Die Herstellung einer funktionalisierter magnetischer bakterielle Nanocellulose mit Eisenoxid-Nanopartikel
Summary
Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.
Abstract
In dieser Studie, die durch die Bakterien produziert Gluconacetobacter bakterielle Nanocellulose (BNC) xylinus synthetisiert wird und in situ mit Eisenoxid – Nanopartikel (IONP) (Fe 3 O 4) imprägniert , um ein magnetisches bakterielle Nanocellulose (MBNC) zu ergeben. Die Synthese von MBNC ist eine präzise und insbesondere mehrstufiges Verfahren entwickelt. Kurz gesagt, werden bakterielle Nanocellulose (BNC) Häutchen aus konservierten G. gebildet xylinus Stamm nach unseren experimentellen Anforderungen der Größe und Morphologie. Eine Lösung von Eisen (III) -chlorid – Hexahydrat (FeCl 3 · 6 H 2 O) und Eisen (II) -chlorid – Tetrahydrat (FeCl 2 · 4H 2 O) mit einem 2: 1 – Molverhältnis in sauerstoffarmes Wasser mit hoher Reinheit hergestellt und verdünnt. A BNC Häutchen wird dann in den Behälter mit den Reaktanten eingeführt. Diese Mischung wird gerührt und bei 80 ° C in einem Silizium Ölbad und Ammoniumhydroxid (14%) erhitzt wird dann durch Fallenlassen der auszufällenEisenionen in die BNC-Mesh. Dieser letzte Schritt ermöglicht in situ Magnetit – Nanopartikel (Fe 3 O 4) innerhalb der bakteriellen Nanocellulose – Mesh Bildung zu magnetischen Eigenschaften zu BNC Häutchen verleihen. Ein toxikologischer Test wurde verwendet, um die Biokompatibilität des BNC-IONP Häutchen zu bewerten. Polyethylenglykol (PEG) wurde verwendet, um die IONPs zu decken, um ihre Biokompatibilität zu verbessern. Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Bilder zeigten, dass die IONP Räume der BNC-Matrix vorzugsweise in der Fibrille angeordnet waren Interlacing, aber einige von ihnen wurden auch entlang der BNC Bändern gefunden. Magnetkraftmikroskop-Messungen auf dem MBNC ausgeführt erfasst die Anwesenheit magnetischen Domänen mit hoher und schwache Intensität Magnetfeld, die magnetische Natur des MBNC Häutchen bestätigt. Young-Modul-Werte in dieser Arbeit erhaltenen auch in angemessener Übereinstimmung mit denen für mehrere Blutgefäße in früheren Studien berichtet.
Introduction
Die bacterian Nanocellulose (BNC) durch Acetobacter xylinum – Stamm synthetisiert, die auch als Gluconacetobacter xylinus bekannt und in Form von Filmen oder Häutchen auf der Luft-Flüssigkeit – Grenzfläche während des stationären Kultur abgeschieden. Diese BNC Häutchen nehmen die Form des Behälters , wo sie angebaut werden, und ihre Dicke ist abhängig von der Anzahl der Tage in der Kultur. A. xylinus verwendet die Glucose in dem Medium für die Synthese der Cellulose – Mikrofibrillen durch einen Prozess der Polymerisation und anschließender Kristallisation. Die Polymerisation der Glucosereste an der bakteriellen extrazellulären Membran durchgeführt, wobei Glucanketten aus einzelnen Poren über die Zellhülle verteilt extrudiert werden. Die Kristallisation der Cellulose – Mikrofibrillen auftritt , in den extrazellulären Raum mit der Bildung von Glucankette Blätter durch van der Waals – Bindung , gefolgt von 1 durch H-Bindung der Blätter zu stapeln.
Magnetic Nanopartikel zu einer BNC-Matrix integriert kann durch ein externes Magnetfeld, um die Kraft zu erhöhen, leicht manipuliert werden, die notwendig zu lenken und glatten Muskelzellen (SMCs) mit magnetischen Nanopartikeln beschränken, an der beschädigten Stelle der Arterienwand. Diese Strategie hält aus anderen Geweben der SMCs weg und hält die Zellen an Ort und Stelle gegen die Kraft, die durch den Blutfluss ausgeübt wird. Es hat sich gezeigt , dass SMCs eine wichtige Rolle in der vasoelasticity des Blutgefäßes spielen gezeigt, wo sie reichlich Schichten befinden sich hauptsächlich in der Tunica media 2 bilden.
Das Verfahren zur Synthese von MBNC verwendet beinhaltet BNC Häutchen eingetaucht und in einer Lösung von Eisen (III) -chlorid-Hexahydrat und Eisen (II) -chlorid-tetrahydrat bei 80 ° C gerührt. Ammoniumhydroxid zugegeben Eisenoxid-Nanopartikel im Inneren des BNC Netz zu bilden. Die Zugabe von Ammoniumhydroxid ändert sich die Farbe der Lösung von orange bis schwarz. Die IONPs kompakt zusammen entlang der BNC-Fibrillens mit einer ungleichmäßigen Verteilung.
Dieses Protokoll konzentriert sich auf die Konstruktion eines bakteriellen Nanocellulose magnetische Nanopartikel Häutchen, die wir magnetische bakterielle Nanocellulose (MBNC) genannt haben, die als Ersatz für die Verwendung fehlen, beschädigt oder verletzt kleinem Durchmesser Blutgefäßen bestimmt ist. HS Barud und Mitarbeiter haben kürzlich eine ähnliche Arbeit veröffentlicht 3 eine BNC-basierte flexible Magnet Papier durch Mischen BNC Häutchen in einer stabilen wäßrigen Dispersion von PEG und superparamagnetische Eisenoxid – Nanopartikel zu erzeugen. Hier beschreiben wir die Produktion von bakterieller Cellulose und ihre Imprägnierung in situ mit magnetischen Nanopartikeln. Ein Zytotoxizitätstest auf Detektion von einzelnen DNA-Strangbrüche auf Basis verwendet, um die Biokompatibilität der BNC und MBNC Häutchen zu testen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Dicke und Größe des BNC Häutchen kann leicht durch Änderung der Inkubationszeit und die Größe des Kolbens betätigt werden, in der sie während des statischen Kultivierungs angebaut wird. Die microproperties des BNC, wie Porosität, kann durch Veränderung des Sauerstoffanteils in der statischen Kultur modifiziert werden. Höhere Sauerstoffkonzentrationen ergeben härter BNC 11. A. Bodin und Mitarbeitern hergestellten Röhren BNC mit einem Berstdruck von bis zu 880 mm Hg durch die Sauerstoff – Verh?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded by Department of Defense under contract No. W81XWH-11-2-0067
Materials
| Glucoacetobacter Xylinus | ATCC | 700178 | |
| Agar | Sigma Aldrich | A1296-500G | |
| D-Mannitol Bioxtra | Sigma Aldrich | M9546-250G | |
| Yeast Extract | BD Biosciences | 212750 | |
| Bacteriological Peptone | Sigma Aldrich | P0556 | |
| Sodium Hydroxide, 50% Solution In Water | Sigma Aldrich | 158127-100G | |
| Iron(III) Chloride Hexahydrate | Sigma Aldrich | 236489-100G | |
| Ammonium Hydroxide | Macron Fine Chemicals | 6665-46 | |
| Poly(Ethylene Glycol), Average Mn 400 | Sigma Aldrich | 202398-250G | |
| Iron (II) chloride tetrahydrate | Sigma Aldrich | 44939-250G | |
| Disposable petri dish | Sigma Aldrich | BR452000 | |
| Disposable Inoculating Loop | Fisher Scientific | 22-363-604 | |
| Anhydrous Calcium Sulfate | W.A. Hammond Drierite | 13001 | |
| High vacuum grease | Sigma Aldrich | Z273554-1EA | |
| Laboratory pipetting needle with 90° blunt ends | Sigma Aldrich | CAD7937-12EA | |
| pH test strips | Sigma Aldrich | P4786-100EA | |
| Round-bottom three neck angle type distilling flask | Sigma-Aldrich | CLS4965250 | |
| Silicone oil for oil baths | Sigma-Aldrich | 85409-250ML | |
| Drying Tube | Chemglass | CG-1295-01 | |
| Septum Stopper, Sleeve Type | Chemglass | CG-3022-98 | |
| Magnetic stir bar | Chemglass | CG-2001-05 | |
| Condenser | Chemglass | CG-1218-01 | |
| Temperature Controller | BriskHeat | SDC120JC-A | |
| Stirring Hotplate | Fisher Scientific | 11-100-49SH | |
| Comet Assay Kit | Trevigen | 4250-050-K | |
| SYBR Gold Nucleic Acid Gel Stain | Life Technologies | S-11494 | |
| bio-AFM | JPK Instruments | NanoWizard 4a BioScience AFM | |
| Nanoindenter | Micro Materials Ltd | Multi-module mechanical tester | |
| Scanning electron microscopy (SEM) | Hitachi High Technologies America | Hitachi S-4800 | |
References
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