Demir Oksit Nanopartiküller ile Fonksiyonlu Manyetik Bakteriyel Nanocellulose Fabrikasyon
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
Bu çalışmada, bakteri Gluconacetobacter xylinus tarafından üretilen bakteriyel nanocellulose (BNC) sentezlenir ve manyetik bakteriyel nanocellulose (MBNC) elde etmek için demir oksit nanopartiküllerinin (IONP) (4 Fe 3 O) ile in situ olarak emprenye. MBNC sentezi hassas ve özel olarak tasarlanmış, çok-aşamalı bir işlemdir. Özet olarak, bakteri nanocellulose (BNC) ince zarlar korunmuş G. oluşturulmaktadır büyüklüğü ve morfolojisi deneysel ihtiyaçlarına göre xylinus süzün. Demir (III) klorür heksahidrat (FeCl3 · 6H 2 O) ve 2 demir (II) klorür tetrahidrat (FeCl 2 · 4H 2 O) ihtiva eden bir çözelti, 1 mol oranında hazırlanmış ve oksijenden arındırılmış yüksek saflıkta su ile seyreltilir. BNC zar daha sonra reaksiyona giren maddeler ile bir kap içinde sokulur. Bu karışım çökeltilmesi için bırakarak karıştırılmış ve daha sonra ilave edilir, bir silikon yağı banyosu ve amonyum hidroksit (% 14), 80 ° C'de ısıtılırDemir BNC düzenek içine iyonlarının. Bu son adım BNC tabakasına manyetik özellikleri kazandırmak için bakteri nanocellulose örgü içinde in situ manyetit nanopartiküller (O 4 Fe 3) şekillendirme sağlar. Toksikolojik deney BNC IONP ince tabakanın biyouyumluluk değerlendirmek için kullanıldı. Polietilen glikol (PEG) kendi biyouyumluluk geliştirmek için IONPs kapsayacak şekilde kullanılmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri IONP BNC matrisi boşluk interlacing fibril tercihli bulunduğu, ama bazıları da BNC şeritler boyunca bulundu olduğunu göstermiştir. MBNC üzerinde yapılan manyetik kuvvet mikroskobu ölçümleri MBNC ince tabakanın manyetik doğasını teyit yüksek ve zayıf yoğunluklu manyetik alan ile varlığı manyetik etki tespit edildi. Bu çalışmada elde edilen Young modülü değerleri önceki çalışmalarda birçok kan damarları için bildirilenler ile makul uyum içindedir.
Introduction
Bacteria nanocellulose (BNC), aynı zamanda Gluconacetobacter xylinus şekilde bilinmektedir Acetobacter xylinum soyu, sentezlenebilir ve sabit kültür sırasında hava-sıvı arayüzünde filmler veya ince zarlar şeklinde tatbik edilir. Bunlar BNC zarlarına yetiştirildiği kabın şeklini benimsemek ve onların kalınlığı kültüründe gün sayısına bağlıdır. A. xylinus Polimerizasyon ve takip eden kristalleştirme süreciyle selüloz mikro-iplikçiklerinin sentezi için ortam içinde glükoz kullanılır. glukoz çökeltilerinin polimerizasyonu glukan zincirleri hücre zarfı dağılmış tek gözeneklerin ekstrüde bakteriyel hücre dışı membran gerçekleştirilir. Selüloz mikro-iplikçiklerinin kristalizasyon H-bağı 1 tabakaların istif ardından van der Waals bağı ile glukan zincirli tabakaların oluşumu ile hücre dışı alanı oluşur.
MıknatısBNC matrisine entegre IC nanopartiküller arter duvarının hasar yerinde manyetik nanopartikülleri içeren doğrudan ve düz kas hücrelerinin sınırlandırmak için gerekli kuvveti (SMC'lere) arttırmak için harici bir manyetik alan tarafından kolayca manipüle edilebilir. Bu strateji SMC'lere uzak diğer dokulardan tutar ve kan akışı tarafından uygulanan kuvvete karşı hücrelerin sabitlenmesi. SMC'lere da tunika medya 2 esas olarak merkezi bir bol tabakaları oluşturmak damar, bir vasoelasticity önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir.
MBNC sentezi için kullanılan yöntem BNC pelikül daldırılmış ve 80 ° C 'de, demir (III) klorür heksahidrat ve demir (II) klorid tetrahidrat çözeltisi içinde karıştırılmıştır içerir. Amonyum hidroksit BNC örgü içindeki demir oksit nano-tanecikleri meydana getirmek üzere ilave edilir. amonyum hidroksit eklenmesi siyah turuncu çözelti rengini değiştirir. Birlikte BNC fibril boyunca IONPs kompaktüniform olmayan bir dağılımı ile s.
Bu protokol eksik, bozuk veya yaralı küçük çaplı kan damarları için bir yedek olarak kullanmak üzere tasarlanmıştır manyetik bakteriyel nanocellulose (MBNC) adında var bakteriyel nanocellulose-manyetik nanoparçacık ince tabakanın, tasarım üzerinde duruluyor. HS Barud ve arkadaşları, en son PEG ve süperparamanyetik demir oksit nanopartiküllerinin 3 stabil bir sulu dispersiyon içinde BNC zarlarına karıştırılarak BNC tabanlı esnek manyetik kağıt üretmek için benzer bir çalışma yayınlamışlardır. Burada, bakteriyel selüloz üretimi ve manyetik nanopartiküller ile yerinde olan emprenye açıklar. tek bir DNA şeridi kınklan tespitine dayanan bir sitotoksisite tahlili BNC ve MBNC ince zarlar biyouyumluluk test etmek için kullanıldı.
Protocol
Representative Results
Discussion
BNC ince tabakanın kalınlığı ve büyüklüğü kolayca inkübasyon süresi ve statik yetiştirilmesi sırasında yetiştirilen olduğu şişe boyutunu değiştirerek kontrol edilebilir. BNC microproperties, porozite gibi statik bir kültür oksijen oranı değiştirilerek değiştirilebilir. Yüksek oksijen konsantrasyonu BNC 11 sert verim. A. Bodin ve arkadaşları G. fermantasyon işlemi sırasında% 100 oksijene atmosferik oksijen oksijen oranını değiştirerek 880 mm Hg kadar bir patlama b…
Disclosures
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 | |
References
- 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).
