Materialbildung von Rekombinanten Spider-Seiden durch wässrige Lösung mit Wärme und Druck
Summary
Hier stellen wir ein Protokoll zur Herstellung wasserlöslicher rekombinanter Spinnenseidenproteinlösungen und der aus diesen Lösungen entstandenen Materialformen vor.
Abstract
Viele Spinnen produzieren sieben Seidenarten. Sechs der Seiden sind in Form, wenn sie von den Spinnen hergestellt werden. Diese Fasern sind nicht wasserlöslich. Um die bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften von Spinnenseiden zu reproduzieren, müssen sie in heterologischen Hosts hergestellt werden, da Spinnen sowohl territorial als auch kannibalistisch sind. Die synthetischen Analogien von Spinnenseide sind auch in wässrigen Lösungen unlöslich. So ist ein großer Teil der Forschung an rekombinanten Spinnenseiden auf organische Lösungsmittel angewiesen, die sich nachteilig auf die großflächige Produktion von Materialien auswirken. Die Methode unserer Gruppe zwingt die Lösung dieser rekombinanten Spinnenseiden ins Wasser. Bemerkenswert ist, dass, wenn diese Proteine mit dieser Methode der Wärme und des Drucks hergestellt werden, eine breite Palette von Materialformen aus der gleichen Lösung rekombinanter Spinnenseidenproteine (rSSp) hergestellt werden kann, darunter: Folien, Fasern, Schwamm, Hydrogel, Lyogel und Klebstoffe. Dieser Artikel zeigt die Produktion der gelösten RSSp und Materialformen in einer Weise, die leichter zu verstehen ist als aus schriftlichen Materialien und Methoden allein.
Introduction
Spiderseide haben das Interesse der Materialwissenschaftler für ihre beeindruckende Kombination aus Festigkeit, Elastizität und Bioverträglichkeit geweckt. Die Neuaufnahme von Fasern ist traditionell der Tenor der Forschung. Diese Anstrengung wurde durch die rekombinante Spinnenseidenprotein (RSSp) Unlöslichkeit im Wasser sowie die Unfähigkeit der traditionellen Lösungstechniken (Chaotropen und Waschmittel), eine wässrige Lösung zu erreichen, behindert. Darüber hinaus funktionieren Techniken, die für lösende Versionen von rSSp entwickelt wurden, nicht an allen rSSp-Varianten und erfordern auch umfangreiche Manipulationen und Zeit, die oft zu Proteinverlust 1,2führen. Dies hat zum großen Teil dazu geführt, dass das Feld 1, 1, 1, 3, 3 hexafluoroisopropanol (HFIP) als Lösungsmittel zur Bildung von Fasern und anderen begrenzten Materialformen verwendet. Der Vorteil besteht darin, dass alle bekannten rSSp in HFIP löslich sind und eine Dateneinheitlichkeit zwischen den einzelnen Forschungsgruppen bieten. Der Nachteil ist, dass HFIP ein giftiges Lösungsmittel ist, das teuer und aus gesundheitlichen Gründen und aus Umweltgründen nicht in der Lage ist, zu skalieren.
Es wurde ein neuartiger Ansatz zur RSSp-Rotation entwickelt, der die technologische Kluft zwischen dem rauen organischen Lösungsmittel HFIP und anderen Techniken überbrückte, die selektiv für die RSSp-Rotation arbeiteten. Die Kombination von spezifischen Heizungen und Drücke wurde auf die Suspensionen von RSSp und Wasser angewendet. Die Ergebnisse waren nahezu 100% Lösungsmittel-und Rückgewinnung des RSSp sowie hohe Proteinkonzentrationen; Aus diesen Formulierungen, die mit HFIP oder anderen organischen Lösungsmitteln 3, 4,5,6nichtalle erreichbar waren, wurde eine VielzahlvonWerkstoffformenermittelt,ummöglich zu sein. Ziel dieses Ansatzes ist es, gereinigte und getrocknete rekombinante Spinnenproteine effizient und einfach in einer wässrigen Lösung zu lösen, die dann für die Herstellung einer Vielzahl von Materialformen genutzt werden kann.
Fasern, Folien, Beschichtungen, Klebstoffe, Hydrogele, Litogen, Mikrosphären und Schwammmaterialien sind mit dieser Methode aus der gleichen wässrigen RSSp-Lösung problemlos zu erreichen. Die weitere Entwicklung dieser Methode, nicht nur mit zusätzlichem RSSp, sondern auch mit anderen Proteinen, könnte zu neuen Materialformen und alternativen Möglichkeiten der Proteinreinigung und-lösung führen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nachdem rekombinante Spinnenseidenproteine gereinigt sind, müssen sie dann in einer Lösung hergestellt werden, die zur Materialbildung eingesetzt werden kann. Durch die Mischung von lyophilem Spinnenseidenprotein mit Wasser und die Exposition dieser Mischung der Mikrowellenbestrahlung, um Wärme und Druck zu erzeugen, ist es möglich, eine RSSp-Lösung vorzubereiten. Aus dieser einfachen und effizienten Methode der RSSp-Solubilisierung lassen sich eine Vielzahl von Materialformen herstellen. Jedes Material muss individ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten die Finanzierung der Utah Science and Technology Research (USTAR)-Initiative dankbar würdigen.
Materials
| 3 mL Syringe with Luer-Lok Tip | BD | 309657 | Other size syringes can be used but to keep the tips on, it is advised to use luer-lok tips |
| 4 mL culture vial, clear with rubber lined cap | Wheaton | 225142 | Minimum dope volume is 1mL, max is 2mL |
| 8 mL culture vial, clear with rubber lined cap | Wheaton | 225144 | Minimum dope volume is 2mL, max is 4mL |
| 99% Isopropyl Alcohol, Reagent ACS/USP Grade | Pharmco-Aaper | 231000099 | |
| Freezone 4.5 Plus | Labconco | 7386030 | Freeze Dryer |
| Luer Adapter Female Luer x 10-32 Female, Tefzel (ETFE) | IDEX | P-629 | |
| Microwave | Magic Chef | HMD1110B | 120V, 60Hz AC; 1000 watts; 1.1 cu. ft. capacity; with glass turn table |
| One-Piece Fingertight 10-32 Coned, for 1/16" OD | IDEX | F-120X | |
| PEEK Tubing 1/16" OD x 0.010" ID | IDEX | 1531B | |
| Sprayer: Master Airbrush | Master Airbrush | TC-60 |
References
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