Fabrikasjon av en funksjon Magnetic Bakteriell Nanocellulose med jernoksid nanopartikler

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

I denne studien er bakteriell nanocellulose (BNC) produsert av bakterier Gluconacetobacter xylinus syntetisert og impregnert in situ med jernoksid nanopartikler (IONP) (Fe ₃ O ₄₎ for å gi en magnetisk bakteriell nanocellulose (MBNC). Syntesen av MBNC er en presis og spesielt utformet flertrinns-prosess. Kort, bakteriell nanocellulose (BNC) pellicles er dannet fra bevart G. xylinus belastning i henhold til våre forsøks kravene til størrelse og morfologi. En oppløsning av jern (III) kloridheksahydrat _(FeCl3 · 6H ₂ O) og jern (II) kloridtetrahydrat (FeCl ^ ₂ · 4H _a O) med et 2: 1 molforhold ble fremstilt og fortynnet i deoksygenert vann av høy renhet. En BNC pellicle blir deretter innført i beholderen med reaktantene. Denne blandingen ble omrørt og oppvarmet ved 80 ° C i en silisium oljebad og ammoniumhydroksyd (14%) tilsettes deretter ved å slippe å utfellejernholdige ioner i BNC mesh. Det siste trinnet kan danne in situ magnetitt nanopartikler (Fe ₃ O ₄₎ inne i bakterie nanocellulose mesh for å gi magnetiske egenskaper til BNC hinne. En toksikologisk analyse ble brukt for å evaluere biokompatibilitet av BNC-IONP hinne. Polyetylenglykol (PEG) ble brukt til å dekke IONPs for å forbedre deres biokompatibilitet. Scanning elektronmikroskopi (SEM) bilder viste at IONP ble plassert fortrinnsvis i fibril interlacing områder av BNC matrise, men noen av dem ble også funnet langs BNC bånd. Magnetiske kraft mikroskop målinger utført på MBNC registrert tilstedeværelsen magnetiske domener med høy og svak intensitet magnetfelt, noe som bekrefter den magnetiske naturen av MBNC hinne. Youngs modul-verdier som oppnås i dette arbeidet er også i en rimelig overensstemmelse med de som er rapportert i flere blodårer i tidligere studier.

Introduction

Den bacterian nanocellulose (BNC) blir syntetisert ved hjelp av Acetobacter xylinum belastning, også kjent som Gluconacetobacter xylinus, og deponeres i form av filmer eller pellicles på luft-væske-grensesnittet under stasjonær kultur. Disse BNC pellicles innta formen av beholderen hvor de er dyrket, og deres tykkelse er avhengig av antall dager i kultur. A. xylinus bruker glukose i mediet for syntesen av cellulose mikrofibrillene gjennom en prosess for polymerisasjon og etterfølgende krystallisasjon. Polymerisasjonen av glukoserester blir utført ved bakteriell ekstracellulære membran hvor glukan kjedene er ekstrudert fra enkle porer fordelt over celleveggen. Krystalliseringen av cellulose mikrofibrillene forekommer i det ekstracellulære rom med dannelse av glukan kjede ark av van der Waals binding, fulgt av stabling av arkene av H-binding ^1.

Magnetic nanopartikler integrert til en BNC matrise kan manipuleres lett av et eksternt magnetisk felt for å øke den kraft som er nødvendig for å styre og begrense glatte muskelceller (SMC) inneholdende magnetiske nanopartikler, på det skadede stedet av arterieveggen. Denne strategien holder SMC bort fra andre vev, og holder cellene på plass mot den kraft som utøves av blodstrømmen. Det har vist seg at SMC spiller en viktig rolle i den vasoelasticity av blodkaret, hvor de danner rikelig lag ligger hovedsakelig i tunica media ^to.

Den som brukes for syntese av MBNC metode involverer BNC hinne nedsenket og omrørt i en oppløsning av jern (III) kloridheksahydrat og jern (II) kloridtetrahydrat ved 80 ° C. Ammoniumhydroksid blir tilsatt for å danne jernoksid nanopartikler inne i BNC mesh. Tilsetningen av ammoniumhydroksyd endrer fargen på løsningen fra orange til sort. Den IONPs kompakt sammen langs BNC fibrils med en ikke-uniform fordeling.

Denne protokollen fokuserer på design av en bakteriell nanocellulose-magnetiske nanopartikler pellicle, som vi har kalt magnetisk bakteriell nanocellulose (MBNC), som er ment å brukes som en erstatning for manglende, ødelagte eller skadde liten diameter blodkar. HS Barud og medarbeidere har nylig publisert en lignende arbeid for å produsere en BNC-basert fleksibel magnetisk papir ved å blande BNC pellicles i en stabil vandig dispersjon av PEG og superparamagnetiske jernoksid nanopartikler ^3. Her beskriver vi produksjon av bakteriell cellulose og dens impregnering in situ med magnetiske nanopartikler. En cytotoksisitet analyse basert på påvisning av single DNA trådbrudd ble brukt til å teste biokompatibilitet av BNC og MBNC pellicles.

Protocol

1. Utarbeidelse av Bakteriell Nanocellulose (BNC) Merk: Alle trinnene er utført under aseptiske forhold, med mindre annet er angitt. Forbered dyrkingsmedium. Fremstille 500 ml flytende kulturmedium ved å kombinere 25 g gjærekstrakt, 15 g pepton, 125,0 g mannitol og 500 ml vann av høy renhet. Autoklav denne blandingen ved 120 ° C i 20 min og oppbevares ved 4 ° C. Fremstille 100 ml halvfaste medier ved å tilsette 15 g agar til 5,0 g gjærekstrakt, 3,0 g pep…

Representative Results

Inkubasjonstiden for G. xylinus var totalt 9 dager, men pellicles begynte å danne tidligere og var tydelig etter ca 2 dager. Den makroskopiske utseende av BNC blir vist i figur 1, hvis form etterligner det av fatet-dyrket kultur. Figur 2 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av BNC-IONP pellicles, som oversikter hovedtrinnene som er involvert i protokollen ovenfor, samt konfigurasjonen av hovedkomponentene. <p class=…

Discussion

Tykkelsen og størrelsen av BNC pellicle lett kan manipuleres ved å endre inkubasjonstid og størrelsen av kolben i hvilken det er vokst i løpet av statisk dyrking. De microproperties av BNC, slik som porøsitet, kan modifiseres ved å endre forholdet mellom oksygen i den statiske kulturen. Høyere oksygenkonsentrasjoner gi tøffere BNC ^11. A. Bodin og medarbeidere produserte rør av BNC med et bruddtrykk opp til 880 mm Hg ved å forandre forholdet mellom oksygen fra atmosfærisk oksygen til 100% oksygen un…

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