تلفيق من Functionalized المغناطيسي البكتيرية Nanocellulose مع أكسيد الحديد النانوية
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
في هذه الدراسة، يتم تصنيعه nanocellulose بكتيريا (BNC) التي تنتجها البكتيريا Gluconacetobacter xylinus والمشرب في الموقع مع جزيئات أكسيد الحديد (IONP) (الحديد 3 O 4) أن تسفر عن nanocellulose بكتيريا المغناطيسي (MBNC). تركيب MBNC هو عملية متعددة الخطوات الدقيقة والتي صممت خصيصا. لفترة وجيزة، nanocellulose بكتيريا تتشكل (BNC) pellicles من G. الحفاظ عليها xylinus سلالة وفقا لمتطلبات التجريبية لدينا من حجم والتشكل. يتم تحضير نسبة المولي 1 وتضعف في غير المؤكسج المياه عالية النقاء: حل من الحديد (III) هيدرات كلوريد (FeCl 3 · 6H 2 O) والحديد (II) tetrahydrate كلوريد (FeCl 2 · 4H 2 O) مع 2. ثم تم تقديم جليدة BNC في السفينة مع المواد المتفاعلة. يحرك هذا الخليط ويسخن على 80 درجة مئوية في حمام زيت السيليكون وهيدروكسيد الأمونيوم (14٪) ثم يضاف من خلال إسقاط لترسيبالحديدية أيونات في شبكة BNC. هذه الخطوة الأخيرة يسمح تشكل في النانوية الموقع المغنتيت (الحديد 3 O 4) داخل شبكة nanocellulose البكتيرية للتشاور الخواص المغناطيسية لجليدة BNC. تم استخدام فحص السمية لتقييم توافق مع الحياة من جليدة BNC-IONP. تم استخدام البولي ايثيلين جلايكول (PEG) لتغطية IONPs من أجل تحسين توافق مع الحياة الخاصة بهم. المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) الصور أظهرت أن IONP كانت موجودة بشكل تفضيلي في يفية تضافر فضاءات مصفوفة BNC، ولكن تم العثور على بعض منها أيضا على أشرطة BNC. قياسات مجهر القوة المغناطيسية التي أجريت على MBNC الكشف عن المجالات المغناطيسية وجود مع ميداني على مستوى عال وضعف الكثافة المغناطيسية، مما يؤكد الطبيعة المغناطيسية للجليدة MBNC. قيم معامل يونغ التي تم الحصول عليها في هذا العمل هي أيضا في اتفاق معقول مع تلك التي ذكرت لعدة الأوعية الدموية في الدراسات السابقة.
Introduction
يتم تصنيعه في nanocellulose bacterian (BNC) من خلال الخلالة سلالة xylinum، المعروف أيضا باسم Gluconacetobacter xylinus، وأودعت في شكل أفلام أو pellicles على واجهة الهواء السائل خلال ثقافة ثابتة. هذه pellicles BNC تعتمد على شكل الحاوية حيث تزرع فيها، وسمكها يعتمد على عدد الأيام في الثقافة. أ. يستخدم xylinus الجلوكوز في المتوسط لتركيب وmicrofibrils السليلوز من خلال عملية البلمرة وتبلور لاحقا. ويتم بلمرة بقايا الجلوكوز في غشاء الخلية البكتيرية حيث تنبثق سلاسل جلوكان من المسام واحدة موزعة على المغلف الخلية. يحدث تبلور microfibrils السليلوز في الفضاء خارج الخلية مع تشكيل صفائح سلسلة جلوكان التي كتبها فان دير فال الروابط تليها التراص من الأوراق التي كتبها H-الترابط 1.
مغناطيسالنانوية جيم متكامل لمصفوفة BNC يمكن التلاعب بها بسهولة عن طريق حقل مغناطيسي خارجي من أجل زيادة القوة اللازمة لتوجيه وحصر خلايا العضلات الملساء (SMCS) التي تحتوي على الجسيمات النانوية المغناطيسية، في الموقع المتضرر من جدران الشرايين. وتبقي هذه الاستراتيجية SMCS بعيدا عن الأنسجة الأخرى، وتحمل الخلايا في مكان ضد القوة التي تدفق الدم المبذولة. وقد تبين أن SMCS تلعب دورا هاما في vasoelasticity من الأوعية الدموية، حيث أنها تشكل طبقات وفيرة تقع أساسا في وسائل الإعلام الغلالة 2.
الطريقة المستخدمة لتركيب MBNC ينطوي BNC جليدة مغمورة وأثارت في حل من الحديد (III) tetrahydrate كلوريد (II) هيدرات كلوريد الحديد وفي 80 درجة مئوية. يضاف هيدروكسيد الأمونيوم لتشكيل جزيئات أكسيد الحديد داخل شبكة BNC. إضافة هيدروكسيد الأمونيوم تغير لون المحلول من البرتقالي إلى اللون الأسود. الاتفاق IONPs معا على طول ليفية BNCالصورة مع التوزيع غير موحدة.
ويركز هذا البروتوكول على تصميم البكتيرية-nanocellulose المغناطيسي جليدة جسيمات متناهية الصغر، التي لدينا اسمه nanocellulose بكتيريا المغناطيسي (MBNC)، الذي يهدف إلى استخدام كبديل عن المفقودين، والأوعية الدموية الصغيرة القطر التالفة أو إصابة. HS بارود وزملاء العمل قد نشرت مؤخرا بعمل مماثل لإنتاج ورقة المغناطيسي مرنة تستند BNC-BNC عن طريق خلط pellicles في تشتت مائي مستقر من PEG ومغنطيسية مسايرة فائقة superparamagnetic جزيئات أكسيد الحديد 3. هنا، نحن تصف إنتاج السليلوز البكتيريا والتشريب في الموقع مع النانوية المغناطيسية. تم استخدام فحص السمية الخلوية على أساس الكشف عن فواصل حبلا الحمض النووي واحد لاختبار توافق مع الحياة من pellicles BNC وMBNC.
Protocol
Representative Results
Discussion
سمك وحجم جليدة BNC يمكن التلاعب بها بسهولة عن طريق تغيير فترة حضانة وحجم القارورة التي يزرع خلال زراعة ثابتة. وmicroproperties من BNC، مثل المسامية، يمكن تعديلها عن طريق تغيير نسبة الأوكسجين في ثقافة ثابتة. تركيزات الأكسجين ارتفاع العائد أكثر صرامة BNC 11. أنتجت A. بودين وزم?…
Divulgazioni
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 | |
Riferimenti
- Saxena, I. M., Brown, R. M. Biosynthesis of bacterial cellulose. Bacterial Nanocellulose: A Sophisticated Multifunctional Material. , 1-18 (2012).
- Chan-Park, M. B., Shen, J. Y. Biomimetic control of vascular smooth muscle cell morphology and phenotype for functional tissue-engineered small-diameter blood vessels. J.Biomed.Mater.Res.A. 88, 1104-1121 (2009).
- Barud, H. S., et al. Biocellulose-based flexible magnetic paper. J. Appl. Phys. 117, (2015).
- Märtson, M., Viljanto, J., Hurme, T., Laippala, P., Saukko, P. Is cellulose sponge degradable or stable as implantation material? An in vivo subcutaneous study in the rat. Biomaterials. 20, 1989 (1999).
- Illésa, E., Tombácza, E., Szekeresa, M., Tótha, I., Szabób, &. #. 1. 9. 3. ;., Iván, B. Novel carboxylated PEG-coating on magnetite nanoparticles designed for biomedical applications. J. Magn. Magn. Mater. 380, 132 (2015).
- Torrisi, V., et al. Preventing corona effects: multiphosphonic acid poly(ethylene glycol) copolymers for stable stealth iron oxide nanoparticles. Biomacromolecules. 15, 3171 (2014).
- Cai, Z., Kim, J. Bacterial cellulose/poly(ethylene glycol) composite: characterization and first evaluation of biocompatibility. Cellulose. 17, 83 (2010).
- Wu, W., He, Q., Jiang, C. Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis and surface functionalization strategies. Nanoscale Res. Lett. 3, 397-415 (2009).
- Ulbricht, J., Jordan, R., Luxenhofer, R. On the biodegradability of polyethylene glycol, polypeptoids and poly (2-oxazoline)s. Biomaterials. 35, 4848 (2014).
- Azqueta, A., Collins, A. R. The essential comet assay: a comprehensive guide to measuring DNA damage and repair. Arch. Toxicol. 87 (6), 949-968 (2013).
- Scherner, M., et al. In vivo application of tissue-engineered blood vessels of bacterial cellulose as small arterial substitutes: proof of concept. J. Surg. Res. 189, 340 (2014).
- Bodin, A., et al. Influence of cultivation conditions on mechanical and morphological properties of bacterial cellulose tubes. Biotechnol Bioeng. 97, 425 (2007).
- Zaborowska, M., et al. Microporous bacterial cellulose as a potential scaffold for bone regeneration. Acta Biomaterialia. 6, 2540 (2010).
- Karimi, A., et al. A comparative study on the mechanical properties of the umbilical vein and umbilical artery under uniaxial loading. Artery Res. 8, 51 (2014).
- Lina, F., Ping, Z., Shengmin, Z., Guang, Y. Evaluation of bacterial nanocellulose-based uniform wound dressing for large area skin transplantation. Mater. Sci. Eng. C. 33, 2995 (2013).
- Olsson, R. T., et al. Making flexible magnetic aerogels and stiff magnetic nanopaper using cellulose nanofibrils as templates. Nature Nanotech. 5 (8), 584-588 (2010).
- Torre, B., et al. Magnetic force microscopy and energy loss imaging of superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Sci. Rep. 1 (202), 1-8 (2011).
