Summary
여기, 우리는 bioinspired 실리 카 재료를 합성 하 고 거기에 효소를 무력화 하는 프로토콜을 제시. 실리 카는 규 산 나트륨 및 '첨가제'는 아민 제어 속도로 중화 결합 하 여 합성 됩니다. 제자리에서 효소 동원 정지 또는 캡슐화 된 첨가제의 합성 후 산 차입 하 여 물성 및 기능을 변경할 수 있습니다.
Abstract
여기에 설명 된 프로토콜의 목표 bioinspired 실리 카 재료 합성, 효소 캡슐화를, 수행 하 고 부분적으로 또는 완전히 정화 같은 산 차입에 의해 것입니다. Polyfunctional bioinspired 첨가제와 규 산 나트륨을 결합 하 여 실리 카 중화 시 주변 조건에서 급속 하 게 형성 된다.
실리 카 수확량에 중화 및 biomolecule 추가 포인트의 효과 조사 하 고 biomolecule immobilization 효율성은 추가 포인트 변화에 대 한 보고. 다른 다공성 실리 카 합성 방법을 달리 온화한 조건 bioinspired 실리 카 합성에 필요한 섬세 한 생체의 캡슐화와 완벽 하 게 호환 되는지 표시 됩니다. 또한, 온화한 조건 만들기 bioinspired 실리 카 스케일 업 및 상용화 유망 대상 맨 자료와 적극적인 지원 매체 모든 합성 및 수정 단계에 걸쳐 사용 됩니다.
그러나 합성은 표시 조건, 즉, 중화 속도 최종 합성 pH에 매우 민감한에서 높은 재현성으로 이어지는 자동 적정 메서드를 사용 하 여 이러한 매개 변수 제어 시연 꽉 반응 진행 경로 항복입니다.
따라서 실리 카 bioinspired 우수한 활성 소재 지원 선택, 미래의 응용 프로그램에서 많은 현재 응용 프로그램을 시연, 그에 국한 되지 않음 그리고 힘으로 다양성을 보여주는입니다.
Introduction
산업 촉매에 대 한 구조 지원으로 실리 카의 사용은 잘 설립 하 고, 향상 된 촉매 활동, 안정성 및 가공 성, 따라서 잠재적으로 운영 비용을 절감1 . 이러한 혜택으로 실리 카 기 공 시스템 내에서 스토리지 무료 그것의 대조 물 효소 수명에 상당한 혜택을 부여 수 있습니다 효소 동원 정지의 경우 혼합은. 따라서, 많은 노력 연결할 효소 실리 카 종, 규 산 고체 지원에 동원 정지의 다른 방법을 사용 하 여 조사를 비교 하는 여러 리뷰와 함께 가장 좋은 방법을 찾는 소비 되어 있다. 2 , 3 , 4
효소는 physisorption 또는 다공성 재료 내에서 캡슐화 이외에 공유 결합을 통해 일반적으로 연결 됩니다. 그러나 5 , 있다 각 방법에 관련 된 중요 한 단점: 실리 카와는 허용 되지 않는에 지도 하는 반응 조건에 의해 아주 쉽게 약화 수 있습니다 biomolecule 사이 과도 표면 상호 작용에 의존 하는 physisorption 효소 거 르 기입니다. 훨씬 더 강한 공유 첨부 활성 종의 감소 구조적 자유 때문에 낮은 활동 일반적으로 발생합니다. 캡슐화는 효소 어려움 또는 diffusional 한계 때문에 감소 된 활동에서 발생할 수 있습니다. 6
온화한 (종종 별명된 ' bioinspired') 실리 카 종합의 분야에서 최근 개발 현장에서 의 캡슐화 생체 및 다른 활성 종 소재 합성 동안 설립 했다. 7 , 8 , 9 이 방법은 기존의 동원 정지의 단점의 많은 원소-chemisorption 접근 달리는 biomolecule의 구조적 자유 약한 noncovalent 상호 작용의 주위 공 구멍 형태로 사용에 의해 유지 된다 biomolecule, 여전히 방지 leaching. 사실, 캡슐화 생체 및 전체 셀,10 의 범위에 대 한 작동 하도록 입증 되었습니다 하 고 bioinspired 비활성화 때문에 가혹한 과정 등 실리 카 효과에 캡슐화를 통해 상태를 피할 수 있다. 7 , 11
여기 설명 하는 방법의 목표 bioinspired 유기 첨가제를 사용 하 여 주위 조건 하에서 제어할 수 있는 속성을 가진 다공성 실리 카를 준비 하는 것입니다. 메서드는 선택 표시 한다 무기 또는 bioorganic 분자의 캡슐화를 포함 하도록 쉽게 수정할 수 있습니다. 우리는 더 산 차입을 통해 유기 서식 파일을 제거 하 여 원하는 대량 속성 및 정화를 달성 하기 위해로 synthesised 자료를 수정 하기 위한 손쉬운 방법을 보여줍니다.
템플릿 다공성 실리 카 지원 (예:실리 카 재료 MCM-41 또는 SBA-15 같은 supramolecular 계면 활성 어셈블리를 통해 템플릿)12 이 방법은 훨씬 빠르고 더 온화한, 사용의 전통적인 합성에 비해 맞게, 수많은 immobilization 단계와 힘 드는 정화에 대 한 필요 없이 현장에서 캡슐화. 또한, calcination 보다 산 차입의 사용 유기 표면 기능화의 가능성을 엽니다.
이 방법은 매우 physisorption 발견 누가 활성 종 동원 정지 또는 효과적 이도록 화학식 동원 정지에서 이러한 작업에 적용 됩니다. Bioinspired 합성은 유일 하 게 기존의 템플릿 실리 카 재료에 비해 산업화에 대 한 배치 프로세스 스케일-업 연구 들도 유용 합니다. 13 , 14 이 방법은 포토닉스, 자료 구조에 대 한 내는 소재 예:숨 구멍의 정렬 된 배열이 필요로 하는 응용 프로그램을 권장 하지 않습니다 대량 속성에 어떤 유사성에도 불구 하 고 무질서 이다.
Protocol
1. 전조 솔루션 (및 선택적 모듈 솔루션)의 준비
- 180 mL 플라스틱 용기에 규 산 나트륨 pentahydrate (318.2 mg)의 1.5 m m o l을 측정 하 고 이온된 물 20 mL에 용 해.
- 마찬가지로, 두 번째 컨테이너에서 pentaethylene hexamine (PEHA, 58.1 mg)의 0.25 mmol을 측정 하 고 이온을 제거 된 물 20 mL에 용 해 키를 누릅니다.
- 다른 포함 하는 아민 화합물 예를 들어,diethylenetriamine (만) 또는 triethylenetetraamine (TETA)를 사용할 경우 되도록 총 Si:N 몰 비율 일정 1 (즉, 해당만의 0.5 m m o l 또는 0.375 mmol TETA에의 하 설명한 절차)15.
- 고분자 아민 첨가제 예를 들어,poly(ethyleneimine) (페이) 또는 poly(allylamine hydrochloride) (PAH)을 사용 하 여, 1 mg/mL (최종 반응 볼륨)15의 농도 유지 합니다.
주의: 그들은 부식성 또는 독성 (특히 증기)로 그들의 순수한 형태에서이 아민 증기 두건 안쪽만 처리 합니다.
- 합성 하는 동안 제자리에서 캡슐화를 수행 하려면 미리 결정 된 대량의 단백질 분해 (본 50 mg의 소 혈 청 알 부 민, BSA) 이온된 물 5 mL에. 이 양의 규 산 나트륨 pentahydrate의 해산에 사용할 이온된 수의 볼륨에서 물 빼기.
- 일단 이온된 수 혼합의 구조를 변경 하지 않고 단백질 해체를 쉽게 하기 위해 컨테이너를 뚜껑과 4 ° c.에 저장 때때로 교 반 없이 선호 해체 진행 상황을 확인 합니다.
2. 실리 카 합성
- 규 산 나트륨 pentahydrate와 180 mL 컨테이너 중 하나에 대 한 PEHA 솔루션을 결합 하 고 최종 수 있도록 충분 한 이온된 수 추가 솔루션 볼륨 41 mL (또는 46 제자리에서 캡슐화를 생략 하는 경우).
- 갓의 혼합물 규 산 나트륨과 PEHA 솔루션 일관 된 혼합을 제공 하는 활동가 바 추가 활동가 접시 위에 놓습니다.
- 이 혈관으로 pH 프로브를 일시 중지 하 고 초기 pH를 기록 합니다.
- 이 단계에서 필요에 따라 단계 8.1에에서 설명 된 대로 몰 리브 덴 블루 spectrophotometric 분석 결과 사용 하 여 초기 [시] 농도의 나중에 결정에 대 한 시작의 750 µ L 약 수를 제거 합니다.
- 그림 1에서 계산한 1 M HCl의 정해진된 수량을 추가 하 여 합성을 시작 하 고 탁도의 즉각적인 진화를 관찰 ( 그림 2참조)
- 최대한 빨리 산 추가에, 추가 모듈 솔루션 (있는 경우) 가능한 한 빨리.
참고: 이러한 수량 주어진 마지막 볼륨 30 m m의 Si와 N 농도 선도 총 반응 혼합물의 50 mL입니다. 이 조정 될 수 있다 일정 금액 수량 보다 곱하여 원하는. - 반응 완료; 확인 하려면 5 분 후 pH를 기록 pH 7 ± 0.05 인지 확인 합니다.
3. 산 차입 자료의
- 반응 더 산의 추가 의해 (또는으로 만든 coagulum 실리 카의 이전 합성된 샘플을 resuspending 하 여) 완성에 도달 했습니다 후 생산된 실리 카의 구성을 수정 합니다.
- 실리 카 resuspending, 180 mL 플라스틱 용기에 이온된 물 100 mL를 약 150 mg으로 준비 bioinspired 실리 카를 혼합 하 고 활동가 접시 위에 놓습니다.
- 일단 정지 잘 혼합 하 고, 선박에서 pH 프로브를 일시 중단 합니다.
- (7과 2) 사이 원하는 pH에 도달할 때까지 더 HCl에 적정 하 고 ca. 안정화 될 수 있도록 1 분.
- 시스템은 완전히 equilibrated 하 고 고체 실리 카 분리 진행 추가 5 분을 기다립니다.
4. 실리 카 분리 및 건조
- 50 mL 원심 분리기 튜브 bioinspired 실리 카 현 탁 액을 가만히 따르다.
- 15 분 동안 5000 g에서 정지 원심
- 원심 분리 후에 추가 분석 (예를 들면, Bradford 분석 실험, 아래 참조)에 대 한 저장소는 상쾌한을 제거 합니다. 이온된 수, 원심 분리기 튜브를 리필 하 고 다시 실리 카와 동 믹서를 사용 하 여 일시 중단.
- 원심 분리, 표면에 뜨는 저장 및 다시 중지를 두 번 반복 합니다.
- 최종 원심 분리 후에 상쾌한을 제거 하 고 세라믹 도가니에 실리 카를 다쳤어요.
- 밤새 85 ° c.에 오븐에 건조
- 경우 캡슐화 자리를 차지 하 고, 단백질 변성을 피하기 위해 동결 시설 또는 진공에서 운영 하는 오븐을 사용 합니다.
5. 몰 리브 덴 생산 [Si] 측정 시 약 (MBR) 블루
- 플라스틱 1l 부피 플라스 크, 8 mmol (10 g) 황화 몰 리브 덴 tetrahydrate 증기 찬에 추가 합니다.
- 500 mL 이온된 물 교 반 아래에 이것을 분해.
- 신중 하 게 10 M HCl 해결책의 60 mL을 추가 하 여 솔루션을 시 어 지 다.
- 1 나에 마지막 볼륨 조정
6. 파라 aminophenol 황산 염 감소 시키는 대리인 (RA) [시] 결정의 생산
- 연기 찬에 활동가 접시에 주위 온도에 물 욕조에 500 mL 유리 부피 플라스 크를 배치 합니다.
- 파라-aminophenol 황산 염 및 아 황산 나트륨의 16 mmol (2 세대)의 무수 산의 111 mmol (10 g), 19.5 m m o l (3.35 g)를 추가 하 고 250 mL 물에 용 해.
- 신중 하 고 천천히 교 하면서 포화 황산의 92 g (50 mL)을 추가 하 고 냉각 솔루션에 대 한 기다립니다.
- 마지막으로, 이온 물 500 mL를 희석.
7. Silicomolybdic 산 분석 결과 단위체 실리 카 종에
- 5 mL 플라스틱 병에서 MBR의 희석 300 µ L 단계 5.4 이온된 물 3 mL에서에서 생산.
- 10 µ L silicic acid 테스트 솔루션 및 쉐이크 믹스를 추가 합니다.
참고:이 솔루션 천천히 노란색 돌 것 이다. - 정확히 15 분 후의 블루 이성질체에 복잡 한 노란색 silicomolybdate를 줄이기 위해 섹션 6에서에서 준비 하는 원제의 1.6 mL를 추가 합니다.
- 적어도 2만 24 시간 이상 개발에 파란색을 수 있습니다.
- 810에서 샘플의 흡 광도 측정 대 일 분 광 광도 계에 nm 교정 곡선에 대 한 [시]를 계산 하 고.
8. 실리콘 폴리머 실리 카 종에 Molybdic 산 성 시험
- Microcentrifuge 튜브, 몰 리브 덴 블루 메서드를 사용 하는 polysilicate 종의 농도 측정 하기 위해 2 M 수산화 나트륨 용액의 750 µ L 750 µ L 실리 카 서 스 펜 션 결합 되어 있습니다.
- 인감과 microcentrifuge 부유물에서 장소입니다.
- 충분 한 headspace 압력 구축으로 인해 파열을 방지 하기 위해 튜브에 남아 확인 합니다.
참고: 500 µ L의 headspace 이것을 피하기 위하여 일반적으로 충분 하다. 또는, 절차 수 실시 오픈 튜브에서 너무 오랫동안 증발으로 인해 액체 손실 비율인.
- 충분 한 headspace 압력 구축으로 인해 파열을 방지 하기 위해 튜브에 남아 확인 합니다.
- Microcentrifuge 튜브 80 ° C에가 열 물 욕조에 플 로트 그리고 1 시간에 대 한 해산을 두고.
- 1 시간 경과 후 microcentrifuge 튜브를 제거 하 고 외부 건조를 닦아냅니다.
- 일단 냉각, [Si] 위에서 설명한 단계 7.2 7.5에서에서 설명한 대로 확인할 수 있습니다.
9. 브래드 퍼 드 실리 카에서 단백질 농도의 결정에 대 한 분석 결과 절차
- 각 할당 된 베트에 (실 온) Bradford 시 약 및 샘플의 미리 정해진된 금액을 삽입 (특정 볼륨에 대 한 표 1 및 표 2 참조). 모든 베트에 대 한 일회용 피 펫 팁을 사용 하 여 시의 특성상 볼륨 변경 방지 하 고 3 중에 각 포인트를 반복.
- 3 번 반전 하 여 각 베트를 혼합 하 고 10 분에 대 한 개발을 두고.
- 595에서 흡 광도 측정 순수한 상쾌한을 사용 하 여 빈으로 nm.
- 각 측정에서 흡 광도 컨트롤 샘플 (모두 분석에 베트 번호 0)에 대 한 발견을 빼서 각 베트의 원래 흡 광도 계산 합니다.
- 보정 곡선 (그림 3)를 사용 하 여 알 수 없는 샘플의 단백질 농도 계산 합니다. 원래 샘플의 희석 시 희석 요인 설명 될 필요가 있다.
- 분석 결과 감도 영향을 줄 수 임의의 변동 피하기 위해 BSA의 농도 대 한 플로팅 측정 된 흡 광도 의해 실험의 각 세트에 대 한 교정 곡선을 만듭니다.
- 비록이 단백질 분석 결과를 사용 하 여 BSA는 표준으로 모든 종류의 단백질을 정량 의미 된다, 향상 된 정확도 대 한 관심의 각 특정 단백질에 대 한 교정 곡선을 만듭니다.
- 알 수 없는 샘플의 단백질 콘텐츠 교정 곡선의 적용된 범위 보다 높을 것으로 예상 된다, 하는 경우 필요에 따라 그것을 희석.
- 다시-서 스 펜 션 가능한 단백질 손실 모니터링 하는 동안 각 샘플에 대 한 단백질 함량을 결정 합니다.
Representative Results
위에서 설명한 기술을 지속적으로 그리고 reproducibly 침전 실리 카 수 있습니다. 이것은 반응 배는 동요의 정지시 자발적으로 침전 된 실리 카 (그림 2)의 두꺼운 coagulum 정착 내 탁도의 급속 한 개시에 의해 결정 하는 가장 쉬운. 반응의 범위 그리고 그러므로 항복 분리 후이 coagulum의 질량을 측정 하 여 확인할 수 있습니다 일반적으로 58 ± 6.5% (그림 4, 황색).
반응 진행에 더 통찰력 적응 반응이 있어야 그 종 unreacted 단위체 규 산 염 종의 양을 감지 하 몰 리브 덴 블루 분 광 방법에 의해 생성 될 수 있습니다 polysilicates 또는 '올리고' 형성 하지만 응고에 충분 한 크기를 도달 하는 관리 하지 않은 (그림 4, 빨간색과 파란색 각각).
강 수 반응에 대 한 다른 적정 효율을 비교할 때 특히 특정 실리 카 speciation 데이터는-에 단위체 실리 카의 중 합에 영향을 미치는 방법 즉, 최종 반응 pH와이에 속도 도달할 경우는 '올리고 머'와 그 후속 응고 고체 실리 카를. 산 단계 2.4에에서 약간 추가의 금액을 수정 하 여 아래-또는 오버-titration 반응 혼합물의 수 있습니다 (그림 5)를 수행. 이 두 경우에 다시 실리 카 종 형성을 측정 하 여 명확한 차이 볼 수 있습니다 반응 완료 (그림 4)에 반응 (그림 5)의 적정 프로필에만 사소한 변화에도 불구 하 고.
차이가 (29-33% 사이 남아 있는) 3 개의 반응 경우 단위체 종의 소비 사이 존재 이지만, 각 케이스에서 침전 oligomeric 실리 카 종의 분명 한 차이가 있다. 이것은 전통적인 이론 솔-젤 침-'언더' 경우에 pH 개최에 대 한 더 높은 이상, 개별 입자 성장을 허용 하 고 따라서 효율적인 응고; 방 조 동의 응고를 훨씬 더 빨리 유도 하 여 신속한 적정 때문 '슛' 경우에 따라서 적은 실리 카 종족의 응고 및 콜 로이드 단계에 갇혀 유지 하는 충분 한 크기를 성장 했다. 16
적정 시 실리 카 형성의 중요성을 감안할 때, 적절 한 적정 볼륨의 선험적 지식이 필수적 이다. 비록 하지 아민 첨가제와 응고에 실리 카 표면 산 성도, 신뢰할 수 있는 경험적 관계 시스템 내용, 농도 사이 변화의 복잡 한 protonation 동작으로 인해 반응 산출할에서 추출 물 및 titer 볼륨은 쉽게 생성 (그림 1).
응고 완료 되 면 소재 표면 수정할 수 있습니다 쉽게 산 차입을 통해 최근 다른 저자에 의해 보고 되었습니다. 13 소재 속성 구성, 다공성, 첨가제 (그림 6a , b)의 화학 활동 등의 미세 조정 가능 합니다.
그러나이 연구에서는 BSA 견본 모듈 효소로 사용 되었다,, 여기에 설명 된 기술을 사용할 수 있습니다 여러 효소17,18. 단백질 검출에 대 한 다음 프로시저 Bradford 분석 실험 프로토콜,19 supernatants 각 원심 사이클에서 저장 된를 사용 하 여 이다. 상쾌한에 단백질의 양은 0 단백질 콘텐츠 (컨트롤 샘플) 샘플의 상쾌한에 용 해 하는 BSA의 알려진된 금액에서 만든 보정 곡선을 사용 하 여 계산 됩니다. 실리 카에 캡슐화 하는 단백질의 양은 단백질 추가의 초기 금액에서 supernatants에 감지 된 단백질의 빼기로 계산 됩니다. 분석 결과에 필요한 유일한 시는 Bradford 시 약 (조달 또는 표준 조리법에 따라).
샘플 볼륨, 감지 단백질의 예상된 금액 및 사용 되는 측정 방법에 따라 분석 결과 형식의 세 가지 유형이 있다. 여기, 뒤 포맷은 분 광 광도 계에 대 한 지정, 매크로 마이크로 크기의 일회용 큐 벳 필요 하며 1.4 mg/ml 단백질의 10 µ g/mL에서 검색할 수 있습니다.
그림 7 에서 각 세척 (4.3 단계) 후 감지 하는 단백질의 양은 (이 50mg) 초기 단백질 금액의 %로 표시 됩니다. 약 BSA의 50% ~ 50% 동원 정지 효율에 관한 첫 번째 원심 분리 후에 상쾌한에 검색 되었습니다. 아무 BSA 감지, 다음 세척, BSA (또는 다른 효소) 안전 하 게 거르는-와 실리 카 합성 중 캡슐화 될 수 있었다 이것은이 방법의 중요 한 이점은 이다. 생산 하는 실리 카에 BSA의 존재를 확인, 푸리에 변환 적외선 분광학 (FTIR) 분석 수행 되었다. 아 미드의 특성 밴드의 존재 I 및 II 1500/cm와 샘플에서 1650/cm (그림 8)의 영역에 존재 BSA, 준비 하지만 하지 컨트롤 샘플 (BSA)는 고체에 BSA의 존재를 확인.
효소 추가 (BSA 중화 반응 혼합물의 중 추가) 위에서 설명한 방법 이외에 다른 가능한 변화 예를 들어,BSA 추가 규 산 염 및 첨가제 솔루션, 중화 전에 혼합 하는 동안 또는 효소 그들의 혼합 하 고 중화 하기 전에 규 산 염 또는 첨가제 솔루션에 추가 합니다. 일부 이러한 가능성의 더 탐험 했다 그리고 동원 정지 효율성 (BSA 움직일 Bradford 분석 실험을 기준으로 계산 반응 시스템에 추가 하는 효소의 비율의 질량) 및 최종 실리 카에 BSA의 양이 측정된 ( 농도 BSA의 실리 카 생산, 총 복합 무게의 그림 9참조). 그것은 분명 BSA는 unreacted 시 약 ( 그림 9에 A-C의 경우)에 추가 될 때 거기 동원 정지 효율 또는 결과 합성에서 BSA의 금액에 상당한 차이가 있었다. 그러나, BSA는 실리 카 형성 ( 그림 9의 경우 D) 동안 추가 되, immobilization 효율 및 최종 제품에 BSA의 금액 했다 둘 다 크게 낮은. 이러한 차이도 불구 하 고 생산 하는 실리 카의 평균 금액 (85-90 mg) 사이 그대로 남아 있었다. 이 관측은 BSA, 규 산/실리 카 및 첨가제의 이온화 (또는 전자 포인트)에 근거 하 여 설명할 수 있다. 추가의 다른 방법 효소 및 실리 카 전 사이 다른 상호 작용에 대 한 수 있습니다. 효소 변경의 추가 시 pH로 각 종족의 이온화 차례로 immobilization 효율 제어 intermolecular 상호 작용을 결정 합니다.
| 멧 없음 | BSA (mg/mL)의 농도 | 브래드 퍼 드 시 약 (mL) | 샘플 (mL) |
| 0 | 0 (제어) | 1.5 | 0.05 |
| 1 | 0.1 | 1.5 | 0.05 |
| 2 | 0.25 | 1.5 | 0.05 |
| 3 | 0.5 | 1.5 | 0.05 |
| 4 | 0.75 | 1.5 | 0.05 |
| 5 | 1 | 1.5 | 0.05 |
| 6 | 1.25 | 1.5 | 0.05 |
| 7 | 알 수 없는 샘플 (X) | 1.5 | 0.05 |
표 1: 매크로 Bradford 분석 결과 및 계산된 구성 요소 볼륨. 유효 측정 범위 0.1-1.4mg/mL (볼륨 1 복제에 대 한)
| 멧 없음 | BSA (ug/mL)의 농도 | 브래드 퍼 드 시 약 (mL) | 샘플 (mL) |
| 0 | 0 (제어) | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 2.5 | 1 | 1 |
| 3 | 5 | 1 | 1 |
| 4 | 7.5 | 1 | 1 |
| 5 | 10 | 1 | 1 |
| 6 | 알 수 없는 샘플 (X) | 1 | 1 |
표 2: 마이크로 Bradford 분석 결과 및 계산된 구성 요소 볼륨. 결정에 대 한 유효 범위는 1-10 µ g/mL (1 복제 볼륨)
그림 1 : Titer 볼륨만 또는 PEHA는 첨가제로 사용 하 여 반응 시스템에 대 한 실리 카 농도 대 한 필요합니다. 실리 카는 [N]을 유지 하면서 다양 한 농도에서 합성 되었다: 2 개의 다른 첨가제 화학 물질에 대 한 1의 [시] 비율. 오차 막대는 1 표준 편차 평균 주위.
그림 2 : 솔루션 탁도 보여주는 최적의 반응의 지표로 침전 반응 용기 중 (a) 및 (b) 동요, 후에 실리 카 coagulum의 사진.
그림 3 : 브래드 매크로 분석 결과 대 한 표본 보정 곡선. Bioinspired 실리 카 합성에 BSA의 부재에서 상쾌한 후 Bradford 분석 수행 단계 9.1에서에서 설명 된 대로 단백질의 알려진된 양을 혼합입니다.
그림 4 : 다른 반응 조건에 대 한 실리 카의 최종 중 합 상태. 최적의 (기준선) 조건을 사용 하 여 실리 카 합성 이상-또는-적정, 후 상대 실리 카 농도 단위체 또는 dimeric 규 (빨간색), polysilicate '올리고' (파란색)에 대 한 계량은와 마찬가지로, 불안정 한 응고 실리 카 (노란색)입니다.
그림 5 : 초기 titer 볼륨의 기능으로 반응 시스템을 통해 pH의 진행. 산은 즉시 약을 복용 후 ca. 정의 혼합 하 고, 빠르게 8 아래 드롭 pH을 일으키는. 그 후, 추가 산 양의 자동으로 약을 복용 같은 그 pH 7.0 ± 0.05 300s 초기 추가 후. 지나치게 넣는 경우이 아니었다 달성, 초기 복용량 7, 300 후 pH 6.65 도달 pH를 삭제 하기에 충분 했다. 초기 HCl 볼륨 '언더', '기준'에 대 한 추가 하 고 '슛' 되었고 6.90, 7.05, 7.20 mL 각각.
그림 6 : 대표 속성 변경 coagulated 실리 카 물질의 산성화에. (pH, 관련 첨가제 농도의 변화 a) 및 (b) 실리 카 다공성 pH 기준의 변화 매닝 외 에서 재현 13 크리에이 티브 Commons 라이센스입니다.
그림 7 : Bioinspired 실리 카 합성 supernatants BSA 농도. Bradford 분석 실험 후 원심 분리에서 결정 되었다 (따라서 합성된 실리 카에서 가려진) 상대적인 양을 남은 반응 supernatants에 실행 되었다.
그림 8 : Bioinspired 실리 카와 활성 종 캡슐화 없이 FTIR 분석. 스펙트럼을 보여주었다: 블랙 라인: bioinspired 실리 카, 회색 선: 순수 BSA, 블루 라인: bioinspired 실리 카 BSA와 함께 로드 된. 수직 점선된 라인 특성 아 미드 밴드를 나타냅니다.
그림 9 : 동원 정지 효율성 및 BSA의 실리 카에 대 한 합성 PEHA를 사용 하 여 생산. BSA와 규 산 염, 혼합 하기 전에 (A) PEHA 솔루션에 추가 되었습니다 (B) PEHA, PEHA 및 규 산 염 혼합 후 PEHA 규 산 염 솔루션 및 (D) 의 초기 혼합 후 (C) 와 혼합 하기 전에 규 산 염 솔루션에서 솔루션 및 중화 합니다. 효율성은 추가, 실리 카에 BSA 질량 % 농도 BSA의 최종 실리 카 합성에서을 의미 하는 동안 총 BSA의 비율로 반응 혼합물에서 캡슐화 %BSA 측정 됩니다. 오차 막대는 1 표준 편차 평균 주위.
Discussion
현재 작업에서 우리는 빠르게 계기 bioinspired 실리 카 재료 및 생체의 캡슐화 거기에 하는 방법 제시. 절차, 즉 반응 시작 산을 추가할 수 및 biomolecule 모듈의 추가의 타이밍의 금액 내에서 중요 한 단계를 설명 합니다. 우리 모두 반응 진행 및 수율에 산 추가 금액의 효과 보여 (그림 4 및 그림 5, 각각), 합성 조건,이 감도도 불구 하 고 일관성 있게 꽉 제어 하는 방법을 시연 했다. 그러나 활성 종 캡슐화에 관한 절차의 측면에서 간단 하지만 캡슐화 표시 됩니다 (또한, 또한, 환경 조건 pH의 순서), 실험 조건에 민감한, 자료의 일관성 속성은 다시 달성 이다.
합성 조건15 형태학 및 porosities의 범위를 제공 하는 많은 출판 되었습니다 다른 곳, 다른 첨가제를 사용 하 여 수정할 수 있습니다. 온화한 정화13 및 표면 아민 장식 등 추가, 이후 합성 기술은 수정 하 고 bioinspired 실리 카 재료를 화학적으로 맞게 보고 되었습니다. 20 마지막으로, 온화 하 고, 수성의 특성상 합성, 제자리에서 캡슐화 가능 하다 그 효소17,18 에서21 , 전체 세포에 이르기까지 여기, 시연 보다는 기판의 광범위에 대 한 금속 염,22 활성 제약 성분,23 및 양자 점. 24
(같은 자료의 MCM-41 또는 SBA 15 가족) 다른 중재 유기 실리 카 종합, 달리 첨가제 생산 수 없습니다 bioinspired의 polyfunctional 자연 주문 기 공 구조도 높은 단 분산 입자 크기 분포 Stöber-타입 실리 카의 특성입니다. 25 이 bioinspired (특별 한 경우) 이외의 첨가물26 의 잘 정의 된 micellization 동작의 부족와 결합의 증가 촉매 활동 monofunctional 포함 하는 아민 첨가제를 통해. 26
다른 한편으로,이 polyfunctional 첨가제 자연 짧은 반응 시간 및 더 온화한 온도 및 다른 중재 유기 실리 카 종합에 비해 압력의 사용을 수 있습니다. 이것 또한 리드 룸 온도 첨가제 차입의 가능성에, 위에서 설명한 대로 아직이 다른 실리 카 가족 때문에 구체적인 그들의 표면 화학에 대 한 달성 될 수 있다. 27 , 28 , 29 따라서, bioinspired 실리 카 재료 표시 되었습니다 모두 더 경제적이 고 실용적인 쉽게 상용화 및 개발으로 이어지는 큰 규모에서 생산 될. 14
요약 하자면, bioinspired 실리 카 합성 활성 종 지원 또는 가스 매 미디어 생산에 대 한 신속 하 고 손쉬운 방법을 나타냅니다. 중 고 반응 후 pH의 꽉 컨트롤을 통해 다양 한 실리 카 아민 합성 종합 될 수 다양 한 속성, 제자리에서 캡슐화의 다른 유기의 가능성에 의해 보완 추가, 무기, 또는 바이오-유기 재료. 비록 bioinspired 첨가제 및 모듈 농도의 독립 후 합성 수정 아직 달성 될, 이러한 방법은 환경 양성 화학 공정으로 유망한 단계를 나타냅니다.
Disclosures
저자는 경쟁 금융 관심을 선언합니다.
Acknowledgments
저자는 화학의 부 및 생물 공학 (셰필드의 대학), EPSRC (EP/L017059/1 및 EP/P006892/1)에서 금융 지원을 감사합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Silica synthesis | |||
| Sodium silicate pentahydrate | Fisher scientific | 10070470 | |
| Pentaethylene hexamine (PEHA) | Sigma-Aldrich | 292753 | |
| Diethylenetriamine (DETA) | Sigma-Aldrich | D93856 | Toxic |
| Triethylenetetraamine (TETA) | Sigma-Aldrich | 90460 | |
| Poly(ethyleneimine) (PEI) | Polysciences | 6088 | 1.2K MW |
| Poly(allylamine hydrochloride) (PAH) | Sigma-Aldrich | 283215 | 17.5k MW |
| Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A2153 | |
| Hydrochloric acid (HCl) 1M | Fisher Scientific | 10487830 | |
| Silicomolybdic acid assay | |||
| Ammonium molybdate tetrahydrate | Sigma-Aldrich | A7302 | Product replaced by M1019 |
| Hydrochloric acid (HCl) 37.0%wt | Fluka Analytical | 84436 | |
| Anhydrous oxalic acid | Sigma-Aldrich | 75688 | |
| Para-aminophenol sulphate | Fisher Scientific | 10446880 | |
| Sodium sulphite | Fisher Scientific | 10234400 | |
| Sulphuric acid | Sigma-Aldrich | 84727 | |
| Bradford assay | |||
| Bradford reagent | Sigma-Aldrich | B6916 | |
| Equipment | |||
| Autotitrator Titrando 902 | Metrohm | 2.902.0010 | |
| 801 magnetic stirrer plate | Metrohm | 2.801.0040 | For use with above |
| 800 Dosino | Metrohm | 2.800.0010 | For use with above |
| Aquatrode Plus | Metrohm | 6.0253.100 | For use with above |
| Centrifuge Sorvall ST16 | Thermo Scientific | 11814243 | Code is for Fisher scientific |
| UV-Vis spectrophotometer Genesys 10A | Thermo scientific | 12104972 | Code is for Fisher scientific |
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