आयरन ऑक्साइड नैनोकणों के साथ एक Functionalized चुंबकीय बैक्टीरियल Nanocellulose का निर्माण
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
इस अध्ययन में, बैक्टीरियल Nanocellulose (bnc) बैक्टीरिया Gluconacetobacter xylinus द्वारा उत्पादित संश्लेषित और लोहे के आक्साइड नैनोकणों (IONP) (फे 3 हे 4) के साथ बगल में गर्भवती एक चुंबकीय बैक्टीरिया का Nanocellulose (MBNC) उपज के लिए किया जाता है। MBNC के संश्लेषण के लिए एक सटीक और विशेष रूप से डिजाइन बहु कदम प्रक्रिया है। संक्षेप में, बैक्टीरियल Nanocellulose (bnc) pellicles संरक्षित जी से बनते हैं xylinus तनाव आकार और आकृति विज्ञान की हमारी प्रयोगात्मक आवश्यकताओं के अनुसार। लोहे (तृतीय) क्लोराइड hexahydrate (FeCl 3 · 6H 2 ओ) और लौह (द्वितीय) क्लोराइड tetrahydrate (FeCl 2 · 4H 2 ओ) एक 2 के साथ का एक समाधान: 1 दाढ़ अनुपात तैयार किया है और ऑक्सीजन रहित उच्च शुद्धता पानी में पतला है। एक पतली झिल्ली BNC तो अभिकारकों के साथ पोत में पेश किया है। इस मिश्रण हड़कंप मच गया और वेग को छोड़ने के द्वारा एक सिलिकॉन तेल स्नान और अमोनियम हाइड्रॉक्साइड (14%) में 80 डिग्री सेल्सियस पर गर्म किया तो कहा जाता हैलौह BNC जाल में आयनों। यह अंतिम कदम सीटू मैग्नेटाइट नैनोकणों (फे 3 हे 4) जीवाणु Nanocellulose जाल के अंदर में बनाने की अनुमति देता है BNC पतली झिल्ली के लिए चुंबकीय गुण प्रदान करने के लिए। एक विषाक्तता परख BNC-IONP पतली झिल्ली के biocompatibility मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। पॉलीथीन ग्लाइकोल (खूंटी) उनके biocompatibility में सुधार करने के क्रम में IONPs कवर करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियों से पता चला कि IONP तंतु BNC मैट्रिक्स के रिक्त स्थान interlacing में रियायत के तौर पर स्थित थे, लेकिन उनमें से कुछ भी BNC रिबन के साथ पाए गए। चुंबकीय बल सूक्ष्मदर्शी MBNC पर प्रदर्शन माप उच्च और कमजोर तीव्रता चुंबकीय क्षेत्र के साथ उपस्थिति चुंबकीय डोमेन का पता चला, MBNC पतली झिल्ली के चुंबकीय प्रकृति की पुष्टि। यंग मापांक इस काम में प्राप्त मूल्यों पिछले अध्ययनों में कई रक्त वाहिकाओं के लिए रिपोर्ट उन लोगों के साथ एक उचित समझौते में भी कर रहे हैं।
Introduction
Bacterian Nanocellulose (bnc) एसीटोबैक्टर xylinum तनाव, भी Gluconacetobacter xylinus के रूप में जाना द्वारा संश्लेषित, और स्थिर संस्कृति के दौरान फिल्मों या हवा तरल इंटरफेस पर pellicles के रूप में जमा है। ये BNC pellicles कंटेनर, जहां वे बड़े हो रहे हैं के रूप अपनाने और उनकी मोटाई संस्कृति में दिनों की संख्या पर निर्भर करता है। ए xylinus polymerization और बाद के क्रिस्टलीकरण की एक प्रक्रिया के माध्यम से सेल्यूलोज सूक्ष्मतंतु के संश्लेषण के लिए माध्यम में ग्लूकोज का उपयोग करता है। ग्लूकोज अवशेषों के polymerization बैक्टीरियल बाह्य झिल्ली जहां Glucan चेन सेल लिफाफा पर वितरित एकल pores से चली जाती हैं पर किया जाता है। सेल्यूलोज सूक्ष्मतंतु के क्रिस्टलीकरण वान डर वाल्स संबंध द्वारा Glucan श्रृंखला चादरों के गठन एच-1 संबंध द्वारा चादरों की स्टैकिंग द्वारा पीछा के साथ बाह्य अंतरिक्ष में होता है।
चुंबकएक BNC मैट्रिक्स के लिए एकीकृत आईसी नैनोकणों आदेश धमनियों की दीवार के क्षतिग्रस्त स्थल पर बल प्रत्यक्ष और चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं को सीमित करने के लिए आवश्यक (एसएमसी) चुंबकीय नैनोकणों युक्त, को बढ़ाने के लिए एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आसानी से छेड़छाड़ की जा सकती है। इस रणनीति के अन्य ऊतकों से एसएमसी को दूर रखता है, और बल रक्त प्रवाह द्वारा लगाए गए खिलाफ जगह में कोशिकाओं रखती है। यह दिखाया गया है कि एसएमसी रक्त वाहिका, जहां वे प्रचुर मात्रा में Tunica मीडिया 2 में मुख्य रूप से स्थित परतों रूप से vasoelasticity में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
MBNC के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया विधि BNC पतली झिल्ली डूबे और 80 डिग्री सेल्सियस पर लोहे (तृतीय) क्लोराइड hexahydrate और आयरन (II) क्लोराइड tetrahydrate की एक समाधान में हड़कंप मच शामिल है। अमोनियम हाइड्रॉक्साइड BNC जाल के अंदर लोहे के आक्साइड नैनोकणों फार्म में जोड़ा जाता है। अमोनियम हाइड्रॉक्साइड के अलावा काला करने के लिए नारंगी से समाधान का रंग बदलता है। एक साथ BNC तंतु साथ IONPs कॉम्पैक्टएक गैर वर्दी वितरण के साथ है।
इस प्रोटोकॉल एक जीवाणु Nanocellulose-चुंबकीय nanoparticle पतली झिल्ली, जो हम चुंबकीय बैक्टीरिया का Nanocellulose (MBNC) का नाम है, जो लापता, क्षतिग्रस्त या घायल छोटे व्यास रक्त वाहिकाओं के लिए एक विकल्प के रूप में उपयोग करने का इरादा है के डिजाइन पर केंद्रित है। एचएस Barud और सहकर्मियों ने हाल ही में एक समान काम खूंटी और superparamagnetic लोहे के आक्साइड नैनोकणों 3 के एक स्थिर जलीय फैलाव में BNC pellicles के मिश्रण से एक BNC आधारित लचीला चुंबकीय कागज का उत्पादन करने के लिए प्रकाशित किया है। यहाँ, हम बैक्टीरियल सेलुलोज के उत्पादन और चुंबकीय नैनोकणों के साथ बगल में अपनी संसेचन का वर्णन है। एक cytotoxicity एकल डीएनए किनारा टूट जाता है का पता लगाने के आधार पर परख BNC और MBNC pellicles के biocompatibility परीक्षण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।
Protocol
Representative Results
Discussion
मोटाई और BNC पतली झिल्ली के आकार को आसानी से ऊष्मायन समय और कुप्पी जिसमें यह स्थिर खेती के दौरान हो गई है के आकार को बदलने के द्वारा चालाकी से किया जा सकता है। BNC के microproperties, जैसे porosity के रूप में, स्थिर संस्कृति ?…
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).
