Abstract
Bu makalede, basit sprey kaplama ile hidrofilik hidrofobik yüzey değişiklikleri protein bazlı nano partiküllerin üretilmesi için bir protokol sunulur. Bu nanopartiküller tahıl proteini (gliadin) moleküllerinin yüzeyi üzerinde de alkil siyanoakrilat polimerizasyon reaksiyonu ile imal edilir. Alkil siyanoakrilat Bu malzeme yüzeyine tatbik edildiği zaman, hemen oda sıcaklığında polimerize olan bir monomerdir. Bu polimerizasyon reaksiyonu nem de dahil olmak üzere yüzey üzerinde zayıf bazik ya da nükleofilik bileşik, eser miktarlarda ile başlatılır. polimerize sonra nitril grupları, poli (alkil sıyanoakrılat) omurgası olduğu için, polimerize alkil siyanoakrilatlar amacı malzeme ile güçlü bir afinite gösterirler. bunlar siyanoakrilat polimerizasyonunu başlatabilen amin grubu içerdiği için proteinleri de bu polimerizasyon için başlatma maddesi olarak çalışır. birleştirilmiş protein, bir başlatıcı olarak kullanılırsa, protein kümeleşme hidrofobik çevrilipoli (alkil sıyanoakrılat) alkil siyanoakrilat polimerizasyon reaksiyonundan sonra zincirler. Deneysel durum kontrol edilerek, nanometre aralığında parçacıklar üretilmektedir. üretilen nanopartiküller kolaylıkla cam, metal, plastik, ahşap, deri, kumaş ve da dahil olmak üzere birçok malzemenin yüzeyine adsorbe eder. Bir maddenin yüzey elde nanopartikül süspansiyonlu püskürtülür ve su ile durulanır zaman nanoparçacık misel yapısı konformasyonunu değiştirir ve hidrofilik proteinler havaya maruz kalır. Bunun bir sonucu olarak, nanopartikül kaplı yüzeyi hidrofilik olarak değişir.
Protocol
1. yağları azaltır Ticari Gliadin
- bir silindire sahip 150 mL aseton ölçülür ve 250 ml'lik bir Erlenmeyer şişesi içine dökün.
- Oda sıcaklığında, bir manyetik karıştırıcı üzerinde eğirme ile karıştırılır iken, ticari bir gliadin tozu 30 g ekleyin. alüminyum folyo ile balonun açılış damga ve kaputu O / N karıştırma devam.
- Bir filtre kağıdı ile çözeltisi filtre.
- Taze aseton (yaklaşık 50 mL) ile süzüntü yıkayın. 10 dk aseton akmasını sağlamak için bekletin.
- Böyle bir hücre kültür kare çanak gibi büyük bir çanak altında filtre kağıdı ile birlikte süzüntü aktarın. artık aseton buharlaşmasını yavaşlatmak için büyük bir filtre kağıdı ile bütün çanak örtün.
- Süzüntü kaput O / N tamamen kurumasını bekleyin. Oda sıcaklığında hava geçirmez bir kapta yağsız gliadin saklayın.
Arıtılmış Gliadin 2. Hazırlık
- wa 150 ml ölçünbir silindire sahip ter 1000 ml'lik bir Erlenmeyer şişesi içine dökün.
- dağınıklık silindiri ile mutlak etanol 350 ml ölçülür ve aynı 1.000 ml'lik bir Erlenmeyer şişe içine dökün. hiçbir kabarcık çözüm karışımından oluşturulana kadar bir dönme çubuğu ile - (1.000 rpm 800) kuvvetlice karıştırın.
- Karıştırılırken, yağı alınmış ticari gliadin tozu 20 g ekleyin. orta hava içeren topaklar oluşmasını önlemek için bir zaman az miktarda gliadin ekleyin. O / N karıştırma devam edin.
- 1.000 ml'lik karışıklık silindire bütün çözüm aktarın. İki gün bekletin. Bu süre boyunca, yabancı maddeler silindirin alt kısmında çökeltilir.
- bir pipet, bir döner buharlaştırıcı süpernatantı aktarın ve mümkün olduğu kadar çok süpernatandan etanol çıkarın. etanol yüzdesi azalır gibi gliadin agrega olarak çözelti içinde görünecektir.
- Metanol dönen / daldırarak çözüm içeren gliadin agrega Freeze/ Kuru buz karışımı dondurma-kurutma, vakum altında -70 ° C'de ilave edildi. Dondurularak kurutulmadan önce, bütün çözüm herhangi bir sıvı olmadan donmuş olduğundan emin olun.
NOT: dondurularak kurutuldu gliadin gözenekli bir katı oluşturacaktır. - havan ve havan tokmağı ile dondurularak kurutuldu gliadin ezmek ve ince güç (<0.5 mm) elde etmek üzere bir kahve değirmeni ile öğütülür. Oda sıcaklığında hava geçirmez bir kap ve depoya ürünü aktarın.
Gliadin ECA 3. polimerizasyon reaksiyonu
- Bir tartı denge ve dara bir parıldama ampulünün (hacim yaklaşık 20 ml) koyun. scitillation şişede 3.2 g damıtılmış su ve 6.8 g mutlak etanol ekleyin.
- şişeye manyetik dönüş çubuğunu (20 x 3 mm) koyun, bir manyetik karıştırıcı üzerine parıldama ampulünün taşımak ve kuvvetli bir şekilde karıştırıldı - hava kabarcığı sulu etanol karışımından elde edilen kadar (800 ila 1000 rpm).
- karıştırılırken şişenin içine 4 N HCI 40 ul ekle. sti ise şişenin içine gliadin 20 mg ekle rring ve gliadin tozu tamamen sulu etanol karışımı içinde çözündürülür kadar karıştırmaya devam edin.
- 1000 rpm - karıştırma hızı hala 800 iken ECA 100 ul - emin olduktan sonra gliadin çözüm çıplak gözle açıktır, yavaş yavaş 80 ekleyin.
- 500 rpm karıştırma hızı indirin ve 1 saat daha karıştırmaya devam edilir. Reaksiyon ilerledikçe, polimerizasyon reaksiyonu devam ettiğini gösterir bulanıklık dikkate alınmalıdır.
- Reaksiyon sona erdiğinde, santrifüj tüplerine çözeltisini ve boruların ağırlığını dengeler. 20 dakika boyunca 10,000 x g'de reaksiyon ürününü santrifüjleyin. Bu süre boyunca, yan ürün çökelir ve nanotanecikler süpernatantından kalır. Yan ürünün ana bileşeni PACA homopolimeridir.
- santrifüj sonra, sintilasyon şişesine (veya herhangi bir hava geçirmez bir kap) bir pipet ile üretilen nanoparçacık süspansiyonu (üst faz) aktarmak ve oda sıcaklığında saklayın.
- 20 mL'lik bir parlatma şişesine 3,2 g su ve 6.8 g mutlak etanol karıştırılarak 68 ağırlık% sulu etanol içinde, 10 g hazırlamak ve hiçbir kabarcık çözeltisi karışımından oluşturulur kadar karıştırın.
- karıştırılırken çözeltisi karışıma 4 N HCI 40 ul ekle. karıştırılarak hazırlanmış etanol çözeltisine nanopartikül süspansiyon 50 ul ekle.
- Yukarıda hazırlanan örnek solüsyonu kullanılarak dinamik ışık saçılımı (DLS) ile Nanopartikülün boyutunu ölçmek ve üreticinin talimatlarına uyun.
NOT: Son ürünün boyutu daha küçük 200 nm olarak yer alır. Bu daha büyük 200 nm, ürün, uzun bir süre boyunca sabit değildir. istihdam ECA taze değilken Büyük nanopartiküller üretilmektedir.
Ürünün 5. Sınav
- Böyle bir el ayna olarak, bir cam plaka hazırlanır. sabunlu suyla cam plaka yüzeyini yıkayın. Rakan su ile cam plaka yüzeyinde böcek ö. temizlenen yüzeye kurutun veya bir sonraki adım için kurutma olmadan kullanın.
- cam levha bir kısmında 3.6'da elde edilen nanoparçacık süspansiyon) sprey ve hemen akan su ile yüzey durulayın.
- cam levha yüzeyi üzerinde saf su püskürtülür. kaplanmamış yüzey açık iken kaplanmış (nanoparçacık süspansiyonu püskürtülür) yüzey tutma su tabakası gözlemleyin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Nanopartiküller Çeşitli reaksiyon koşulları hazırlanabilir. Gliadin formları etanol içeriğinin 5 geniş bir yelpazede bir araya. Ancak agrega büyüklüğü ek bir katman (yani., Polimerize ECA) bu toplama eklenir, çünkü mümkün olduğunca küçük olması gerekir, bu işlem nihai boyutu daha büyük hale getirecektir. partikülün nihai boyutu çok büyük olduğu takdirde, tanecik kararsız olur ve kolay bir şekilde çökeltilebilir olacaktır. Bu nedenle,% 68 sulu etanol bir reaksiyon ortamı 4 olarak seçilmiştir. üretilen nanopartıkul boyutu birkaç yüz nanometre civarındadır. aşağıdaki gibi elde nanopartikül ile hidrofilik kaplama için çalışan bir mekanizmadır.
malzemelerin kaplanması için, (% 68 etanol içinde süspansiyon haline getirilmiş) Bu nanoparçacık süspansiyon su ile çalkalayın, hedef maddenin yüzeyi üzerine püskürtülür. ne zaman nan etanol yüzey gerilimi çok düşük olduğu için, sulu etanol oparticles hedef maddenin yüzeyi üzerine püskürtülür, sulu etanol, kolayca, daha geniş bir alana yayılır. Sulu etanol bu yayılma işlemi hızlı ve eşit bir şekilde hedef maddenin yüzeyi üzerinde askıya nano partikülleri sağlar. teslim nanopartiküller için nanopartiküllerin yüzeyinde PECA zincirleri güçlü bir afinite malzeme üzerine adsorbe. su ve ardından, nanopartiküllerin konformasyonunu değiştirir. Diğer bir deyişle, nanopartikül hava iç hidrofilik proteinler açığa yapısını açar. Bu konformasyonal değişiklik sonucu olarak, kaplanmış malzemenin yüzey 8 hidrofilik döner. nanopartiküller bu yapısal değişimi anlamak için, bu durum çeşitli etanol çözümler nanopartiküller koyarak ve zeta potansiyeli izleyerek taklit edilir.
1 "src =" / files / ftp_upload / 54147 / 54147fig1.jpg "/>
Şekil 1. Zeta Potansiyeli ve Çeşitli A queous Etanol Çözümleri Üretilen Nanopartiküller Çap. Bu grafik, her bir nanoparçacık şeklini değiştirerek gösterir ve süspansiyon ortamının etanol içeriği azaldıkça yüzey hidrofil hale gelir. Bu nanopartiküller ile Hidrofilik kaplamanın çalışma mekanizmasıdır. Hata çubukları, ortalamanın standart hatasını temsil etmektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 1, çevreleyen süspansiyon ortamı% 68 ile% 50, daha az etanol içerdiği% 68 sulu etanol içinde hazırlanmıştır nanopartikül küçük partiküller halinde olduğunu gösterir. Bu madde, etanol içeriği aralığında, zeta potansiyelinin hata çubukları, yani büyük yüzey yükünün dağılımı oldukça geniştir ve partiküller de stabilize değildir. etanol içeriği% 30 düşene kadar su artar içeriği, zeta potansiyelin mutlak değeri hızla artar. Bu, her bir nanopartikül yüzey yüksek şarj ve parçacık yüzeyinin hidrofilik önemli bir artış anlamına gelir. nanopartiküller agregaları oluşturan çünkü bundan sonra, zeta potansiyeli çok değişmez. Bu agregat oluşumu parçacıkları malzeme yüzeyi üzerinde adsorbe edilir, çünkü nanopartikül süspansiyonu hidrofilik kaplama için kullanıldığı zaman meydana gelmez. Kısaca, hidrofilik kaplama işlemi, hedef malzeme, hava iç protein moleküllerinin maruziyetinin yüzeyinde nanopartiküllerin nanoparçacık süspansiyon, adsorpsiyonu püskürtülmesini içerir. Gerçekte, tüm kaplama prosesi bir dakikadan az bir yer alır.
/ 54147 / 54147fig2.jpg "upload />
Adsorbe Nanopartiküller. SEM Şekil 2. SEM görüntüsü bir cam levha yüzeyine nanopartiküllerin dağılımını göstermektedir. Çünkü eşit dağıtılmış nanopartiküller, görünür ışığın geçirgenliği önemli ölçüde etkilenmez. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Nanopartiküller ile kaplamanın bir sonucu olarak, parçacıkların hedef maddenin yüzeyi üzerine adsorbe edilir. 2, bir cam levha yüzeyine adsorbe nano-tanecikleri göstermektedir. Bu görüntü Alan Emisyon-Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile alınmıştır. Bu SEM görüntüsü, tüm parçacık boyutları daha küçük 100 nm bakmak olduğunu göstermektedir. Örnek püskürtme öncesi SEM görüntüleme kaplı olduğu için, ancak, içinde partikül büyüklüğü, bir miktar büzülmeye olmalıdırbu süreç. Bu SEM görüntüsü nanopartiküller de bir cam levha yüzeyine dağılmış ve hafif geçmesi için partiküller arasında yeterli boşluk vardır olduğunu göstermektedir. Cam levha şeffaflığı kadar kaplama etkilenmez nedenle parçacıkların bu uzamsal dağılımı ve parçacıklar, küçük boyutlu (örneğin., Görünür ışığın dalga boyundan daha küçük boyut) açıklar.
| Kaplamadan önce | Kaplamadan sonra | |
| Bardak | 25.5 ± 1.5 ° | 8.9 ± 0.8 ° |
| polisitren | 52.7 ± 1.2 ° | 6.8 ± 0.8 ° |
Tablo 1: Before & Nanopartiküller ile Kaplama sonra Yüzeyler Temas Açısı.
Tablo 1, bir dinamik temas açısı (DCA) cihaz tarafından ölçülen deney verileri gösterilmektedir. Bu testte, VVilhelmy plâka metodu yüzey ıslanabilirliğini 9 nanopartikül kaplamanın etkisinin belirlenmesi için kullanılmıştır. temas açısı ölçümü için, numuneler nanopartikül süspansiyona, test edilecek malzemeden yapılmış plakalar batırma ve bir kaç saniye için damıtılmış su akımı ile durulanarak hazırlandı. Hazırlanan plakası ardışık daldırılır ve damıtılmış su çıkarıldı. Daldırma derinliği ara yüzey gerilimi ile ilgili eğri çizilir artan ve azalan temas açısı 10 hesaplamak için kullanıldı. Tabloda, iki örnek arasında cam ve plastik (polistiren) yüzey gerilimi, damla gösterilmiştirönemli ölçüde kaplama sonrası.
Sol yarısı kaplanmamış ise hidrofilik kaplamanın (1). Polikarbonat plastik yüzeyin sağ yarısı Şekil 3. Gösterme, nanopartiküller ile kaplanmıştır. Bütün yüzey su püskürtücü ile serpilir zaman, su damlacıklarını oluştururlar vermedi kaplı yüzey. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Kaplama etkisi kolaylıkla önce ve kaplama sonrası ıslatma etkisi karşılaştırılması ile görselleştirilebilir. 3, plastik, polikarbonat yüzeyi üzerinde hidrofilik bir kaplama etkisini göstermektedir Şekil. üst yüzeyin sağ yarısı kaplandı birlikte, sol yarım sağlamdı. s Yağmurlamabu yüzeylerin, sert bir açık kaplama etkisini gösterir. sağ yarısı formları arasında su, çok ince bir film, sol yarım yüzey ıslak olmayan suyun gösteren su damlacıklarının oluşturduğu ise.
Arka yolcu cam kaplanmamış iken Hidrofilik Kaplama (2). Bir otomobilin sürücü koltuğu penceresinin Şekil 4. Gösteri nanopartiküller ile kaplanmıştır. Her iki pencere bir su püskürtücü ile serpilir edildiğinde, su damlacıklarını oluştururlar vermedi kaplı yüzey. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Ek örnek için, üretilen nanoparçacık otomatik cam (Şekil 4) yüzeyi üzerinde püskürtüldü. Sürücü koltuğu penceresi ile kaplanmıştırnanopartiküller, arka yolcu cam kaplı değil iken. Su cam pencereler her iki püskürtülür zaman su damlacıkları kaplanmamış cam üzerine oluşturulan ise, püskürtülen su kaplamalı cam üzerinde ince bir su tabakası oluşturdu. Bu fotoğraf açıkça kaplanmış cam kaplanmamış olandan çok daha iyi görünürlük sunduğunu göstermektedir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
uzman teknik yardım için Bay Jason Adkins için teşekkürler.
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
- 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).
- Wieser, H. Chemistry of gluten proteins. Food Microbiol. 24, 115-119 (2007).
- 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).
- Kim, S. Production of composites by using gliadin as a bonding material. J. Cereal Sci. 54, 168-172 (2011).
- Kim, S., Kim, Y. Production of gliadin-poly(ethyl cyanoacrylate) nanoparticles for hydrophilic coating. J. Nanopart. Res. 16, 1-10 (2014).
- Behan, N., Birkinshaw, C., Clarke, N. Poly n-butyl cyanoacrylate nanoparticles: a mechanistic study of polymerisation and particle formation. Biomaterials. 22, 1335-1344 (2001).
- Nicolas, J., Couvreur, P. Synthesis of poly(alkyl cyanoacrylate)-based colloidal nanomedicines. Wiley Interdiscip. Rev. Nanomed. Nanobiotechnol. 1, 111-127 (2009).
- 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).
- Lander, L. M., Siewierski, L. M., Brittain, W. J., Vogler, E. A. A systematic comparison of contact angle methods. Langmuir. 9, 2237-2239 (1993).
- 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).
- 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).
