Mikrofluidische trocken-Spinnen und Charakterisierung von regenerierten Seide Fibroin Fasern
Summary
Ein Protokoll für die mikrofluidischen Spinning und Charakterisierung der Mikrostruktur regenerierten Seide Fibroin Monofilament wird vorgestellt.
Abstract
Das Protokoll zeigt eine Methode für die Nachahmung des Spinnprozess der Seidenraupe. In der nativen Spinnverfahren ermöglicht der Auftraggeber Spinnen-Kanal Seidenproteine kompakt und bestellten durch Scheren und Dehnung Kräfte sein. Hier wurde ein biomimetische mikrofluidischen Kanal entwickelt, um die spezifische Geometrie der Spinnerei Rohrleitung der Seidenraupe zu imitieren. Regenerierte Seide Fibroin (RSF) Spinnen dotiert mit hoher Konzentration wurde durch die Microchannel, trocken-Spin Fasern bei Umgebungstemperatur und Druck extrudiert. Dabei nachbehandelt wurden als gesponnen Fasern gezogen und in Ethanol wässriger Lösung gespeichert. Synchrotronstrahlung Weitwinkel Röntgenbeugung (SR-WAXD) Technologie wurde verwendet, um die Mikrostruktur des RSF Einzelfasern, zu untersuchen, die einen Probenhalter mit die RSF-Faser-Achse senkrecht zur Microbeam der Röntgenröhre befestigt waren. Die Kristallinität, Kristallit Größe und kristallinen Ausrichtung der Faser wurden aus den WAXD Daten berechnet. Die Beugung Bögen nahe dem Äquator des Musters zweidimensionale WAXD zeigen, dass die nachbehandelt RSF-Faser eine hohe Orientierung verfügt.
Introduction
Spinne und Seidenraupen produzieren hervorragende Seidenfaser aus wässrigen Proteinlösung bei Umgebungstemperatur und Druck. Scheren und extensionalen Strömung kann die Bildung von Flüssigkristall-Textur in der Spinndrüse1auslösen. In den letzten Jahren gab es ein großes Interesse an imitiert den Spinnprozess der Spinne um künstliche Fasern hoher Festigkeit zu produzieren. Jedoch können nicht große Mengen von Spinne Seide Protein effizient und wirtschaftlich produziert werden durch den Anbau von Spinnen durch Kannibalismus. Erhebliche Mengen der Seidenraupe Seide können leicht durch Landwirtschaft gewonnen werden. Ansonsten haben die Seidenraupe und Spinne eine ähnliche Spinnerei Prozess- und Aminosäure-Zusammensetzung. Daher wird Seidenraupe Seide Fibroin als Ersatz gewählt, tierische Kunstseide spin von vielen Forschern.
Spinne und Seidenraupe Extrudieren Proteinlösung durch ihre Spinnen Luftschacht in Faser in Luft. Hoher Belastung Kräfte entlang der Spinnerei-Kanal am ehesten erstrecken sich die Seide Fibroin Moleküle zu einem ausgedehnteren Konformation2. Kunstseide, die Fasern gesponnen worden, mit herkömmlichen nass Spinnerei und trocken-Spinnerei Prozesse3,4, die nicht berücksichtigen Konto Fluid Kräfte in der Spinnerei-Kanal.
Zunächst dienten mikrofluidischen Ansätze zu untersuchen, die Montage von Seidenprotein5,6. Dann wurde mikrofluidischen Herstellung von RSF untersucht, über die Modellierung der Scheren und extensionalen Kräfte7,8. Youngs Modulus und Durchmesser von RSF Fasern von mikrofluidischen nass Spinnerei abgestimmt werden können, aber die Zugfestigkeit des gezogenen Faser war weniger als 100 MPa-7. Zu guter Letzt hochfesten RSF Fasern wurden erfolgreich vorbereitet mit der mikrofluidischen trocken-Spinnen-Methode, aber der Durchmesser der Faser beträgt nur 2 µm8. Mikrofluidischen nass Spinnerei wurde vor kurzem erfolgreich bei der Herstellung von hochfesten rekombinante Spinne Seide verwendet. Die Post-Spinnerei Zeichnung in Luft verbessert die Oberfläche und interne Defekte Kunstfaser9.
In dieser Studie wird die verbesserte mikrofluidischen Spinnen Prozess für RSF Faser eingeführt. Es zielt darauf ab, den Spinnprozess Seidenraupe Seide, einschließlich die Spinnerei Schmiere, Scheren, Kräfte und trocken-Spinnverfahren zu imitieren. Diese Spinnen-Methode nicht nur hohe Festigkeit künstliche Seide produzieren kann, sondern auch den Durchmesser der Faser anpassen kann. Erstens war die RSF Spinnen Schmiere geschert und länglich in einem Biomimic Kanal mit einer zweiten Bestellung exponentiellen Zerfall. Zweitens wurden die Einflüsse der relativen Luftfeuchtigkeit (RH) auf die Faser Morphologie und Eigenschaften in mikrofluidischen trocken-Spinnerei Prozess10untersucht. Im Vergleich zu herkömmlichen Spinnerei Spinndüse, unser mikrofluidischen System ist höchst biomimetische und kann zur Herstellung von hochfesten Faser von Lösungen bei Umgebungstemperatur von trockenen oder nass Spinnerei Methode verwendet werden.
Durch den hochauflösenden Hochhelligkeit und energiereiche von Synchrotronstrahlung Mikrofokus Röntgen kann es verwendet werden, zur Charakterisierung der Mikrostruktur einer einzelnen Faser mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern4,11 , 12 , 13 , 14. hier, SR-WAXD Technik wurde verwendet, um die Kristallinität, Kristallit Größe und kristallinen Orientierung der RSF Fasern zu berechnen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Während der Dialyse der RSF-Lösung ist der pH-Wert für die folgenden Konzentrationsprozess von entscheidender Bedeutung. Wenn der pH-Wert des deionisiertes Wasser kleiner als 6 ist, wird die RSF-Lösung einfacher während der Konzentrationsprozess Gel. Zur Vermeidung von Gelierung ist CaCl2 RSF-Projektmappe hinzugefügt. Es ist die Konzentration von CaCl2 1 Mmol pro Gewicht der RSF.
Unsere bisherige Arbeit demonstriert die Möglichkeit der mikrofluidischen trocken-Spin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird gesponsort von der National Natural Science Foundation of China (21674018), National Key Research und Development Program of China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) und unterstützt durch Shanghai Bildungsentwicklung “Shuguang-Programm” Stiftung und Shanghai Municipal Education Commission (15SG30), unterschieden DHU junge Professor Programm (A201302), die Grundlagenforschung Mittel für den Central-Universitäten und 111-Projekt (No.111-2-04).
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
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