Name: encapsulating cytochrome c in silica aerogel nanoarchitectures without metal nanoparticles while retaining gas-phase bioactivity
Uploaded: 2016-03-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity at JoVE.com

وقدم الدعم لهذا العمل و / أو نشرها من قبل معهد العلوم من جامعة فيرفيلد للفنون والعلوم، كلية منحة بحثية جامعة فيرفيلد، وهي جائزة العلوم كوتريل كلية من مؤسسة أبحاث العلوم تقدم كلية جامعة فيرفيلد في الآداب والعلوم و جامعة فيرفيلد في قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية. نحن نعترف بامتنان جان ماري والاس عن فكرة مفيدة كثيرا والمشورة في ما يخص هذا المجال البحوث العامة. وبالإضافة إلى ذلك، ونحن نعرب خاص جدا شكرا لكم جميعا الماضي والحاضر، والباحثين الجامعيين من مختبر بحوث هاربر يثرمان في المستقبل.

<ol>
	<li>Pettigrew, G. W., Moore, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytochromes c. Biological Aspects. , (1987).</li><li>Moore, G. R., Pettigrew, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytochromes c. Evolutionary, Structural, and Physicochemical Aspects. , (1990).</li><li>Scott, R. A., Mauk, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytochrome c: A Multidisciplinary Approach. , (1996).</li><li>Wallace, J. M., Rice, J. K., Pietron, J. J., Stroud, R. M., Long, J. W., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica+nanoarchitectures+incorporating+self-organized+protein+superstructures+with+gas-phase+bioactivity.">Silica nanoarchitectures incorporating self-organized protein superstructures with gas-phase bioactivity.</a> Nano Lett. 3 (10), 1463-1467 (2003).</li><li>Wallace, J. M., Dening, B. M., Eden, K. B., Stroud, R. M., Long, J. W., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver-colloid-nucleated+cytochrome+c.+superstructures+encapsulated+in+silica+nanoarchitectures.">Silver-colloid-nucleated cytochrome c. superstructures encapsulated in silica nanoarchitectures.</a> Langmuir. 20 (21), 9276-9281 (2004).</li><li>Wallace, J. M., Stroud, R. M., Pietron, J. J., Long, J. W., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+particle+size+and+protein+content+on+nanoparticle-gold-nucleated+cytochrome+c.+superstructures+encapsulated+in+silica+nanoarchitectures.">The effect of particle size and protein content on nanoparticle-gold-nucleated cytochrome c. superstructures encapsulated in silica nanoarchitectures.</a> J.Non-Cryst. Solids. 350, 31-38 (2004).</li><li>Rolison, D. R., Wallace, J. M., Pietron, J. J., Rice, J. K., Stroud, R. M. U. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> US Patent. , (2007).</li><li>Harper-Leatherman, A. S., Wallace, J. M., Rolison, D. R., Minteer, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytochrome+c.+stabilization+and+immobilization+in+aerogels.">Cytochrome c. stabilization and immobilization in aerogels.</a> Enzyme Stabilization and Immobilization: Methods and Protocols. 679, 193-205 (2011).</li><li>Harper-Leatherman, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simplified+procedure+for+encapsulating+cytochrome+c.+in+silica+aerogel+nanoarchitectures+while+retaining+gas-phase+bioactivity.">Simplified procedure for encapsulating cytochrome c. in silica aerogel nanoarchitectures while retaining gas-phase bioactivity.</a> Langmuir. 28 (41), 14756-14765 (2012).</li><li>Hitihami-Mudiyanselage, A., Senevirathne, K., Brock, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+of+phosphide+nanocrystals+into+porous+networks:+Formation+of+InP+gels+and+aerogels.">Assembly of phosphide nanocrystals into porous networks: Formation of InP gels and aerogels.</a> ACS Nano. 7 (2), 1163-1170 (2013).</li><li>Fricke, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerogels. , (1986).</li><li>H&#252;sing, N., Schubert, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogels-airy+materials:+chemistry,+structure,+and+properties.">Aerogels-airy materials: chemistry, structure, and properties.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 37 (1-2), 22-45 (1998).</li><li>Aegerter, A. M., Leventis, N., Koebel, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerogels Handbook. , (2011).</li><li>Kazuyoshi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+aerogel+science+and+technology.">Recent progress in aerogel science and technology.</a> Adv. Porous Mater. 1 (2), 147-163 (2013).</li><li>Leventis, N., Elder, I. A., Anderson, M. L., Rolison, D. R., Merzbacher, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Durable+modification+of+silica+aerogel+monoliths+with+fluorescent+2,7-diazapyrenium+moieties.+Sensing+oxygen+near+the+speed+of+open-air+diffusion.">Durable modification of silica aerogel monoliths with fluorescent 2,7-diazapyrenium moieties. Sensing oxygen near the speed of open-air diffusion.</a> Chem. Mater. 11 (10), 2837-2845 (1999).</li><li>Plata, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogel-platform+optical+sensors+for+oxygen+gas.">Aerogel-platform optical sensors for oxygen gas.</a> J. Non-Cryst. Solids. 350, 326-335 (2004).</li><li>Rolison, D. R., Pietron, J. J., Long, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+sensitivity,+specificity,+and+time+signature+of+sensors+through+architectural+design+on+the+nanoscale.">Controlling the sensitivity, specificity, and time signature of sensors through architectural design on the nanoscale.</a> ECS Trans. 19 (6), 171-179 (2009).</li><li>Carroll, M. K., Anderson, A. M., Aegerter, A. M., Leventis, N., Koebel, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogels+as+platforms+for+chemical+sensors.">Aerogels as platforms for chemical sensors.</a> Aerogels Handbook. , 637-650 (2011).</li><li>Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+nanoarchitectures-The+importance+of+nothing+and+the+unimportance+of+periodicity.">Catalytic nanoarchitectures-The importance of nothing and the unimportance of periodicity.</a> Science. 299 (5613), 1698-1701 (2003).</li><li>Pietron, J. J., Stroud, R. M., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+three+dimensions+in+catalytic+mesoporous+nanoarchitectures.">Using three dimensions in catalytic mesoporous nanoarchitectures.</a> Nano Lett. 2 (5), 545-549 (2002).</li><li>Anderson, M. L., Morris, C. A., Stroud, R. M., Merzbacher, C. I., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+gold+aerogels:+Preparation,+properties,+and+characterization.">Colloidal gold aerogels: Preparation, properties, and characterization.</a> Langmuir. 15 (3), 674-681 (1999).</li><li>Anderson, M. L., Stroud, R. M., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+the+activity+of+fuel-cell+reactions+by+designing+three-dimensional+nanostructured+architectures:+Catalyst-modified+carbon-silica+composite+aerogels.">Enhancing the activity of fuel-cell reactions by designing three-dimensional nanostructured architectures: Catalyst-modified carbon-silica composite aerogels.</a> Nano Lett. 3 (9), 1321 (2003).</li><li>Chervin, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defective+by+design:+vanadium-substituted+iron+oxide+nanoarchitectures+as+cation-insertion+hosts+for+electrochemical+charge+storage.">Defective by design: vanadium-substituted iron oxide nanoarchitectures as cation-insertion hosts for electrochemical charge storage.</a> J. Mater. Chem. A. 3 (22), 12059-12068 (2015).</li><li>Ellerby, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+proteins+in+transparent+porous+silicate-glasses+prepared+by+the+sol-gel+method.">Encapsulation of proteins in transparent porous silicate-glasses prepared by the sol-gel method.</a> Science. 255 (5048), 1113-1115 (1992).</li><li>Massari, A. M., Finkelstein, I. J., Fayer, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+proteins+encapsulated+in+silica+sol-gel+glasses+studied+with+IR+vibrational+echo+spectroscopy.">Dynamics of proteins encapsulated in silica sol-gel glasses studied with IR vibrational echo spectroscopy.</a> J. Am. Chem. Soc. 128 (12), 3990-3997 (2006).</li><li>Ray, A., Feng, M., Tachikawa, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+electrochemistry+and+Raman+spectroscopy+of+sol-gel-encapsulated+myoglobin.">Direct electrochemistry and Raman spectroscopy of sol-gel-encapsulated myoglobin.</a> Langmuir. 21 (16), 7456-7460 (2005).</li><li>Blyth, D. J., Aylott, J. W., Richardson, D. J., Russell, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sol-gel+encapsulation+of+metalloproteins+for+the+development+of+optical+biosensors+for+nitrogen-monoxide+and+carbon-monoxide.">Sol-gel encapsulation of metalloproteins for the development of optical biosensors for nitrogen-monoxide and carbon-monoxide.</a> Analyst. 120 (11), 2725-2730 (1995).</li><li>Lan, E. H., Dave, B. C., Fukuto, J. M., Dunn, B., Zink, J. I., Valentine, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+sol-gel+encapsulated+heme+proteins+with+chemical+sensing+properties.">Synthesis of sol-gel encapsulated heme proteins with chemical sensing properties.</a> J. Mater. Chem. 9 (1), 45-53 (1999).</li><li>Miller, J. M., Dunn, B., Valentine, J. S., Zink, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+conditions+for+encapsulating+cytochrome+c.+and+catalase+in+SiO2+sol-gel+materials.">Synthesis conditions for encapsulating cytochrome c. and catalase in SiO2 sol-gel materials.</a> J. Non-Cryst. Solids. 202 (3), 279-289 (1996).</li><li>Ronda, L., Bruno, S., Faggiano, S., Bettati, S., Mozzarelli, A., Poole, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+binding+to+heme+proteins+in+solution,+encapsulated+in+silica+gels,+and+in+the+crystalline+state.">Oxygen binding to heme proteins in solution, encapsulated in silica gels, and in the crystalline state.</a> Methods in Enzymology. 437, 311-328 (2008).</li><li>Margoliash, E., Frohwirt, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectrum+of+Horse-Heart+Cytochrome+c.">Spectrum of Horse-Heart Cytochrome c.</a> Biochem. J. 71 (3), 570-572 (1959).</li></ol>

الكتاب تعلن أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

كما وصفها، هذا الإجراء قد تنتج باستمرار CYT قابلة للحياة. ج مغلفة ضمن aerogels. تركيز CYT. ج داخل aerogels يمكن أن تختلف 5-15 ميكرومتر وتركيز عازلة للCYT. الحل ج الأولي مغلفة ضمن يمكن أن تختلف 4،4 حتي 70 مم الفوسفات دون آثار ضارة شديدة على بقاء البروتين aerogels. ومع ذلك، فإن مركز ذروة وذروة عرض CYT مميزة. ج سوريه الذروة في aerogels هي الأقرب إلى ما هي عليه لCYT. ج في حل عندما CYT. يتم تغليف ج في aerogels من الحلول من 40 ملي العازلة 9. يتأثر تجميع للCYT. ج -SiO 2 aerogels في سن بعض الكواشف البدء. والميثانول، وtetramethoxysilane، ومحلول هيدروكسيد الأمونيوم كلها بلوري ويجب أن يتم استبدال كل واحد إلى شهرين. زيادة المياه التي تتراكم فيهذه الكواشف على مر الزمن يؤثر على الخصائص الهيكلية جل والفترة الانتقالية سول إلى هلام. عند تنفيذ تجفيف فوق الحرجة، يمكن أن قارب نقل جهاز الحرجه تجفيف نقطة لاستيعاب ما يصل إلى ثمانية عشر 0.5 سم سميكة (1)، والمواد الهلامية سم القطر. كما هو موضح في قسم البروتوكول، ينبغي اتباع ملء محددة وإجراء استنزاف لنقل ثاني أكسيد الكربون في سول المواد الهلامية. ومن المهم أن نلاحظ أنه في بداية بروتوكول تجفيف، وخليط استنزاف من ثاني أكسيد الكربون والأسيتون يتدفق في مثل هذا المعدل المرتفع أن أنبوب استنزاف يتجمد قاسية مع رطوبة التكثيف إلى جليد في الخارج. خليط استنزاف خارج يحتوي على بعض المياه منذ الأسيتون ليس اللامائية وهذا الماء قد تجمد في بعض الأحيان إلى حد أن أنبوب استنزاف يسد الواقع. فمن الضروري لمراقبة مثل هذه السدادات والاستماع لتوقف التدفق. يجب إغلاق صمام استنزاف لدقائق قليلة حتى تسد سوف تذوب إذا تم الكشف عن تسد. فيأسوأ سيناريو، إذا لم يتم إغلاق صمام استنزاف، يمكن أن تسد يسبب الكثير من الضغط لبناء هذا الأنبوب استنزاف للملوثات العضوية الثابتة بقوة خارج الجهاز. بعد أول فترات هجرة قليلة، سيكون قد تم تشطف الغالبية العظمى من الأسيتون من الجهاز، ووحدوث قطع الجليد الرطب تقلل بشكل كبير. سوف تصريف تشبه تدريجيا الثلج الجاف مع استمرار بروتوكول استنزاف مع أي دليل المتبقية من وجود الأسيتون (مثل رائحة) تصبح غير قابلة للكشف من قبل نهاية عملية تجفيف. بعد ثاني أكسيد الكربون في الجهاز قد انتقلت من السائل إلى السائل فوق الحرج وبدأت عملية التنفيس، فمن الضروري لاطلاق سراح السائل بمعدل بطيء أكثر من 45 دقيقة على الأقل كما هو مبين في الإجراء 9. معدل أعلى من الإفراج يمكن أن تقلل من جدوى CYT. ج (كما هو موضح في الشكل 9) داخل aerogels وaerogels نفسها قد كسر في الواقع عن بعضها البعض مثل الالبريد السائل يندفع للهروب من المواد الهلامية. بشكل عام، حتى عندما تبقى aerogels سليمة بعد فتح باب الأجهزة، من المهم التعامل معها بعناية وبلطف لأنها هشة ويمكن كسر بسهولة. المواد الهلامية السيطرة السيليكا التي تدفقت إلى جانب CYT. ج -SiO تستخدم 2 الهلام بعد التجفيف فوق الحرج لتحديد ما إذا كان نقل ثاني أكسيد الكربون في المواد الهلامية ناجحة. في بعض الأحيان CYT. ج -SiO قد تظهر 2 المواد الهلامية غائم وأنه من المهم لتحديد ما إذا كان هذا يرجع إلى نقل المذيبات غير مكتملة أو إذا كان قد تضطر إلى القيام مع تركيز CYT. ج أو المخزن المؤقت مغلفة ضمن المواد الهلامية. إذا كانت المواد الهلامية السيليكا دون CYT. ج تظهر أن يكون متجانسا، والمظهر شفافة في جميع أنحاء، وهذا يمكن أن تؤخذ على أنها دليل على أن نقل المذيبات حدث تماما حتى لو كان CYT. ج -SiO 2 المواد الهلامية لها بعض الغيوم لهم. الغيوم ضمن المواد الهلامية السيليكادون CYT. ج بعد التجفيف يشير إلى أن بعض الأسيتون بقي داخل المواد الهلامية خلال التنفيس. كما هو مبين في القسم البروتوكول، تحتاج احتياطات السلامة الهامة التي يجب اتخاذها عند التعامل مع أكسيد النيتريك (NO). للكشف NO باستخدام aerogels، فمن الضروري أن يختم كفيت بشكل جيد للغاية ولاستنفاد تدفق الغاز عبر aerogels إلى غطاء الدخان. بدلا من ذلك، معمل كله يمكن نقل إلى غطاء الدخان جنبا إلى جنب مع NO اسطوانة الغاز من باب الوقاية للحد من التعرض لNO الغاز. في اتصال مع NO الهواء سوف تنتج على الفور سامة للغاية ثاني أكسيد النيتروجين، ورباعي أكسيد النيتروجين أو كليهما. لا يمكن أن تتفاعل مع الماء لإنتاج الحرارة وتآكل الأبخرة. لذلك، والتعرض المستمر للا يمكن أن يؤدي إلى سمية الأنسجة مباشرة. عند استخدام CYT. ج -SiO 2 aerogels للكشف عن وجود أكسيد النيتريك، والفرقة سوريه تكون البداية في ~ 408 نانومتر، وسيتحولإلى ~ 414 نانومتر في وجود أكسيد النيتريك. بعد التبديل إلى النيتروجين، ينبغي أن الفرقة سوريه عكس يعود إلى كونها تركز على ~ 408 نانومتر. قد يكون من الممكن أيضا استخدام CYT. ج -SiO 2 aerogels للكشف عن وجود بروابط أخرى مثل أول أكسيد الكربون 27. وتشمل الإجراءات المنشورة مختلف خطوة إضافية تتمثل في الجمع بين الذهب أو الفضة النانوية مع CYT. ج في حل قبل الاختلاط مع سول وتجفيفها لاستخدامها aerogels 4-8 supercritically. مقارنة التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية مرئية من CYT. ج مغلفة في aerogels مع المعادن النانوية إلى أن من CYT. ج مغلفة في aerogels دون النانوية المعدنية يدل على أن هذين النوعين من تقنيات التغليف تنتج CYT. ج الجدوى مماثلة داخل aerogels (الشكل 5) . ومع ذلك، فإن CYT. ج مغلفة مع المعادن النانوية هي قليلا أكثر استقرارا من CYT. ج تغليفد دون المعادن النانوية داخل aerogels 9. أطياف CD من كلا النوعين من CYT. aerogels ج هي أيضا مشابهة، على الرغم من أن كلا تختلف من الطيف من CYT. ج في المخزن تشير بعض تتكشف CYT. ج داخل aerogels (الشكل 7). وتشير التقارير السابقة عن CYT. ج مغلفة في aerogels أن ازدواج اللون الطيفي التعميم هو الأكثر احتمالا تقييم الطبقة الخارجية من البروتين، وتكشفت على اتصال مع هلام السيليكا، سواء داخل المعادن جسيمات متناهية الصغر الأنوية CYT متعدد الطبقات. الهياكل ج أو هياكل المنظمة فضفاضة التي تشكل عندما لا النانوية المعدنية الموجودة في aerogels 4،9. غالبية CYT. ج ضمن أي نوع من هيكل التنظيم الذاتي داخل aerogels لا تزال مطوية مقاسا التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية مرئية بالرغم من ذلك. الاستفادة من بروتوكول صفها النانوية بلا هنا هي أن شراء مكلفة أو التوليف تستغرق وقتا طويلا من المعدنالنانوية ليست ضرورية. لم غالبا ما تغلف البروتينات بنجاح داخل aerogels، وحتى هذا الإجراء مهم لأنه قد يؤدي إلى تطوير طريقة أكثر عمومية لتغليف بروتينات أخرى في aerogels مع الأهمية المحتملة لأجهزة bioanalytical في المستقبل.

السيتوكروم ج (CYT. ج) هو مفتاح البروتين الإلكترون نقل تشارك في التفاعلات التنفس الخلوية في الجسم. ولقد ثبت أن تشارك في موت الخلايا المبرمج، وهو شكل رقابة من موت الخلايا، ويمكن الكشف عن مثل هذه الجزيئات السامة صغيرة أكسيد النتريك وأول أكسيد الكربون 1-3. أكسيد النيتريك (NO) يلعب دورا في مجموعة متنوعة من العمليات الفسيولوجية التي تحدث في الجهاز العصبي، القلب والأوعية الدموية، والجهاز المناعي. في حين CYT. ج عادة ما يتطلب بيئة مائية مخزنة على قيم الرقم الهيدروجيني محايدة لتبقى سليمة هيكليا ونشطة، وقد أظهرت الأبحاث أن CYT. ج يمكن الاحتفاظ هيكلها وظيفة في المواد الصلبة المعروفة باسم aerogels في ظل ظروف معينة 4-9. Aerogels هي مواد مسامية عالية وغالبا ما شكلت عن طريق تجميع أكاسيد المعادن سول هلام (بينما aerogels أكسيد المعادن شائعة جدا، وقد تم تصنيعه الكربون وغيرها من أنواع aerogels. ومن الأمثلة على البرنامج النووي العراقي آير<html> ogels) 10 وتجفيف هذه الهلام سول في مثل هذه الطريقة التي يتم بثها المصفوفة الصلبة التي يسهل اختراقها دون تغيير 11-14. كل مسام في aerogels الصلبة يؤدي في المساحة المتاحة مما aerogels الكثير مفيدة للغاية لأي طلبات حيث ردود الفعل السطحية مهمة. عندما يتم تجميعها الكيميائية أو وظيفة البيوكيميائية داخل nanoarchitecture ايروجيل، فقد تبين أن المسامية البدنية وتعزيز المساحة السطحية للaerogels تساعد على تحسين أجهزة الاستشعار، وكذلك الأقطاب الكهربائية للبطارية، وخلايا الوقود، وsupercapacitor تطبيقات 11،15-23 . من أجل تجفيف aerogels بطريقة يترك المصفوفة الصلبة التي يسهل اختراقها دون تغيير، فمن نموذجي لإزالة المذيب الذي يبقى في المسام بعد التوليف سول-جل عن طريق الاستخلاص بالمذيبات فوق الحرجة. يتم الحد من أي انهيار المسام التي قد تكون ناجمة عن قوى التوتر السطحي كما يتبخر المذيب من هلام لأنه في تجفيف فوق الحرجة، واجهة السائل بخار أبدا الأشكال. &quot;jove_content&quot;&gt; هناك العديد من التقارير من البروتينات الهيم مثل CYT. ج يجري مغلفة في الهلام سول التي تم الاحتفاظ بها رطبة أو التي تم تجفيفها ambiently 24-30. تقارير لتغليف الجزيئات الحيوية في الهلام سول أن ثم يتم تجفيفها supercritically لتشكيل aerogels هي نادرة بسبب معالجة الضرورية التي يمكن أن تكون ضارة للهيكل العديد من البروتينات. في حالة CYT. ج، ظروف معينة تجعل من الممكن الإبقاء على قدرة CYT. ج لكشف والرد على أكسيد النيتريك الطور الغازي ضمن aerogels. مرة واحدة استقرت في ايروجيل، بنية المسام ذات جودة عالية من ايروجيل يسهل التفاعل بين CYT. ج و4،8،9 أكسيد النيتريك. CYT. ج يمكن أن تكون مغلفة داخل aerogels من خلال ربط لأول مرة في طبقات متعددة في جميع أنحاء الذهب أو الفضة النانوية في حل 4-8. هذه الفوقية متعددة الطبقات تعمل على حماية بروتين داخل المصفوفة ايروجيل. في approac الأخيرح التي قمنا بتطويرها، عندما سيطر على تركيز البروتين والعازلة قوة جنبا إلى جنب مع الظروف الاصطناعية الأخرى، CYT. تحتفظ ج النزاهة داخل aerogels حتى من دون جسيمات متناهية الصغر المعادن جمعية الأولية 9. يبدأ التركيب وتبدأ العديد من توليفات ايروجيل عن طريق خلط السلائف السيليكا سول-جل لفترة معينة من الزمن. فمن بعد مجموعة خلط الوقت الذي CYT. يضاف ج كحل مخزنة في الخليط. ثم يحدث دبق لتشكيل هيكل متين السيليكا التي يسهل اختراقها والتي تمتلئ المسام بالماء، والميثانول، وتبقى المواد المتفاعلة والمنتجات الثانوية. هذا السائل الذي يملأ المسام يمكن أن تشطف الخروج مع المذيبات المختلفة من خلال سلسلة من المبادلات المذيبات، وكان آخر التبادلات مع ثاني أكسيد الكربون السائل تجري ضمن جهاز نقطة تجفيف حاسما حافظ على درجة حرارة منخفضة. جلب المواد الهلامية أعلى من درجة الحرارة الحرجة (31.1 درجة مئوية) من ثاني أكسيد الكربون يسهل تشكيل مثلالسائل upercritical داخل جهاز الضغط التي يمكن تنفيس لتشكيل الجافة، aerogels المسامية العالية. درجة حرارة منخفضة نسبيا اللازمة لثاني أكسيد الكربون لتكوين السوائل فوق الحرجة هو مفيد مقارنة مع غيرها من المذيبات لأنها تحافظ على بروتين أقل من درجة الحرارة التي يمكن أن تفسد. لدينا المعادن نهج خالية من جسيمات متناهية الصغر لتغليف CYT. ج في aerogels هو مفيد لأنه هو إجراء بسيط يمكن أن تؤدي إلى وضع بروتوكول أكثر قابلية للتطبيق بشكل عام لتغليف البروتينات الأخرى كذلك. قد لا تتفاعل العديد من البروتينات مع المعادن النانوية في بنفس الطريقة التي CYT. ج يفعل والتوليف جسيمات متناهية الصغر المعدن أو شراء يضيف الوقت ونفقات إضافية لهذا الإجراء. تقارير قليلة على التغليف البروتينات في aerogels تجعل تطوير هذا الإجراء خطوة هامة إلى الأمام في إيجاد إجراءات أكثر عمومية لتغليف بروتينات أخرى في aerogels التي قد تساعد طn اللاسلكية bioanalytical المحتملة في المستقبل. قسم البروتوكول من هذه المخطوطة يوضح كيفية تجميع السيليكا سول المواد الهلامية، وتغلف CYT. ج في هذه الهلام سول، تجف هذه المركبة سول المواد الهلامية لتشكيل aerogels وتوصيف هذه bioaerogels باستخدام الأشعة فوق البنفسجية مرئية والتعميم الطيفي ازدواج اللون وكشف عن وجود من الطور الغازي أكسيد النيتريك مع هذه bioaerogels. CYT. وقد تم تغليف ج بنجاح في aerogels عندما يذوب أولا في 4،4 حتي 70 مم المحاليل المائية من العازلة الفوسفات. ومع ذلك، فقد تم العثور على هيكل بروتين الأمثل في aerogels أن ينتج عندما التغليف 40 ملي فوسفات حلول مخزنة من CYT. ج المنتجة للتحميل CYT ايروجيل. تركيزات ج في حدود 5 إلى 15 ميكرومتر 9. ولذلك، فإن بروتوكول الواردة أدناه هي لتجميع aerogels باستخدام حلول 40 ملي الفوسفات من CYT. ج مما أدى إلى CYT تحميل. تركيز ج في aerogels من 15 ميكرومتر &lt;./ P&gt;

<table><tbody><tr><td>Potassium phosphate, monobasic</td><td>Fisher Scientific</td><td>P285-500</td><td>Certified ACS (also possible to use sodium phosphate monobasic)</td></tr><tr><td>Potassium phosphate dibasic anhydrous</td><td>Fisher Scientific</td><td>P288-500</td><td>Certified ACS (also possible to use sodium phosphate dibasic)</td></tr><tr><td>Water</td><td>Millipore Direct-Q</td><td></td><td>18 M&amp;Omega; cm</td></tr><tr><td>pH meter and electrode</td><td>Denver Instrument</td><td>UB-10</td><td></td></tr><tr><td>Cytochrome c from equine heart</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C7752-100MG&amp;nbsp;</td><td>&amp;ge;95% based on Mol. Wt. 12,384, used as received and stored at -20&amp;nbsp;&amp;deg;C</td></tr><tr><td>Glass scintillation vials</td><td>Wheaton</td><td>03-341-25J</td><td>20 ml, O.D. x height (with cap): 28&amp;nbsp;mm x 61&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>Disposable cuvette</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-955-126</td><td>methacrylate, 10 mm x 10 mm x 45&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>Ultraviolet Visible Spectrophotometer</td><td>Shimadzu</td><td>UV-1800</td><td>Uses UVProbe v 2.33 software</td></tr><tr><td>Circular dichroism spectrometer (or spectropolarimeter)</td><td>JASCO</td><td>J-810</td><td></td></tr><tr><td>Isotemp Laboratory Refrigerator</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polypropylene disposable beakers</td><td>Fisher Scientific</td><td>01-291-10</td><td>50 ml</td></tr><tr><td>Tetramethylorthosilicate (also known as tetramethoxysilane, TMOS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>218472-500G</td><td>98% purity</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>A457-4</td><td>GC Resolv grade</td></tr><tr><td>Ammonium hydroxide solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221228-25ML-A</td><td>ACS reagent, 28.0%-30.0%</td></tr><tr><td>General purpose polypropylene scintillation vials</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z376825-1PAK</td><td>16 mm x 57 mm, volume size 6.5&amp;nbsp;ml, slice off bottom with sharp knife or razor</td></tr><tr><td>generic plastic wrap</td><td>various</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M laboratory wrapping film</td><td>Fisher Scientific</td><td>S37440</td><td></td></tr><tr><td>Plastic syringe plunger</td><td>various</td><td></td><td>use syringe plunger from 3 ml syringe</td></tr><tr><td>Ethyl alcohol</td><td>Acros</td><td>61509-0040</td><td>Absolute, 200 proof, 99.5% A.C.S. reagent</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific</td><td>A949-4</td><td>HPLC grade</td></tr><tr><td>Critical point drying apparatus</td><td>Quorum Technologies</td><td></td><td>E3000 Series</td></tr><tr><td>Circulator</td><td>Fisher Scientific</td><td>Isotemp 3016</td><td></td></tr><tr><td>Carbon dioxide cylinder</td><td>Tech Air</td><td></td><td>siphon tube</td></tr><tr><td>Micrometer</td><td>Central Tool Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>GRAMS/AI 8.0 software</td><td>Thermo Electron Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nitrogen cylinder</td><td>Tech Air</td><td></td><td>Another inert gas could be substituted</td></tr><tr><td>10% nitric oxide/90% nitrogen cylinder</td><td>Airgas</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tygon tubing</td><td>various</td><td></td><td></td></tr><tr><td>T-switch valve</td><td>various</td><td></td><td></td></tr><tr><td>syringe needles</td><td>various</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

encapsulating cytochrome c in silica aerogel nanoarchitectures without metal nanoparticles while retaining gas-phase bioactivity

وقد تحسنت التطبيقات مثل أجهزة الاستشعار، والبطاريات، وخلايا الوقود من خلال استخدام aerogels المسامية العالية عندما يتم تغليف مركبات وظيفية ضمن aerogels. ومع ذلك، توجد بعض التقارير عن التغليف البروتينات داخل الهلام سول التي يتم تجهيزها لتشكيل aerogels. (NO) ويرد الإجراء لتغليف السيتوكروم ج (CYT. ج) في السيليكا (شافي 2) سول المواد الهلامية التي تتم معالجتها supercritically لتشكيل bioaerogels مع النشاط الغاز مرحلة لأكسيد النتريك. يضاف CYT. ج إلى سول السيليكا مختلطة تحت تركيز البروتين للرقابة والعازلة الشروط قوة. ثم تبلور الخليط سول ويتم استبدال السائل ملء المسام الجل من خلال سلسلة من المبادلات المذيبات مع ثاني أكسيد الكربون السائل. يتم جلب غاز ثاني أكسيد الكربون إلى نقطة حرجة وتنفيس قبالة لتشكيل aerogels الجافة مع CYT. ج مغلفة داخل. وتتميز هذه bioaerogels مع التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية مرئيةد دائري الطيفي ازدواج اللون، ويمكن استخدامها للكشف عن وجود أكسيد النيتريك الغاز المرحلة. نجاح هذا الإجراء يعتمد على تنظيم CYT. تركيز ج وتركيز العازلة ولا يتطلب مكونات أخرى مثل المعادن النانوية. قد يكون من الممكن لتغليف البروتينات الأخرى التي تستخدم نهجا مماثلا مما يجعل هذا الإجراء مهم لتطوير جهاز bioanalytical المحتملة في المستقبل.

نتائج الإجراء الموضح في aerogels تحتوي على CYT قابلة للحياة. ج. كما هو محدد في نهاية المقدمة، CYT. ج يمكن أن تكون مغلفة من المحاليل المائية التي تتراوح 4،4 حتي 70 مم الفوسفات. أمثلة من CYT. ج -silica (CYT. ج -SiO 2) aerogels مصنوعة من المحاليل التي تحتوي على تركيزات عازلة المختلفة هو مبين في الشكل (4). جميع المواد الهلامية هي شفافة نسبيا، مع المواد الهلامية مصنوعة من 70 ملي العازلة الأكثر غموضا. وأظهرت مقارنة بين التحليل الطيفي من CYT. ج تحت ظروف مختلفة في الشكل (5). وهناك طائفة نموذجي (الشكل 5C) يظهر ذروة سوريه كبيرة حول 408 نانومتر لCYT. ج -SiO 2 aerogels وهي مشابهة جدا لطيف CYT (ج) في حل (الشكل 5A). وبالإضافة إلى ذلك، مجموعة من CYT.ويرد ج مغلفة ضمن aerogels مع المعادن النانوية أيضا (الشكل 5B) وCYT. ج -SiO 2 ايروجيل الطيف هو مماثل لهذا الطيف كذلك. عندما CYT. يتعرض ج -SiO 2 ايروجيل إلى أكسيد النيتريك، لوحظ تحول نموذجي من ذروة سوريه (الشكل 5D). وتظهر أطياف الأشعة فوق البنفسجية تجاه لالهلام المصنوع من CYT. حلول ج في متفاوتة تركيزات عازلة في الشكل (6). كل هذه المواد الهلامية عرض مميز الطيفية للأشعة فوق البنفسجية مرئية يتميز مشيرا إلى أن CYT. ج ليست في حالة التشويه والتحريف في المواد الهلامية. ومع ذلك، فإن الشفافية انخفض من المواد الهلامية مصنوعة من 70 النتائج عازلة ملم في أقل نسبة الإشارة إلى الضوضاء لهذه الأطياف. أطياف CD من CYT. ج -SiO 2 aerogels مماثلة لأطياف CYT. ج </eم&gt; مغلفة ضمن aerogels مع المعادن النانوية، في حين أن كلا النوعين من أطياف ايروجيل تختلف من طائفة من CYT. ج في حل مخزنة (الشكل 7). ويبين الشكل 8 استجابة مراقبة أكسيد النيتريك نموذجية لCYT. ج -SiO 2 aerogels وaerogels المطابقة التي تحتوي أيضا على الجسيمات النانوية المعدنية بالإضافة إلى CYT. ج. وينظر إلى الفرق بين الامتصاصية في 414 نانومتر، وذلك في 408 نانومتر إلى زيادة ونقصان ثم عندما تتعرض المواد الهلامية إلى أكسيد النيتريك ثم النيتروجين على التوالي في سلسلة متوالية. وإذا لم يتم الإفراج عن ثاني أكسيد الكربون فوق الحرجة بمعدل يكفي بطيئة، وبقاء CYT. ج داخل aerogels شكلت تتعرض للخطر. ويتجلى هذا من خلال مقارنة الناتج أطياف الأشعة فوق البنفسجية مرئية بعد تشكيل المواد الهلامية عن طريق الإفراج عن ثاني أكسيد الكربون في مختلفمعدلات (الشكل 9). <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig1.jpg" /> الشكل 1: الناقد جهاز نقطة تجفيف الجهاز نقطة تجفيف الحرج هو مبين من (A) الجبهة و (ب) مرة أخرى مع القارب نقل وأجهزة الباب يظهر بجانب الجزء الخلفي من الجهاز. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig2.jpg" /> الشكل 2: منصة الكرتون والورق المقوى منصة تجميعها لعقد ايروجيل في مسار شعاع للأداة. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig3.jpg" /> الشكل (3): النيتريك الاستشعار أكسيد انشاء يظهر النيتريك الاستشعار أكسيد انشاء بما في ذلك (A) غطاء الدخان المغلقة 10٪ أكسيد النيتريك.و 90٪ اسطوانة النيتروجين، وأنابيب، وT-صمام، و (ب) كفيت مع الإبر المدرجة. <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig4.jpg" /> الرقم 4: CYT عينة ج -SiO 2 aerogels Aerogels التغليف 15 ميكرومتر CYT ج في 4.4 مم، 40 مم، و 70 ملي العازلة فوسفات البوتاسيوم وترد بالمقارنة مع عشرة سنتات من اليسار إلى اليمين. هذه aerogels ما يقرب من ارتفاع 0.2-0.5 سم. أعيد طبعها بإذن 9. <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig5.jpg" /> الرقم 5: CYT ج -SiO 2 ايروجيل الطيفي الأطياف المرئية من 15 ميكرومتر السيتوكروم ج في الفقرة (أ) 50 ملي الفوسفات سول العازلة.ution. (ب) الاتحاد الافريقي (5 نانومتر) ~ CYT ج -SiO 2 ايروجيل؛ (ج) CYT ج -SiO 2 ايروجيل (تعرضها للهواء)؛ (د) CYT. ج -SiO 2 ايروجيل (يتعرض لأكسيد النتريك لمدة 3.5 دقيقة). يتم إجراء مقاصة بين هذه الأطياف يمثل كل نوع من الجل لوضوح، وخط متقطع يدل على موقف الذروة سوريه من CYT. ج في المخزن. في حين أن كل الطيف من 15 ميكرومتر CYT. ج، سمك هلام (أو مرتفعات) هي فقط 0،2-0،5 سم بالمقارنة مع cuvet حل 1 سم، مما أدى إلى حل العالي والامتصاصية. أعيد طبعها بإذن 9. <img alt="الشكل (6)" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig6.jpg" /> وتتنوع الطيفي هلام هوائي كما تركيز عازلة مغلفة بلغ متوسط ​​الأشعة فوق البنفسجية مرئية الامتصاصية الطيفي للaerogels مقسوما هلام طول مسار المواد الهلامية التغليف 15 _: الرقم 6.6؛ M CYT ج في 70 ملي (أسود) (متوسط ​​4 الأطياف)، 40 ملي (الأحمر ومنقط) (متوسط ​​8 الأطياف)، و 4.4 ملم (الأخضر ومتقطع) (متوسط ​​9 أطياف) عازلة فوسفات البوتاسيوم. . أعيد طبعها بإذن 9. <img alt="الرقم 7" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig7.jpg" /> الرقم 7:... هلام هوائي ازدواج اللون دائرية الطيفي التعميم أطياف ازدواج اللون من CYT ج في فوسفات الصوديوم مخزنة حل (الصلبة)، واثنين من أطياف تمثيلية من CYT ج -SiO 2 aerogels (متقطع)، واثنين من أطياف تمثيلية من الاتحاد الافريقي (5 نانومتر) ~ CYT. ج SiO- 2 aerogels (منقط). أعيد طبعها بإذن 9. <img alt="الرقم 8" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig8.jpg" /> الرقم 8: كشف أكسيد النيتريك مع CYT ج -SiO 2. </. الفرعية&gt; aerogels رصد التحول (ΔA = A 414 نانومتر - و408 نانومتر). في شدة سوريه من CYT ج (أحمر الصلبة) والاتحاد الافريقي ~ CYT ج (متقطع الأزرق) مغلفة في شافي 2 مركب nanoarchitectures ايروجيل كما تدفق الغاز. ومثبت بين النيتروجين (حيث سوريه ذروة الحد الأقصى هو في ~ 408 نانومتر) وأكسيد النيتريك (حيث سوريه ذروة الحد الأقصى هو في ~ 414 نانومتر). كل منحنى في المتوسط ​​3-4 المحاكمات، مع اثنين من CYT ج -SiO 2 المحاكمات رصدها في ΔA = A 414 نانومتر - ومنذ 407 نانومتر كان الأولي سوريه ذروة كحد أقصى في 407 نانومتر لهذه المحاكمات. أعيد طبعها بإذن 9. <img alt="الرقم 9" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig9.jpg" /> الرقم 9: تأثير فوق الحرجة الافراج عن الوقت السوائل وبلغ متوسط ​​الأشعة فوق البنفسجية مرئية الامتصاصية الطيفي مقسوما على طول مسار جل للCYT ج -SiO 2 aerogels enca.psulating 10 ميكرومتر CYT. ج في 50 ملي العازلة الفوسفات التي تم إجراء aerogels المجففة supercritically إما عن طريق إطلاق ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج أكثر من 45 دقيقة (صلب أسود اللون (متوسط ​​9 أطياف)) أو 7 دقائق (متقطع والأحمر (متوسط ​​4 أطياف)). أعيد طبعها بإذن 9.

Watch this Scientific Journal Video about Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity at JoVE.com

Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

التغليف السيتوكروم<em&gt; ج</em&gt; في السيليكا هلام هوائي Nanoarchitectures دون المعادن النانوية مع الحفاظ على الغاز مرحلة النشاط الحيوي

يصف هذا الإجراء كيفية تغليف السيتوكروم ج (CYT. ج) في السيليكا (شافي 2) سول المواد الهلامية، وعملية هذه المواد الهلامية لتشكيل bioaerogels، واستخدام هذه bioaerogels الاعتراف بسرعة أكسيد النيتريك (NO) من خلال تفاعل طور الغاز. هذا النوع من البروتوكول قد يساعد في التنمية المستقبلية من أجهزة الاستشعار أو أجهزة bioanalytical أخرى.

Applications such as sensors, batteries, and fuel cells have been improved through the use of highly porous aerogels when functional compounds are ...

encapsulating-cytochrome-c-silica-aerogel-nanoarchitectures-without

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

10.3K Views.  Fairfield University.  يصف هذا الإجراء كيفية تغليف السيتوكروم ج (CYT. ج) في السيليكا (شافي 2) سول المواد الهلامية، وعملية هذه المواد الهلامية لتشكيل bioaerogels، واستخدام هذه bioaerogels الاعتراف بسرعة أكسيد النيتريك (NO) من خلال تفاعل طور الغاز. هذا النوع من الب...

Video: Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Chemistry

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion fluxes at the cellular level are required for initiating action potentials in excitable cells.2 Sodium regulation plays an important role in both of these cases; however, no method currently exists for continuously monitoring sodium levels in vivo 3 and intracellular sodium probes 4 do not provide similar detailed results as calcium probes. In an effort to fill both of these voids, fluorescent nanosensors have been developed that can monitor sodium concentrations in vitro and in vivo.5,6 These sensors are based on ion-selective optode technology and consist of plasticized polymeric particles in which sodium specific recognition elements, pH-sensitive fluorophores, and additives are embedded.7-9 Mechanistically, the sodium recognition element extracts sodium into the sensor. 10 This extraction causes the pH-sensitive fluorophore to release a hydrogen ion to maintain charge neutrality within the sensor which causes a change in fluorescence. The sodium sensors are reversible and selective for sodium over potassium even at high intracellular concentrations.6 They are approximately 120 nm in diameter and are coated with polyethylene glycol to impart biocompatibility. Using microinjection techniques, the sensors can be delivered into the cytoplasm of cells where they have been shown to monitor the temporal and spatial sodium dynamics of beating cardiac myocytes.11 Additionally, they have also tracked real-time changes in sodium concentrations in vivo when injected subcutaneously into mice.3 Herein, we explain in detail and demonstrate the methodology for fabricating fluorescent sodium nanosensors and briefly demonstrate the biological applications our lab uses the nanosensors for: the microinjection of the sensors into cells; and the subcutaneous injection of the sensors into mice.

Fluorescent nanoparticles produced in our lab are used for imaging ion concentrations and ion fluxes in biological systems such as cells during signaling and interstitial fluid during physiological homeostasis.

الفلورسنت النانوية لقياس تركيز ايون في النظم البيولوجية

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The procedure requires 15-20 min of preparation time, during which a liquid precursor mixture is prepared and poured into wells of a metal mold that is placed between the platens of a hydraulic hot press, followed by several hours of processing within the hot press. The precursor solution consists of a 1.0:12.0:3.6:3.5 x 10-3 molar ratio of tetramethylorthosilicate (TMOS):methanol:water:ammonia. In each well of the mold, a porous silica sol-gel matrix forms. As the temperature of the mold and its contents is increased, the pressure within the mold rises. After the temperature/pressure conditions surpass the supercritical point for the solvent within the pores of the matrix (in this case, a methanol/water mixture), the supercritical fluid is released, and monolithic aerogel remains within the wells of the mold. With the mold used in this procedure, cylindrical monoliths of 2.2 cm diameter and 1.9 cm height are produced. Aerogels formed by this rapid method have comparable properties (low bulk and skeletal density, high surface area, mesoporous morphology) to those prepared by other methods that involve either additional reaction steps or solvent extractions (lengthier processes that generate more chemical waste).The rapid supercritical extraction method can also be applied to the fabrication of aerogels based on other precursor recipes.

This article describes a rapid supercritical extraction method for fabricating silica aerogels. By utilizing a confined mold and hydraulic hot press, monolithic aerogels can be made in eight hours or less.

إعداد السيليكا Aerogel كتل عن طريق استخراج الطريقة السريعة فوق الحرجة

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Synthesis and Catalytic Performance of Gold Intercalated in the Walls of Mesoporous Silica

As a promising catalytically active nano reactor, gold nanoparticles intercalated in mesoporous silica (GMS) were successfully synthesized and properties of the materials were investigated. We used a one pot sol-gel approach to intercalate gold nano particles in the walls of mesoporous silica. To start with the synthesis, P123 was used as template to form micelles. Then TESPTS was used as a surface modification agent to intercalate gold nano particles. Following this process, TEOS was added in as a silica source which underwent a polymerization process in acid environment. After hydrothermal processing and calcination, the final product was acquired. Several techniques were utilized to characterize the porosity, morphology and structure of the gold intercalated mesoporous silica. The results showed a stable structure of mesoporous silica after gold intercalation. Through the oxidation of benzyl alcohol as a benchmark reaction, the GMS materials showed high selectivity and recyclability.

Here, we present a protocol with a sol-gel process to synthesize gold intercalated in the walls of mesoporous materials (GMS), which is confirmed to possess a mesoporous matrix with gold intercalated in the walls imparting great stability and recyclability.

التوليف والأداء التحفيزي من الذهب مقحم في جدران Mesoporous السيليكا

As a promising catalytically active nano reactor, gold nanoparticles intercalated in mesoporous silica (GMS) were successfully synthesized and properties ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

تصنيع واختبار أيروجيلس الحفاز أعدت عن طريق استخراج فوق الحرجة السريع

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally purify the same by acid elution. By combining sodium silicate with a polyfunctional bioinspired additive, silica is rapidly formed at ambient conditions upon neutralization. 
The effect of neutralization rate and biomolecule addition point on silica yield are investigated, and biomolecule immobilization efficiency is reported for varying addition point. In contrast to other porous silica synthesis methods, it is shown that the mild conditions required for bioinspired silica synthesis are fully compatible with the encapsulation of delicate biomolecules. Additionally, mild conditions are used across all synthesis and modification steps, making bioinspired silica a promising target for the scale-up and commercialization as both a bare material and active support medium.
The synthesis is shown to be highly sensitive to conditions, i.e., the neutralization rate and final synthesis pH, however tight control over these parameters is demonstrated through the use of auto titration methods, leading to high reproducibility in reaction progression pathway and yield. 
Therefore, bioinspired silica is an excellent active material support choice, showing versatility towards many current applications, not limited to those demonstrated here, and potency in future applications.

Here, we present a protocol to synthesize bioinspired silica materials and immobilize enzymes therein. Silica is synthesized by combining sodium silicate and an amine &#39;additive&#39;, which neutralize at a controlled rate. Material properties and function can be altered either by in situ enzyme immobilization or post-synthetic acid elution of encapsulated additives.

إعداد والسليكا الوظيفية باستخدام أسلوب بيوينسبيريد

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally ...

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various precursor noble metal ions with reducing agents in a 1:1 (v/v) ratio results in the formation of metal gels within seconds to minutes compared to much longer synthesis times for other techniques such as sol-gel. Conducting the reduction step in a microcentrifuge tube or small volume conical tube facilitates a proposed nucleation, growth, densification, fusion, equilibration model for gel formation, with final gel geometry smaller than the initial reaction volume. This method takes advantage of the vigorous hydrogen gas evolution as a by-product of the reduction step, and as a consequence of reagent concentrations. The solvent accessible specific surface area is determined with both electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. After rinsing and freeze drying, the resulting aerogel structure is examined with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and nitrogen gas adsorption. The synthesis method and characterization techniques result in a close correspondence of aerogel ligament sizes. This synthesis method for noble metal aerogels demonstrates that high specific surface area monoliths may be achieved with a rapid and direct reduction approach.

A rapid, direct solution-based reduction synthesis method to obtain Au, Pd, and Pt aerogels is presented.

أسلوب توليف سريع للاتحاد الأفريقي و Pd أيروجيلس حزب العمال عن طريق الاختزال المباشر القائم على الحل

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often result in fragile aerogels with poor shape control. The use of carboxymethylated cellulose nanofibers (CNFs) to form a covalently bonded hydrogel allows for the reduction of metal ions such as palladium on the CNFs with control over both nanostructure and macroscopic aerogel monolith shape after supercritical drying. Crosslinking the carboxymethylated cellulose nanofibers is achieved using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) in the presence of ethylenediamine. The CNF hydrogels maintain their shape throughout synthesis steps including covalent crosslinking, equilibration with precursor ions, metal reduction with high concentration reducing agent, rinsing in water, ethanol solvent exchange, and CO2 supercritical drying. Varying the precursor palladium ion concentration allows for control over the metal content in the final aerogel composite through a direct ion chemical reduction rather than relying on the relatively slow coalescence of pre-formed nanoparticles used in other sol-gel techniques. With diffusion as the basis to introduce and remove chemical species into and out of the hydrogel, this method is suitable for smaller bulk geometries and thin films. Characterization of the cellulose nanofiber-palladium composite aerogels with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, thermal gravimetric analysis, nitrogen gas adsorption, electrochemical impedance spectroscopy, and cyclic voltammetry indicates a high surface area, metallized palladium porous structure.

A synthesis method for cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented.The resulting composite aerogel materials offer potential for catalysis, sensing, and hydrogen gas storage applications.

طريقة التوليف للسليلوز نانوفيبر Biotemplated البلاديوم مركب Aerogels

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often ...

Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid supercritical extraction method, large silica aerogel monolith (10 cm x 11 cm x 1.5 cm) can be fabricated in about 10 h. Dyes incorporated into the precursor mixture result in yellow-, pink- and orange-tinged aerogels. Text, patterns, and images can be etched onto the surface (or surfaces) of the aerogel monolith without damaging the bulk structure. The laser engraver can be used to cut shapes from the aerogel and form colorful mosaics.

This protocol describes a method for etching text, patterns, and images onto the surface of silica aerogel monoliths in native and dyed form and assembling the aerogels into mosaic designs.

جماليا تعزيز السيليكا Aerogel عن طريق دمج الليزر النقش والأصباغ

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid ...

Engineering

تشريب وتطعيم المركبات الأمينية على ركائز السيليكا

A Synthetic Methodology for Preparing Impregnated and Grafted Amine-Based Silica Composites for Carbon Capture

Recently, there has been a significant effort towards reducing or mitigating CO2 emissions through the use of carbon capture materials for point source or direct air capture (DAC) methods. This work focuses on amine-functionalized CO2 adsorbents for DAC. These materials show promise for CO2 removal because they have low regeneration energy consumption and high adsorption capacity. The incorporation of amine species into a porous substrate combines the advantages of the amine species&#39; affinity to CO2 with the large pore volumes and surface areas of the porous substrate. There are three methods commonly used to prepare amine-based CO2 sorbents, depending on the selection of the amine species, material support, and preparation method. These methods are impregnation, grafting, or chemical synthesis. Silica is a prevalent choice of substrate material because of its adjustable pore size, moisture tolerance, temperature stability, and ability to adsorb CO2 in low concentrations for DAC applications. Typical synthetic procedures and primary attributes of both impregnated and grafted amine-silica composites are described herein.

تسليط الضوء على المؤلف: توحيد تطوير مركبات السيليكا القائمة على الأمين كمواد ماصة CO2 لالتقاط الهواء المباشر 

This work aims to facilitate the development of standardized techniques for impregnating or grafting aminated compounds onto silica substrates, which are often broadly described in the literature. Specific amounts of solvent, substrate, amines, and the values of other important experimental parameters will be discussed in detail.

منهجية اصطناعية لتحضير مركبات السيليكا القائمة على الأمين المشربة والمطعمة لالتقاط الكربون

Recently, there has been a significant effort towards reducing or mitigating CO2 emissions through the use of carbon capture materials for point source or ...

التغليف السيتوكروم

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video