Abstract
이 문서는 간단한 스프레이 코팅함으로써 친수성으로 소수성 표면을 변경 단백질 계 나노 입자의 생산을위한 프로토콜을 제공한다. 이러한 나노 입자는 곡류 단백질 (글 리아 딘) 분자의 표면 상에 알킬, 시아 노 아크릴 레이트의 중합 반응에 의해 제조된다. 시아 노 아크릴 레이트는 알킬기가 물질의 표면에인가 될 때 즉각적으로 RT에서 중합 단량체이다. 그 중합 반응은 수분을 포함하는 표면에 약 염기성 또는 구핵 종의 미량으로 개시된다. 중합 후에 니트릴 기는 폴리 (알킬 시아 노 아크릴 레이트)의 중추이기 때문에, 중합 된 알킬 시아 노 아크릴 레이트는 오브젝트 물질과 강한 친 화성을 나타낸다. 그들은 시아 노 아크릴 레이트의 중합을 개시 할 수 아민 그룹을 포함하기 때문에 단백질이 중합 개시제로서 작동합니다. 응집 된 단백질은 개시제로서 사용되는 경우, 단백질 응집물은 소수성 둘러싸여폴리 (알킬 시아 노 아크릴 레이트) 알킬, 시아 노 아크릴 레이트의 중합 반응 후의 체인. 실험 조건을 제어함으로써, 나노 미터 범위의 입자가 제조된다. 생성 된 나노 입자를 용이하게 유리, 금속, 플라스틱, 목재, 피혁, 직물을 포함하여 대부분의 재료의 표면에 흡착. 재료의 표면이 생성 된 나노 입자 현탁액을 분무하고, 물로 세정하는 경우, 나노 입자의 미셀 구조의 형태를 변경하고, 친수성 단백질은 공기에 노출된다. 그 결과, 나노 입자 표면에 코팅 된 친수성으로 변화시킨다.
Protocol
1. 탈지 상업 글 리아 딘
- 눈금 실린더 아세톤 150 ㎖를 측정하고 250 mL의 삼각 플라스크에 붓는다.
- RT에서 자석 교반기 스핀 막대로 교반하면서 상업적 글 리아 딘 분말 30g을 추가한다. 알루미늄 호일로 플라스크의 입구를 밀봉하고, 후드에서 O / N 감동을 계속.
- 필터 종이와 솔루션을 여과.
- 신선한 아세톤 (약 50 ㎖)로 여과 액을 씻으십시오. 10 분은 아세톤 배출 할 수 있도록 방치하자.
- 이러한 세포 배양 사각 접시로 큰 접시 아래 여과지와 함께 여과 전송. 잔류 아세톤의 증발 속도를 느리게하는 큰 필터 종이 전체 접시를 커버.
- 여과 액은 후드 O의 /의 N 완전히 건조하도록 허용합니다. 실온에서 밀폐 용기에 탈지 글 리아 딘을 저장합니다.
정제 된 글 리아 딘 2. 준비
- WA 150㎖의 측정눈금 실린더 터와 1,000 ㎖의 삼각 플라스크에 붓는다.
- 엉망 실린더와 무수 에탄올 350 ml의 측정과 동일한 1,000 ㎖의 삼각 플라스크에 붓는다. 더 버블이 혼합 용액으로부터 발생되지 않을 때까지 스핀 바 - (1,000 RPM 800) 격렬하게 교반 하였다.
- 교반하면서, 탈지 상업 글 리아 딘 분말 20g을 추가합니다. 중간에 공기가 들어 덩어리의 형성을 피하기 위해 한번에 소량으로 글 리아 딘을 추가한다. O / N 교반에 보관하십시오.
- 1,000 ml의 혼란 실린더에 전체 솔루션을 전송합니다. 이틀 동안 서 보자. 이 시간 동안, 불순물들은 상기 실린더의 바닥에 침전 될 것이다.
- 피펫으로 회전 증발기에 뜨는을 전송하고, 가능한 한 상층 액에서 에탄올을 제거합니다. 에탄올의 비율이 감소함에 따라, 글 리아 딘 집계과 솔루션에 표시됩니다.
- 메탄올 회전 / 침지하여 솔루션을 포함 글 리아 딘 집계를 고정/ 드라이 아이스 혼합물 및 동결 건조 진공 -70 ° C에서. 동결 건조하기 전에, 전체 솔루션은 액체없이 고정되어 있는지 확인합니다.
주 : 동결 건조 된 글 리아 딘이 다공성 고체를 형성 할 것이다. - 박격포와 유 봉 동결 건조 글 리아 딘을 분쇄하고, 고급 전원 (<0.5 mm)를 얻기 위해 커피 분쇄기로 분쇄. 실온에서 밀폐 용기 및 저장에 제품을 전송합니다.
글 리아 딘과 ECA 3. 중합 반응
- 무게 밸런스, 용기의 섬광 유리 병을 (부피가 약 20 ml의 경우) 놓습니다. scitillation 유리 병에 3.2 g 증류수 및 6.8 g 무수 에탄올을 추가합니다.
- 유리 병에 자기 스핀 바 (20 × 3mm)를 넣어 자석 교반기로의 섬광 유리 병을 이동하고 적극적으로 저어 - 공기 거품이 에탄올 혼합물로부터 생성되지 않을 때까지 (800 1,000 RPM을).
- 교반하면서 유리 병에 4 N 염산 40 μl를 추가합니다. STI는 동안 유리 병에 글 리아 딘 20mg을 추가 rring와 글 리아 딘의 분말을 완전히 에탄올의 혼합물에 용해 될 때까지 교반을 계속.
- 1,000 rpm으로 - 교반 속도가 여전히 800 동안 ECA 100 ㎕ - 확인한 후 글 리아 딘 솔루션은 육안에 분명하다, 천천히 (80)를 추가합니다.
- 500 rpm으로 교반 속도를 낮추고, 그리고 1 시간 동안 계속 교반 하였다. 반응이 진행됨에 따라, 중합 반응이 진행 중임을 나타내는 탁도를 관찰한다.
- 반응이 종료되면, 원심 분리 튜브에 용액을 전송하고, 상기 튜브의 무게 균형. 20 분 동안 10,000 × g으로의 반응 생성물을 원심 분리기. 이 기간 동안, 측면 제품 침전물과 나노 입자는 supernantant에 남아 있습니다. 부산물의 주요 성분은 PACA 단독 중합체이다.
- 원심 분리 후, 섬광 유리 병 (또는 밀폐 용기)에 피펫으로 제조 된 나노 입자 현탁액 (뜨는)를 전송하고 실온에서 보관합니다.
- 20 ㎖ 섬광 유리 병에 3.2 g의 물과 6.8 g 무수 에탄올을 혼합하여 68 중량 % 에탄올 10 g을 준비하고 더 거품이 혼합 용액에서 생성되지 않을 때까지 저어.
- 교반하면서 혼합 용액에 4 N 염산 40 μl를 추가합니다. 교반하면서 제조 된 에탄올 용액에 나노 입자 현탁액의 50 μl를 추가합니다.
- 상기 제조 된 샘플 용액을 사용하여 동적 광산란 (DLS)을 가진 나노 입자의 크기를 측정하고, 제조자의 지시에 따른다.
주 : 최종 제품의 크기가 작은 200nm 이하이어야한다. 이 200nm보다 큰 경우, 제품이 장기간 안정적 일 수 없다. 채용 된 ECA 신선한하지 않을 경우 더 큰 나노 입자가 생성된다.
제품 5. 시험
- 그러한 손 거울 유리판을 준비한다. 비누 물 유리 기판의 표면을 세척 할 것. 아르 자형흐르는 물과 유리 기판의 표면 INSE. 세척 된 표면을 건조하거나 다음 단계 건조하지 않고 사용합니다.
- 유리판의 일부에 3.6에서 수득 한 나노 입자 현탁액)을 스프레이하고, 즉시 흐르는 물 표면을 씻어 낸다.
- 유리판의 표면에 순수를 분무. 코팅되지 않은 표면이 분명하다 동안 코팅 (나노 입자 현탁액을 분무) 표면 유지 물 층을 준수하십시오.
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Representative Results
나노 입자는 다양한 반응 조건으로 제조 할 수있다. 글 리아 딘 양식은 에탄올 함량 (5)의 넓은 범위에서 집계. 그러나, 응집체의 크기는 추가 층 (예., 중합 ECA)이이 집합에 추가되기 때문에 가능한 한 작게 할 필요가 있고,이 프로세스는 최종 크기가 더 크게된다. 입자의 최종 크기가 너무 크면, 입자가 불안정하고 쉽게 침전된다. 따라서, 68 % 에탄올 수용액을 반응 매체 (4)로 선택되었다. 제조 된 나노 입자의 크기는 수백 나노 미터 정도이다. 다음과 같이 생성 된 나노 입자와 친수성 코팅을위한 작동 메커니즘이다.
재료의 코팅 (68 % 에탄올에 현탁)이 나노 입자 현탁액을 물로 세척 한 다음 타겟 재료의 표면에 분사된다. 때 유모는 에탄올의 표면 장력이 매우 낮기 때문에 에탄올에 현탁 oparticles가 타겟 재료의 표면에 분무하고, 에탄올 쉽게 넓은 영역에 퍼진다. 수성 에탄올이 확산 작용을 빠르고 균일하게 타겟 재료의 표면에 부유하는 나노 입자를 제공한다. 전달 된 나노 때문에 나노 입자의 표면에 PECA 쇄의 강한 친 화성 물질에 흡착. 물 이후 추가는 나노 입자의 형태를 변경합니다. 즉, 나노 입자는 공기 내 친수성 단백질을 노출시키는 구조를 연다. 이 형태 변화의 결과로서, 상기 코팅 재료의 표면은 친수성을 8집니다. 나노 입자의 이러한 구조적 변화를 이해하기 위해서는,이 상황은 다양한 에탄올 용액에 나노 입자를 넣어 및 제타 전위를 모니터링하여 모방한다.
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그림 1. 제타 전위 및 다양한 queous 에탄올 솔루션에서 생산 된 나노 입자의 직경.이 그래프는 각각의 나노 입자의 형태를 변경 보여줍니다 및 서스펜션 매체의 에탄올 함량이 감소함에 따라 그 표면은 친수성이된다. 이 나노 입자와 친수성 코팅의 작동 메커니즘이다. 오차 막대는 평균의 표준 오차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 1은 주변 현탁 매질은 68 % 내지 50 % 미만의 에탄올을 포함로서 68 % 에탄올 수용액에서 제조 된 나노 입자는 작은 입자로 분해되는 것을 도시한다. 이 에탄올 함량 범위에서, 제타 전위의 오차 막대는 의미 크다 표면 전하의 분포는 매우 광범위하고 입자가 잘 안정되지 않습니다. 에탄올 함량이 30 %까지 감소 할 때까지 수분의 함량이 증가 된 바와 같이, 제타 전위의 절대 값이 급격히 증가한다. 이는 각각의 나노 입자의 표면이 고 충전 및 입자 표면의 친수성이 상당히 증가된다는 것을 의미한다. 나노 입자 응집체를 형성하기 때문에 그 후, 제타 전위가 많이 변경되지 않습니다. 이 응집체 형성은 입자 물질 표면에 흡착되어 있기 때문에 나노 입자 현탁액을 친수성 코팅에 사용될 때 발생하지 않는다. 즉, 친수성 코팅 처리는 표적 물질과 공기 내 단백질 분자의 노출 표면에 나노 입자의 나노 입자 현탁액을 분무 흡착 포함한다. 실제로, 전체 코팅 공정은 분 미만에서 발생한다.
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흡착 된 나노 입자. SEM 그림 2. SEM 이미지는, 유리판의 표면에 나노 입자의 분포를 나타낸다. 때문에 균일하게 분산 된 나노 입자, 가시 광선의 투과율이 크게 영향을받지 않습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
나노 입자 코팅의 결과로서, 입자가 타겟 재료의 표면에 흡착된다. (2)는 유리 기판의 표면에 흡착 된 나노 입자를 보여준다. 이 이미지는 전계 방출 스캐닝 전자 현미경 (SEM)으로 촬영했다. 이 SEM 화상은 모든 입자 크기는 100nm보다 작은 모양을 보여준다. 샘플 스퍼터 전에 SEM 영상에 도포 된 이후, 그러나 중에 입경의 약간의 수축이 있어야이 과정. 이 SEM 화상은 나노 입자가 아니라 유리 기판의 표면 상에 분산 된 광이 통과하기위한 입자 사이에 충분한 공간이있는 것을 보여준다. 유리판의 투명성이 더 코팅의 영향을받지 않는 이유는 이러한 입자의 공간 분포와 입자의 작은 크기 (예., 가시광의 파장보다도 작은 사이즈) 설명한다.
| 코팅하기 전에 | 코팅 후 | |
| 유리 | 25.5 ± 1.5 ° | 8.9 ± 0.8 ° |
| 폴리스티렌 | 52.7 ± 1.2 ° | 6.8 ± 0.8 ° |
표 1 : 이전 및 나노 입자로 코팅 한 후 기판의 접촉각.
표 1 동적 접촉각 (DCA) 기기에 의해 측정 된 실험 데이터를 도시한다. 이 시험에서, 빌헬 플레이트있어서 표면 습윤성 9 나노 입자 코팅의 효과를 측정 하였다. 접촉각의 측정을 위해 샘플을 나노 입자 현탁액으로 검사 할 수있는 재료로 이루어진 판을 침지 초간 증류수 스트림 린스를 제조 하였다. 제조 된 판은 연속적으로 침지 증류수에서 제거되었습니다. 침지 깊이 계면 장력과 관련된 곡선 플롯 및 후퇴 접촉각 (10)를 계산하는데 사용 하였다. 표에서, 두 개의 실시 예, 유리, 플라스틱 (폴리스티렌)의 표면 장력이 삭제되는 것으로 도시크게 코팅 후.
좌측 절반을 코팅 동안 친수성 피막 (1). 폴리 카보네이트 수지의 표면 우측 절반의 실증도 3은 나노 입자로 코팅 하였다. 표면 전체가 물 분무기로 뿌려 때, 물방울을 형성하지 않았다 코팅 표면. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
코팅 효과를 용이하게 코팅 전후 습윤 효과를 비교하여 가시화 될 수있다. (3)는 플라스틱, 폴리 카보네이트의 표면상의 친수성 코팅 효과를 보여주고있다. 상면의 오른쪽 절반을 코팅하고 있지만, 좌측 절반은 그대로였다. 의 S에 뿌리이러한 표면의 urface 명확하게 코팅 효과를 보여줍니다. 우측 절반 형태의 물을 매우 얇은 필름의 왼쪽 절반 표면을 적시 지 않고 물을 도시 물방울을 형성하고있다.
후방 승객 창 코팅 동안 친수성 피막 (2). 자동차의 운전석 창 데모도 4는 나노 입자로 코팅 하였다. 두 창은 물 분무기로 뿌려 때, 물방울을 형성하지 않았다 코팅 표면. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
추가적인 입증 들어, 생성 된 나노 입자는 자동차 유리 (도 4)의 표면에 분무 하였다. 운전석 창에 도포나노 입자는, 후방 여객 창은 코팅되지 않은 상태. 물 유리 창 모두에 분무 될 때 물방울이 코팅 된 유리 상에 형성되어 있지만, 분무 된 물을 코팅 유리에 얇은 물 층을 형성했다. 이 사진은 명확하게 코팅 유리는 코팅보다 훨씬 더 나은 가시성을 제공하는 보여줍니다.
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Acknowledgments
전문가 기술 지원 씨 제이슨 아드 킨스에게 감사드립니다.
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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