Summary
Een protocol voor de microfluidic spinnen en karakterisering van de microstructuur van geregenereerde zijde fibroin monofilament wordt gepresenteerd.
Abstract
Het protocol wordt een methode voor het nabootsen van de draaiende proces van zijderups gedemonstreerd. In het proces van inheemse spinnen kan de aanbestedende draaiende buis de zijde proteïnen compact en geordende door scheren en rek troepen. Hier, was een biomimetische microfluidic kanaal ontworpen na te bootsen de specifieke geometrische vorm van de draaiende buis van de zijderups. Geregenereerde zijde fibroin (RSF) spinnen doped met hoge concentratie, was warm geperst via de microchannel aan droge-spin vezels bij kamertemperatuur en druk. In het proces van post behandelde, waren de vezels als-gesponnen getrokken en opgeslagen in ethanol waterige oplossing. Synchrotronstraling groothoek röntgendiffractie (SR-WAXD) technologie werd gebruikt voor het onderzoeken van de microstructuur van één RSF vezels, die werden bevestigd aan een monsterhouder met de RSF vezel as loodrecht op de microbeam van de X-ray. De kristalliniteit, crystallite formaat en kristallijne afdrukstand van de vezel werden berekend op basis van de gegevens van de WAXD. De diffractie bogen in de buurt van de evenaar van de twee-dimensionale WAXD patroon aangeven dat de post behandelde RSF vezel een hoge oriëntatie graad heeft.
Introduction
Spin en zijderupsen kunnen produceren uitstekende zijde vezel van waterige eiwit oplossing bij kamertemperatuur en druk. Schuintrekken en extensionele stroom kan leiden tot de vorming van vloeibare kristallen textuur in de silk klier1. In de afgelopen jaren is er een grote interesse in het nabootsen van het proces van de spinnen van de spin te produceren hoge sterkte kunstmatige vezels. Worden echter grote hoeveelheden van spider silk eiwit kunnen niet geproduceerd efficiënt en economisch door landbouw spinnen als gevolg van kannibalisme. Aanzienlijke hoeveelheden van zijderupsen zijde kunnen gemakkelijk worden verkregen door de landbouw. Anders, de zijderups en de spider hebben een soortgelijke spinnen proces en aminozuur samenstelling. Daarom is zijderupsen zijde fibroin geselecteerd als invaller te draaien van kunstmatige dierlijke zijde door vele onderzoekers.
Spin en zijderupsen extruderen eiwit oplossing via hun draaiende buis in vezels in de lucht. De krachten van de hoge stress gegenereerd langs de draaiende buis waarschijnlijk rekken de zijde fibroin moleculen naar een meer uitgebreide conformatie2. Kunstmatige zijde vezels hebben zijn gesponnen met behulp van conventionele natte spinnen en droog-draaiende processen3,4, waarin geen rekening wordt gehouden met de vloeistof krachten gegenereerd in de draaiende buis.
Eerst, microfluidic benaderingen werden gebruikt om de onderzoeken van de vergadering van zijde eiwit5,6. Microfluidic vervaardiging van RSF was studeerde vervolgens, via de schuintrekken en extensionele krachten7,8te modelleren. Youngs modulus en diameter van RSF vezels kunnen worden afgestemd door microfluidic natte spinnen, maar de treksterkte van getekende vezel was minder dan 100 MPa7. Tot slot, hoge sterkte RSF vezels met succes werden opgesteld met behulp van de methode microfluidic droog-spinnen, maar de diameter van de vezel is alleen 2 µm8. Microfluidic natte spinnen was onlangs met succes gebruikt in de productie van hoge sterkte recombinante spin zijde vezel. De post spinnen tekening in lucht verbeterd de gebreken van het oppervlak en interne van kunstmatige vezels9.
In deze studie, wordt de verbeterde microfluidic spinnen proces voor RSF fiber ingevoerd. Het heeft tot doel om na te bootsen de draaiende proces van zijderups zijde, met inbegrip van de spinnen dope, schuintrekken krachten, en droog-draaiende proces. Deze spinnen-methode niet alleen hoge sterkte kunstmatige zijde vezel kan produceren, maar ook de diameter van de vezel kunt aanpassen. Ten eerste was de RSF spinnen dope geschoren en langwerpige in een biomimetisch kanaal met een tweede bestelling exponentiële afname. Ten tweede, de invloeden van relatieve vochtigheid (RH) op de vezel morfologie en eigenschappen werden bestudeerd in de microfluidic droog-draaiende proces10. Vergeleken met de conventionele spinnen spinneret, ons microfluidic-systeem is zeer biomimetische en kan worden gebruikt voor het produceren van hoge sterkte vezel van oplossingen bij kamertemperatuur door het droge of natte methode spinnen.
Als gevolg van de hoge resolutie, hoge-helderheid en hoog-energetische van de synchrotronstraling microfocus X-ray, kan het worden gebruikt voor het karakteriseren van de microstructuur van een enkele vezel met een diameter van enkele micrometers4,11 , 12 , 13 , 14. hier, SR-WAXD techniek werd gebruikt voor het berekenen van de kristalliniteit, de grootte van de crystallite en de kristallijne richting van RSF vezels.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Let op: Raadpleeg alle relevante veiligheidsinformatiebladen vóór gebruik. Verscheidene van de chemicaliën die worden gebruikt bij de voorbereiding van de plinten zijn acuut toxisch. Gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen (veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek en schoenen van gesloten-teen).
1. Microfluidic spinnen van RSF waterige oplossing
- Voorbereiding van RSF waterige spinnen dope 4 , 15 , 16
- Degumming van zijderups cocon
- Degum de Bombyx mori cocons tweemaal in nb 2 CO 3 waterige oplossingen (0.5 wt % in water) bij 100 ° C gedurende 30 minuten elk, en daarna wassen de zijde met gedeïoniseerd water te verwijderen het sericin.
- Dissolving van ontslijmde zijderups cocon
- de ontslijmde cocoon zijde in lucht drogen; vervolgens het ontbinden van de zijde van de ontslijmde cocon in 9.0 M LiBr waterige oplossing met een verhouding van 1:10 (w/v) bij 40 ° C gedurende 2 uur. Bijvoorbeeld, voeg 10 mL LiBr per 1 gram zijde ( Figuur 1a).
- Centrifuging en filters
- de RSF oplossing 1,5 keer door gedeïoniseerd water verdunnen. Centrifuge en filter verwijderen van onzuiverheden. Centrifugeer de RSF oplossing in 250 mL flessen bij 4 ° C gedurende 10 min op 1,234.8 x g. filteren de RSF oplossing om met een 20 µm filter en een vacuümpomp. Dubbel filtreerpapier bed verdient gezien het effect van de experimenten.
- Dialyzing
- Dialyze de RSF oplossing in gedeïoniseerd water bij 5 ° C gedurende 3 dagen met behulp van een cellulose semipermeable membraan (MWCO: 14.000 ± 2.000). Het totale volume van RSF oplossing bedraagt ongeveer 1 L, geladen in 4 dialyse zakken. Zet deze dialyse zakken in de emmer, die is gevuld met 10 L reverse osmosis (RO) gede¨ uoniseerd water.
Opmerking: De pH-waarde van gedeïoniseerd water moet hoger dan 6, om te voorkomen dat gelering tijdens de concentratie. De pH van gedeïoniseerd water geen aanpassing nodig voor dit protocol.
- Dialyze de RSF oplossing in gedeïoniseerd water bij 5 ° C gedurende 3 dagen met behulp van een cellulose semipermeable membraan (MWCO: 14.000 ± 2.000). Het totale volume van RSF oplossing bedraagt ongeveer 1 L, geladen in 4 dialyse zakken. Zet deze dialyse zakken in de emmer, die is gevuld met 10 L reverse osmosis (RO) gede¨ uoniseerd water.
- Concentrated
- de RSF waterige oplossing tot 20% van de wt condenseren door gedwongen luchtstroom bij 5 ° C. toevoegen 3 M CaCl 2 waterige oplossing in de RSF oplossing voor 1,0 mmol/g Ca 2 + eindconcentratie; dan concentreren door de geforceerde lucht doorstroming naar 38-47 wt %.
- Wegen een druppel van RSF oplossing op een glasplaatje en vervolgens droog het gedurende 2 uur in een oven bij 105 ° C.
Opmerking: Het gewicht procent van de resterende solide ten opzichte van het gewicht van de druppel voordat drogen de totale concentratie van eiwitten en CaCl 2 is. De concentratie van RSF is afgeleid na aftrek van de massa van CaCl 2. Ten minste vier herhaalde metingen werden uitgevoerd. Onze eerdere studies is gebleken dat de concentratie van Ca 2 + sterk beïnvloed de Rheologische eigenschappen en de spinnability van de RSF waterige oplossingen. Ondertussen, de toevoeging van Ca 2 + gevraagd de beperkte vorming van β-sheet en de aggregatie van RSF 17. In een inheemse spinnen dope, CaCl 2 wordt beschouwd als een belangrijke rol spelen tijdens de opslag van spinnen dope Voorkom gelering vóór spinnen. 18
- Degumming van zijderups cocon
- voorbereiding van microfluidic chip 8 , 19
- voorbereiding van photomask
- ontwerp van het micro-kanaal in een CAD-programma. Afdrukken van het CAD-bestand om te produceren een high-resolution transparantie 19.
- Voorbereiden van de schimmel
- schoonmaken het glasplaatje
- In een chemische kap, kook het glasplaatje in de gemengde oplossing van geconcentreerd zwavelzuur en 30 vol % waterstofperoxide-oplossing (10:1) gedurende 20 minuten op een hete plaat.
Let op: zwavelzuur en waterstofperoxide dampen zijn uiterst giftig.
- In een chemische kap, kook het glasplaatje in de gemengde oplossing van geconcentreerd zwavelzuur en 30 vol % waterstofperoxide-oplossing (10:1) gedurende 20 minuten op een hete plaat.
- Wassen het glasplaatje
- het glasplaatje met gedeïoniseerd water wassen en droog met hoge zuiverheid stikstof blazen.
- Coating film
- jas van de SU-8 fotoresist op het glasplaatje door een custom-built coating-apparaat met een gat van 100 µm tussen de onderkant van de bar van de coating en het bovenoppervlak van glas.
- Spin coating
- verspreid de fotoresist op het glasplaatje vormen een uniforme film met behulp van een draai-coater bij 40.3 x g voor 30 s. De dikte van de eenvormige film is ongeveer 85 µm.
- Stollen
- stollen de fotoresist in een oven met een temperatuur controle programma. De temperatuur van de kamertemperatuur te verheffen tot 65 ° C 2 ° C/min en maximaal bij 65 ° C gedurende 2 min. doorgaan aan hitte van 65 ° C tot 95° C en ingedrukt bij 95 ° C gedurende 15 min. beurt uit de oven en laat afkoelen natuurlijk naar kamer temperatuur in de oven.
- Ultraviolet licht van de blootstelling
- bloot de zijde van de glazen schuif met de fotoresist naar ultraviolet licht voor 12 s met behulp van de transparantie als een photomask door fotolithografie 19.
Opmerking: Het golfgetal van het ultraviolet licht is 365 nm en de energie van de blootstelling is 273.6 mJ/cm 2.
Let op: Neem goede veiligheidsmaatregel tijdens het werken met UV-licht en de oven.
- bloot de zijde van de glazen schuif met de fotoresist naar ultraviolet licht voor 12 s met behulp van de transparantie als een photomask door fotolithografie 19.
- De fotoresist stollen, zoals beschreven in stap 1.2.2.5.
- Ontwikkelingslanden
- schoon de fotoresist corrosiebestendige in ontwikkelaar oplossing voor 30 s. wassen het glasplaatje door isopropanol en ontwikkelaar, afwisselend tussen de twee, zolang er geen geen neerslag op het glasplaatje.
- Stollen de fotoresist in een oven met een temperatuur controle programma. De temperatuur van de kamertemperatuur te verheffen tot 170 ° C 2 ° C/min en houd bij 170 ° C gedurende 30 min. beurt uit de oven en laat afkoelen natuurlijk op kamertemperatuur in de oven.
- schoonmaken het glasplaatje
- Zachte lithografie
- 8.8 g vloeibare Polydimethylsiloxaan (PDMS) pre polymeer giet de schimmel en de remedie voor 30 minuten bij 65 ° C, en 15 min op 80 ° C. vloeibare PDMS pre polymeer bestaat uit PDMS en genezen agent (meestal bij 10:1 (w/w)).
- Punching
- Punch een gat door de PDMS replica aan het begin van het kanaal door boor. De diameter van de boor is 1,2 mm.
- Dichting
- zegel van de PDMS replica met het kanaal naar een platte laag van het PDMS zonder patroon door een zuurstof plasma behandeling op de oppervlakken van de twee lagen van het PDMS.
Opmerking: Het totale voorbereidingsproces van de chip neemt ongeveer 72 h.
- zegel van de PDMS replica met het kanaal naar een platte laag van het PDMS zonder patroon door een zuurstof plasma behandeling op de oppervlakken van de twee lagen van het PDMS.
- voorbereiding van photomask
- Fabricage van RSF vezel
- injectie van spinnen dope
- injecteren de RSF dope in de microchannel op 2 µL/min draaien door een spuitpomp.
- Milieu verordening
- aanpassen van de relatieve vochtigheid tot 40 ± 5 RH % of 50 ± 5 RH % met behulp van een luchtbevochtiger. Op 40 ± 5 RH %, als-gesponnen vezel gestold sneller dan 50 ± 5 RH %.
- Productie van RSF vezel
- Touch van de daling van de RSF door een lokaliseren op de uitlaat van het microfluidic kanaal, trekken RSF vezels in de lucht en spoel het dan op een roller door middel van een 10-cm luchtspleet met een snelheid van 3 cm/s ( Figuur 1b ).
- Slaan de RSF vezels in een verzegelde exsiccator voor 24 h.
- Vezel nabehandeling
- tekenen de vezels als-gesponnen 4 keer 0,9 mm s -1 in 80 vol % ethanol oplossing door een op maat gemaakte machine, en vervolgens houden de getekende vezel vaste en dompel de vezels in de oplossing gedurende 1 uur. Vanwege deze behandeling, de lengte van de vezel werd veranderd van oorspronkelijk 15 mm naar 60 mm.
- Het monster voorbereiden karakterisering
- Fix de post behandelde vezels op een frame van papier met een lengte van 10mm spoorbreedte. Ten minste 20 vezels zijn nodig voor de meting, met inbegrip van in de treksterkte test, SEM, FTIR en WAXS. De diameters van de post getekende vezels variëren van 5 tot 10 µm. Figuur 1 toont de schematische voorstelling van de vezel productie en karakterisering van het WAXD. De mechanische eigenschappen van de RSF vezels werden onderzocht door een materiële testsysteem (25 ± 2) ° C en de relatieve vochtigheid (45 ± 5) %. De extensie beoordelen en meten lengte respectievelijk 2 mm/min en 1 cm,.
- injectie van spinnen dope
2. Synchrotronstraling karakterisering van kristallijne structuur van RSF Fiber
- synchrotronstraling karakterisering 4 , 13 , 17
- aanpassing van beamline
- de golflengte van de x-stralen en spot grootte 0.07746 nm en 3 x 2 µm 2, respectievelijk aanpassen.
Opmerking: Het protocol wordt uitgevoerd met behulp van de BL15U1 beamline op de Shanghai Synchrotron Radiation Facility.
- de golflengte van de x-stralen en spot grootte 0.07746 nm en 3 x 2 µm 2, respectievelijk aanpassen.
- Locatie van de X-ray-spot
- vinden de locatie van de X-ray plek.
Opmerking: De locatie van de X-ray-spot wordt afgesteld door de laborant in de Synchrotron Radiation Facility.
- vinden de locatie van de X-ray plek.
- Testen van standaardmonster: Cerium kooldioxide (CeO 2)
- Test een standaardmonster CeO 2 poeder. De CeO 2 poeder werd gekenmerkt om het midden van de cirkel en de afstand van het monster tot de detector te berekenen.
- Sample voorbereiding
- Fix de RSF filamenten parallel met elkaar op het frame van papier met een lengte van 10 mm spoorbreedte. Lijm het papier frame op de testfase.
Opmerking: Houd de vezel horizontale.
- Fix de RSF filamenten parallel met elkaar op het frame van papier met een lengte van 10 mm spoorbreedte. Lijm het papier frame op de testfase.
- SR-WAXD testen
- Open de sluiter
- sluit de deur van het beamline-station als u zeker bent dat er zich geen personen in de kamer. Open de sluiter van X-ray straal bron.
- Bundeling
- verplaatsen van de vezel licht totdat in focus. Pas de locatie van de vezel langs de x, y, z-richting op afstand via een software ( Figuur 1 c).
- Sample blootstelling
- de vezel omhoog en omlaag op afstand via een software, totdat het op de plek van de X-ray. Druk op de startknop op de software voor het blootstellen van de vezel naar het beamline van de X-ray voor 20 s ( Figuur 1 c).
- Background diffractie
- de diffractie van de achtergrond van de lucht met de belichtingstijd voor 20 s. Move de vezel uit de buurt van de X-ray plek op afstand via een software te testen. Druk op de " start " knop op de software om de beamline van de X-ray aan bloot " lucht middellange " voor 20 s.
- Open de sluiter
- aanpassing van beamline
- De verwerking van de gegevens van de SR-WAXD 13
- kalibratie Software
- verwerken van de gegevens van de WAXD met behulp van FIT2D (V12.077). Kalibreren van het midden van de cirkel en de afstand van de monster-naar-detector met behulp van de gegevens van de diffractie van de CeO 2 poeder.
- 2-D diffractie patroon
- aftrekken van de achtergrond van de lucht uit de vezel diffractie-patroon met behulp van FIT2D (V12.077).
- Grootte kristalliniteit en crystallite
- integreren de diffractie-intensiteit als een functie van de hoek 2θ verstrooiing. Uitvoeren deconvolutie van de intensiteit integratie met geautomatiseerde piek scheiding software (versie 4.12) 12. De mate van kristalliniteit, x c, werd geschat uit de relatie:
, waar ik c is de som van de geïntegreerde intensiteiten van de kristallijne pieken en ik een is de geïntegreerde intensiteit van de amorfe halo 4 , 11. De integratie van de WAXD patronen toonde de piekbreedte van de [200], [020], [002] reflecties. De FWHM van deze pieken werden gebruikt om te bepalen van de grootte van de crystallite langs de a, b en c assen met behulp van Scherrer ' s formule 4.
- integreren de diffractie-intensiteit als een functie van de hoek 2θ verstrooiing. Uitvoeren deconvolutie van de intensiteit integratie met geautomatiseerde piek scheiding software (versie 4.12) 12. De mate van kristalliniteit, x c, werd geschat uit de relatie:
- Bepaling van de richtsnoeren voor de crystallite
- berekenen de oriëntaties van de crystallite en amorfe volgens azimutale integraties van (020) en (210) pieken 11. De kristallijne oriëntatie kan kwantitatief worden berekend volgens Herman ' s oriëntatie. Hier, beide (020) en (210) pieken werden uitgerust met twee Gaussian functies. De smaller is voor kristallijne oriëntatie en de andere bredere is voor de georiënteerde Amorf materiaal 13. Hier, de oriëntaties van de crystallite van RSF vezels werden vergeleken met behulp van de volle breedte op halve maximum (FWHM) van azimutale integraties (002) pieken.
- kalibratie Software
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Hoge sterkte RSF vezels werden met succes geproduceerd met behulp van de microfluidic methode spinnen. De curven van de spanning-spanning en SEM beelden van de gestrekte RSF vezels C44R40 zijn afgebeeld in Figuur 2. Ten minste 10 vezels werden gemeten in de treksterkte test. Spanning-spanning krommen werden gekozen op basis van de gemiddelde waarde van het breken van vezels aan de stress en spanning. De gegevens van de WAXD van de vezels zijn afgebeeld in Figuur 3. De kristalliniteit en kristallijne geaardheid werden berekend volgens de gegevens van de WAXD. Voor monster aanwijzing gebruiken we C en R te presenteren van de concentratie van RSF in de spinnen dope en de relatieve vochtigheid, respectievelijk. Bijvoorbeeld, de vezels gesponnen van 44 wt % RSF spinnen dope bij 40 ± 5% RH werd aangewezen als C44R40, die post werd getrokken op een draw-verhouding van 4. Andere vezels werden hernoemd tot C44R50, C47R40 en C47R50 volgens dezelfde beschrijving.
Figuur 1: Schematische van de productie en structuur-karakterisering van de vezel. (een) voorbereiding van RSF oplossing, (b) microfluidic spinnen proces van RSF vezels, (c) synchrotronstraling experimentele opstelling van RSF één vezel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: Spanning-spanning curven van post behandelde RSF vezels. Afbeelding toont SEM van C44R40. Schaal bar = 10 µm. Dit cijfer is gewijzigd van10. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: SR-WAXD gegevens van post behandelde RSF vezels. (A) twee dimensionale WAXD patronen van post behandelde RSF single vezels: (een) C44R40, (b) C44R50, (c) C47R40, (d) C47R50, en (B) ontslijmde B. mori zijde; (C) een dimensionale WAXD gegevens van post behandeld RSF vezels en ontslijmde B. mori zijde, die werd uitgevoerd in piek deconvolutie in (D). Dit cijfer is gewijzigd van referentie10. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Tijdens de dialyse van de RSF oplossing is de pH-waarde essentieel voor de volgende concentratieproces. Als de pH-waarde van het gedeïoniseerd water kleiner dan 6 is, zullen de RSF oplossing gemakkelijker gel tijdens de concentratie. Om te voorkomen dat de gelering, wordt CaCl2 toegevoegd aan de RSF oplossing. De concentratie van CaCl2 is 1 mmol per gewicht van RSF.
Onze vorige werk aangetoond de mogelijkheid van microfluidic droog-spinnen van een waterige oplossing RSF8. De geometrie van het microfluidic kanaal was een vereenvoudigde single-fase exponentiële functie. Voor spin en zijderupsen daalden spinnen dopes loting via een tweetraps exponentiële regressie draaiende buis vóór1,20van de vorming van de vezel. Hier, werd de geometrie van het microfluidic-kanaal ontworpen door het nabootsen van de tweede orde exponentiële afname functie van de zijderups draaiende buis1. De breedte van het microfluidic-kanaal afneemt van een beginbreedte van 2,065 µm tot de terminal breedte 265 µm, en de lengte van het rek kanaal is 21.5 mm. In het vorige artikel was de diameter van de getekende RSF vezel 2 µm. Dus moest een bundel van RSF threads worden gebruikt voor de mechanische test en structuur karakterisering8.
Het experiment blijkt dat RSF concentratie en relatieve vochtigheid invloed op de diameter en de microstructuur van de RSF vezels in het proces van droog spinnen. De RSF vezel die gesponnen op 40% RH toont een grotere diameter en meer kristallijnen structuren dan de vezel die gesponnen op 50% RH. De vezel die gesponnen op 50% RH heeft echter een hogere kristallijne oriëntatie dan die gesponnen op 40% RH. De resultaten kunnen worden gerelateerd aan de verdampingssnelheden van water op verschillende humidities. Een hogere verdampingssnelheid van water op 40% RH verbetert de intramoleculaire wisselwerkingen en vergemakkelijkt de snelle faseovergang van fibroin van de zijde van de sol-gel naar effen zijde fiber. Een lagere verdampingssnelheid van water op 50% RH leidt tot een hoger gehalte aan residu water in de gestolde vezel. Als een kleine moleculaire smeermiddel, het water de zijde fibroin oriëntatie vergemakkelijkt en maakt de gedeeltelijk verhard vezel aan fijnere vezels worden uitgerekt. Dit proces helpt ons te begrijpen hoe water van invloed op de vorming van zijde vezels inheemse spinnen tijdens.
De mechanische eigenschappen van post behandelde RSF vezels zijn beter dan die van ontslijmde zijde4. Na de nabehandeling, werden de crystallinities van de vezels drastisch verhoogd. De FWHM van de post behandelde RSF vezel is kleiner dan dat van als-gesponnen vezel. Het geeft aan dat na de behandeling verbetert de oriëntatie van de kristalaggregaten langs de as van de vezel. De complexiteit van het proces na de behandeling beperkt echter de massaproductie van RSF vezels met hoge sterkte.
In vergelijking met een conventionele spinneret, is het microfluidic-kanaal geschikt om na te bootsen de geometrie van een natuurlijke zijde klier. Ondertussen, het spinnen microfluidic werd gebruikt voor de productie van recombinante spider silk met uitstekende mechanische eigenschappen9. Schuintrekken en leidt secties zijn geïntegreerd in de microfluidic spinnen-chip voor het opwekken van de vergadering en de oriëntatie van de eiwitmolecules en fibrillen. Daarom is het microfluidic spinnen veelbelovend in de productie van hoogwaardige dierlijke zijde, evenals andere synthetische vezels van oplossing. Echter de microfluidic methode spinnen kan alleen produceren enkel door samensmelting van filamenten en het zich niet veroorloven hoge productie van kunstmatige vezels.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk wordt gesponsord door de National Natural Science Foundation of China (21674018), de nationale sleutel-onderzoek en ontwikkeling programma van China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) en de "Shuguang programma" ondersteund door Shanghai Education Development Stichting en Shanghai gemeentelijk onderwijs Commissie (15SG30), DHU onderscheiden jonge Professor programma (A201302), het fundamenteel onderzoeksmiddelen voor de universiteiten van de centrale, en de 111 Project (No.111-2-04).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| B. mori Cocoons | Farmer in Tongxiang, Zhejiang Province, China | ||
| Sodium carbonate, anhydrous, 99.8% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Lithium bromide, 99.1% | Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Calcium chloride, anhydrous, 96.0% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Ethanol, anhydrous, 99.7% | Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China | 10009218 | Analytically Pure |
| SU-8 photoresist | MicroChem Corp., USA | ||
| Developing solution | MicroChem Corp., USA | ||
| Sylgard 184 | Dow Corning, USA | ||
| Isopropanol | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Concentrated sulfuric acid | Pinghu Chemical Reagent Factory, China | Analytically Pure | |
| 30 vol% hydrogen peroxide | Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Acetone | Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China | Analytically Pure | |
| Oxygen plasma treatment | DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China | ||
| Syringe pump | KD Scientific, USA | KDS 200P | |
| Humidifier | SEN electric | ||
| Driller | Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China | bench drilling machine Z406c | |
| Material testing system | Instron, USA | Model: 5565 | |
| PeakFit | Systat Software, Inc., USA | Version 4.12 |
References
- Asakura, T., et al. Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori. Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).
- Vollrath, F., Knight, D. P. Liquid crystalline spinning of spider silk. Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).
- Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts. Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).
- Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. C. The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process. J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).
- Martel, A., et al. Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy. J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).
- Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. R. Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins. P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).
- Kinahan, M. E., et al. Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties. Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).
- Luo, J., et al. Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip. Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).
- Peng, Q. F., et al. Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip. Sci Rep. 6, (2016).
- Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers. Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).
- Sampath, S., et al. X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks. Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).
- Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties. Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).
- Pan, H., et al. Nanoconfined crystallites toughen artificial silk. J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).
- Zhang, C., et al. Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation. Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).
- Wei, W., et al. Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution. Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).
- Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution. J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).
- Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres. Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).
- Koh, L. D., et al. Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials. Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).
- McDonald, J. C., Whitesides, G. M. Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices. Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).
- Knight, D. P., Vollrath, F. Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line. P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).
