Synthese von Keratin-basierten Nanofaser für Biomedizinische Technik

Summary

Elektronanofasern weisen eine hohe Oberflächenverhältnis, ausgezeichnete mechanische Integrität zu gewichten, und das Zellwachstum und Proliferation unterstützen. Diese Nanofasern haben eine breite Palette von biomedizinischen Anwendungen. Hier fertigen wir Keratin / PCL-Nanofasern, die Elektrospinntechnik, und zu charakterisieren, die Fasern für mögliche Anwendungen im Tissue Engineering.

Abstract

Elektrospinnen aufgrund seiner Vielseitigkeit und Potential für Anwendungen in verschiedenen Bereichen wird häufig zur Herstellung von Nanofasern verwendet wird. Die Herstellung dieser porösen Nanofasern ist von großem Interesse aufgrund ihrer einzigartigen physikochemischen Eigenschaften. Hier erarbeiten wir auf die Herstellung von Keratin enthaltenden Poly (ε-caprolacton) (PCL) Nanofasern (dh PCL / Keratin Verbundfaser). Wasserlösliche Keratin wurde zuerst aus Menschenhaar und gemischt mit PCL in unterschiedlichen Verhältnissen extrahiert. Die gemischte Lösung von PCL / Keratin wurde in Nanofasermembranen umgewandelt ein Labor entwickelt Elektro mit aufgebaut. Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie und Zugprüfmaschine Fasermorphologie und mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Nanofaser wurden beobachtet und gemessen. Weiterhin Abbaubarkeit und chemischen Eigenschaften der Nanofaser wurden durch FTIR sucht. SEM-Bilder zeigten, gleichmäßige Oberflächenmorphologie für PCL / Keratinfasern unterschiedlicher Zusammensetzung. Diese PCL / Keratin Fasern zeigte auch hervorragende mechanische Eigenschaften wie Elastizitätsmodul und Fehlerpunkt. Fibroblasten-Zellen waren in der Lage zu befestigen und somit beweisen gute Lebensfähigkeit der Zellen vermehren. Basierend auf den Eigenschaften, die oben diskutiert, kann man argumentieren, dass die stark vermischten Nanofasern aus natürlichen und synthetischen Polymeren eine ausgezeichnete Entwicklung von Verbundwerkstoffen darstellen, die für verschiedene biomedizinische Anwendungen verwendet werden kann.

Introduction

Elektrospinnen ist als vorherrschende Methode zur Erreichung Polymer-Nanofasern anerkannt. Die Fasern können auf einer Nanometerbereich erzeugt werden und die Fasereigenschaften sind kundengerecht ^ein. Diese Entwicklungen und die Eigenschaften der elektrogesponnenen Nanofasern wurden für ihre Anwendungen in der biomedizinischen Technik vor allem im Tissue Engineering besonders interessant. Die elektrogesponnenen Nanofasern besitzen Ähnlichkeiten mit der extrazellulären Matrix und somit Zelladhäsion, Migration und Proliferation ² zu fördern. Aufgrund dieser Ähnlichkeit mit der extrazellulären Matrix (ECM), elektrogesponnenen Fasern können als Materialien verwendet werden, in Wundverband, Arzneimittelabgabe zu unterstützen, und für technische Gewebe, wie Leber, Knochen, Herz und Muskel ^3.

Eine Vielzahl von verschiedenen Polymeren aus synthetischen und natürlichen Ursprungs verwendet wurden elektrogesponnenen Fasern für verschiedene biomedizinische Anwendungen Engineering ⁴ zu schaffen. In jüngster Zeit gewachsen ist inInteresse an der Entwicklung von Verbundnanofasern von ⁴ synthetischen und natürlichen Polymeren gemischt werden. In diesen Zusammensetzungen erben die Endprodukte der Regel die mechanische Festigkeit mit dem synthetischen Polymer verbunden, während auch biologische Signale und Eigenschaften aus dem natürlichen Polymer übernehmen.

In diesem Experiment PCL und Keratin vorgestellt, wie die synthetischen und natürlichen Polymeren für die Synthese eines Verbundnanofaser verwendet zu werden. Keratin ist ein natürliches Polymer, das im Haar, Wolle und Nägel gefunden wird. Es enthält viele Aminosäurereste; von besonderem Interesse ist Cystein ^4,5. Idealerweise würde ein natürlich vorkommendes Polymer nachwachsender, biokompatibel und biologisch abbaubar sein. Keratin besitzt alle drei dieser Eigenschaften gleichzeitig Zellproliferation und Befestigung an den Biomaterialien verbessert es in ⁶ eingearbeitet worden ist.

Polycaprolacton (PCL) ist ein resorbierbares, synthetisches Polymer, das in signifikant istTissue Engineering ^4. Dieses Polymer hat für seine strukturelle und mechanische Stabilität gelobt, aber bisher fehlt es an Zell Affinität und weist eine lange Abbaurate. Die hydrophobe Natur von PCL ist wahrscheinlich verantwortlich für die fehlende Zellaffinität ^7. Allerdings macht PCL für ihre Grenzen, indem mit anderen Polymeren sehr gut mischbar sind. Eine PCL / Keratin Verbund sollten die mechanischen Eigenschaften von PCL demonstrieren und die biologischen Eigenschaften von Keratin übernehmen, es zu einer idealen Wahl für verschiedene biomedizinische Anwendungen.

Protocol

Alle Protokoll folgt den Richtlinien der North Carolina A & T State University Office of Research Compliance und Ethik. 1. Chemische Zubereitung für Keratin Extraction 4 Zur Herstellung von 1.000 ml von 2% w / v Peressigsäurelösung (PAS), unter einer Abzugshaube 20 ml Peressigsäure bis 980 ml VE-Wasser (DI). Zur Herstellung von 1.000 ml 100 mM Tris-Base-Lösung (TBS), fügen 12,2 g Tris-Base auf 1000 ml VE-Wasser und rühren, bis vollständig gelöst. Bereiten ve…

Representative Results

Fasermorphologie REM-Aufnahmen der Fasern wurden für alle Faserzusammensetzungen erhalten. Siehe Abbildung 3. Fiber Bild bestätigt, dass die Fasern zufällig orientiert sind. mechanische Prüfung Mechanisch feste Fasern für verschiedene Tissue Engineering-Anwendungen benötigt. Diese Fasern sollten eine ausreichende Festigkeit und Flexibilität unter …

Discussion

Extraktion von Keratin aus Menschenhaar wurde erfolgreich erreicht. Die Peressigsäure fungierte als Oxidationsmittel auf das menschliche Haar, so dass das Keratin von der Tris-Base extrahiert werden. Die Produktion von Keratin Pulver wurde in kleinem Maßstab aufgrund der Tatsache, dass es nur für Forschungszwecke durchgeführt wurde. Diese Vorgehensweise hat sich in der Industrie etabliert für die Großproduktion bereits. Der Zweck der Klein Keratin Extrahieren war Kontamination zu kontrollieren, Batch-Variabilität…

Materials

Human Hair	N/A	N/A	Obtained from Local Barber Shop in Greensboro
Peracetic acid	Sigma Aldrich	N/A
PCL (e-caprolactone polymer)	Sigma Aldrich	502-44-3	Mn 70-90 kDa
Trifluoroethanol (TFE)	Sigma Aldrich	75-89-8
Tris Base (TrizmaTM Base Powder)	Sigma Aldrich	N/A	> 99.9% crystalline
Hydrochloric Acid	Fischer Scientific	A144C-212 Lot 093601	Waltham, MA
Kwik-Sil	World Precision Instruments	N/A	Sarasota, FL
Cellulose membrane	Sigma Aldrich	N/A	12-14 kDa molecular cutoff
optical microscope	Olympus BX51M	BX51M	Japan
scanning electron microscope	Hitachi SU8000	SU8000	Japan
Table-Top Shimadzu machine	North America Analytical and Measuring Instruments AGS-X series	AGS-X Series	Columbia, MD
Fourier transform infrared spectroscopy	Bruker Tensor 2 Instrument	N/A	Billerica, MA
Microcal Origin software	N/A	N/A	Northampton, MA
X-ray diffraction (XRD)	Bruker AXS D8 Advance X-ray Diffractometer	N/A	Madison, WI
Fibroblast 3T3  cell	American Tissue Type Culture Collection	N/A	Manassas, VA
Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM	Invitrogen	N/A	Grand Island, NY
Spectra max Gemini XPS microplate reader	Molecular Devices	N/A	Sunnyvale, CA
Student- Newman-Keuls post hoc test	SigmaPlot 12 software	N/A	N/A