीछे यात्री खिड़की लेपित नहीं किया गया था। पानी कांच की खिड़कियों के दोनों पर छिड़काव किया गया था, छिड़काव पानी लेपित गिलास पर एक पतली परत पानी का गठन करते हुए पानी की बूंदों uncoated कांच पर बनते हैं। यह फोटो स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि लेपित गिलास uncoated एक से ज्यादा बेहतर दृश्यता प्रदान करता है।
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Acknowledgments
विशेषज्ञ तकनीकी सहायता के लिए श्री जेसन Adkins करने के लिए धन्यवाद।
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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