Mikrosıvısal kuru-iplik ve rejenere ipek Fibroin lifleri karakterizasyonu
Summary
Bir protokol mikrosıvısal iplik ve rejenere ipek fibroin Monofilament Mikroyapı karakterizasyonu için sunulmaktadır.
Abstract
Protokol ipekböceği iplik süreci taklit için bir yöntem gösterir. Yerel eğirme işleminde kompakt ve kesme ve uzama Kuvvetleri tarafından sipariş edilen ipek proteinleri sözleşme iplik kanal sağlar. Burada, biomimetic mikrosıvısal kanal silkworm iplik kanalının özel geometri taklit etmek için tasarlanmıştır. Rejenere ipek fibroin (RSF) iplik yüksek konsantrasyon ile katkılı kalıptan çekilmiş aracılığıyla microchannel kuru-spin lifleri ortam sıcaklığı ve basınç için. Sonrası tedavi sürecinde olarak bükülmüş elyaf çizilmiş ve etanol sulu çözüm içinde depolanır. Sinkrotron radyasyon geniş açı x-ışını kırınım (SR-WAXD) teknoloji bir örnek sahibine RSF fiber ekseni x-ışını microbeam için normal ile tespit edildi tek RSF lifleri Mikroyapı araştırmak için kullanıldı. Crystallinity, crystallite boyutunu ve kristal lif yönünü WAXD verilerden hesaplanmıştır. İki boyutlu WAXD desen Ekvator yakınında kırınım kemerler sonrası tedavi RSF lif yüksek oryantasyon derecesi vardır gösterir.
Introduction
Örümcek ve ipekböceği ortam sıcaklığı ve basınç sulu protein çözümden üstün ipek lif üretebilir. Kesme ve extensional akışı ipek bezi1sıvı kristal doku oluşumu tetikleyebilir. Son yıllarda, yüksek mukavemetli yapay elyaf üretimi için örümcek iplik süreci taklit eden büyük bir ilgi olmuştur. Ancak, spider ipek proteini bol miktarda verimli ve ekonomik olarak örümcekler yamyamlık nedeniyle tarım tarafından üretilen olamaz. İpekböceği ipek önemli miktarda tarım tarafından kolayca elde edilebilir. Aksi takdirde, ipekböceği ve örümcek benzer eğirme işlemi ve amino asit kompozisyonu var. Bu nedenle, ipekböceği ipek fibroin pek çok araştırmacı tarafından yapay hayvan ipek döndürmek için bir yedek olarak seçilir.
Örümcek ve ipekböceği hava lif içine protein solution’ı kendi iplik kanalı yükselt. Büyük olasılıkla iplik kanalı oluşturulan yüksek stres Kuvvetleri ipek fibroin molekülleri daha genişletilmiş bir uyum2germek. Yapay ipek lifleri geleneksel ıslak eğirme hangi içine almak değil kuru-iplik işlemleri3,kullanarak ve4, bükülmüş iplik kanalı üretilen sıvı Kuvvetleri hesap.
İlk olarak, mikrosıvısal yaklaşımlar İpek protein5,6Meclisi araştırmak için kullanılmıştır. O zaman, RSF imalatı mikrosıvısal kesme ve extensional Kuvvetleri7,8modelleme ile incelenmiştir. Young’ın modülü ve çapı RSF liflerinin mikrosıvısal ıslak eğirme tarafından ayarlanan ama çizilmiş lif mukavemeti az 100 MPa7oldu. Son olarak, yüksek mukavemetli RSF lifleri başarıyla mikrosıvısal kuru-eğirme yöntemi kullanılarak hazırlanmıştır ama lif çapı sadece 2 µm8‘ dir. Son zamanlarda, mikrosıvısal ıslak eğirme şekilde yüksek mukavemetli rekombinant spider ipek elyaf üretiminde kullanıldı. Sonrası iplik havada çizim yapay lif9yüzey ve iç kusurlarý geliştirilmiş.
Bu çalışmada, işlem için RSF lif iplik geliştirilmiş mikrosıvısal giriliyor. Bu kuvvetler ve kuru-eğirme işlemi yamultma iplik uyuşturucu da dahil olmak üzere ipekböceği İpek iplik süreci taklit amaçlamaktadır. Bu iplik yöntem sadece yüksek mukavemetli yapay ipek lif üretebilir ama lif çapı da ayarlayabilirsiniz. İlk olarak, uyuşturucu iplik RSF sheared ve ikinci bir sipariş üstel çürüme ile biomimic kanaldaki uzamış. İkinci olarak, bağıl nem (RH) lif morfolojisi ve özellikleri üzerine etkileri içinde mikrosıvısal kuru-eğirme işlemi10incelenmiştir. Geleneksel iplik spinneret göre bizim mikrosıvısal sistemi son derece biomimetic ve kuru tarafından yüksek mukavemetli fiber ortam sıcaklığında çözümler üretmek ya da yöntem iplik ıslak için kullanılabilir.
Yüksek çözünürlüklü, yüksek-parlaklık ve sinkrotron radyasyon microfocus x-ışını, yüksek enerjili nedeniyle, bu tek bir lif Mikroyapı birkaç mikrometre4,11 çapı ile karakterize etmek için kullanılabilir , 12 , 13 , 14. burada, SR-WAXD tekniği crystallinity, crystallite boyutu ve RSF lifleri kristal yönünü hesaplamak için kullanıldı.
Protocol
Representative Results
Discussion
RSF çözüm diyaliz sırasında pH değeri aşağıdaki toplama işlemi için önemlidir. Deiyonize su pH değeri 6’dan küçükse, RSF çözüm toplama işlemi sırasında jel daha kolay olacaktır. Jelleşme önlemek için CaCl2 RSF çözüme eklenir. CaCl2 RSF ağırlığını her 1 mmol bölgedir.
Önceki çalışmalarımız mikrosıvısal kuru-iplik RSF sulu çözüm8olasılığı gösterdi. Mikrosıvısal kanal geometrisi basitleştirilmiş …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (21674018), ulusal anahtar araştırma ve geliştirme programı of China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) ve Şangay eğitim geliştirme tarafından desteklenen “Shuguang programı” tarafından desteklenmektedir Vakfı ve Şangay Belediye Eğitim Komisyonu (15SG30), genç Profesör programı (A201302), orta üniversiteler ve 111 projesinin (No.111-2-04) temel araştırma fonları DHU seçkin.
Materials
| B. mori Cocoons | Farmer in Tongxiang, Zhejiang Province, China | ||
| Sodium carbonate, anhydrous, 99.8% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Lithium bromide, 99.1% | Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Calcium chloride, anhydrous, 96.0% | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Ethanol, anhydrous, 99.7% | Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China | 10009218 | Analytically Pure |
| SU-8 photoresist | MicroChem Corp., USA | ||
| Developing solution | MicroChem Corp., USA | ||
| Sylgard 184 | Dow Corning, USA | ||
| Isopropanol | Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Concentrated sulfuric acid | Pinghu Chemical Reagent Factory, China | Analytically Pure | |
| 30 vol% hydrogen peroxide | Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China | Analytically Pure | |
| Acetone | Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China | Analytically Pure | |
| Oxygen plasma treatment | DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China | ||
| Syringe pump | KD Scientific, USA | KDS 200P | |
| Humidifier | SEN electric | ||
| Driller | Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China | bench drilling machine Z406c | |
| Material testing system | Instron, USA | Model: 5565 | |
| PeakFit | Systat Software, Inc., USA | Version 4.12 |
References
- Asakura, T., et al. Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori. Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).
- Vollrath, F., Knight, D. P. Liquid crystalline spinning of spider silk. Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).
- Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts. Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).
- Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. C. The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process. J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).
- Martel, A., et al. Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy. J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).
- Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. R. Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins. P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).
- Kinahan, M. E., et al. Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties. Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).
- Luo, J., et al. Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip. Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).
- Peng, Q. F., et al. Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip. Sci Rep. 6, (2016).
- Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers. Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).
- Sampath, S., et al. X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks. Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).
- Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties. Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).
- Pan, H., et al. Nanoconfined crystallites toughen artificial silk. J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).
- Zhang, C., et al. Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation. Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).
- Wei, W., et al. Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution. Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).
- Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution. J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).
- Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres. Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).
- Koh, L. D., et al. Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials. Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).
- McDonald, J. C., Whitesides, G. M. Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices. Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).
- Knight, D. P., Vollrath, F. Liquid crystals and flow elongation in a spider’s silk production line. P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).
