Name: microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers at JoVE.com

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).

Vorsicht: konsultieren Sie bitte alle relevanten Sicherheitsdatenblätter vor Gebrauch. Einige der bei der Vorbereitung des Formteils verwendeten Chemikalien sind akut toxisch. Bitte verwenden Sie persönlichen Schutzausrüstung (Schutzbrille, Handschuhe, Kittel, voller Länge Hosen und geschlossene Schuhe).
 1. mikrofluidischen Spinning von RSF wässriger Lösung <ol><li>Vorbereitung der RSF wässrigen Spinnen Schmiere 4 , 15 , 16 <ol><li>Degumming der Seidenraupe Kokon <ol><li>Degum Bombyx Mori zweimal in Na 2 CO 3 wässrigen Lösungen (0,5 Gew.-% in Wasser Kokons) bei 100 ° C für 30 min und dann waschen Sie die Seide mit entionisiertem Wasser zu entfernen, die Sericin.</li>
		</ol></li> <li>Auflösend degummed Seidenraupe Cocoon <ol><li>degummed Kokon Seide in Luft trocknen; dann auflösen der degummed Kokon Seide in 9,0 M LiBr wässriger Lösung mit einem Verhältnis von 01:10 (w/V) bei 40 ° C für 2 h. Beispielsweise fügen Sie 10 mL LiBr pro 1 Gramm Seide ( Abbildung 1a).</li>
		</ol></li> <li>Centrifuging und Filterung <ol><li>die RSF-Lösung das 1,5-fache von entionisiertem Wasser verdünnen. Zentrifuge und Filter, um Verunreinigungen zu entfernen. Zentrifuge die RSF-Lösung in 250 mL Flaschen bei 4 ° C für 10 min bei 1,234.8 x g. filtern die RSF-Lösung mit einer 20 µm-Filter und einer Vakuumpumpe. Doppelte Filterpapier Bett empfiehlt sich angesichts des Experimente Effekts.</li>
		</ol></li> <li>Dialyzing <ol><li>Dialyse die RSF-Lösung in entionisiertem Wasser bei 5 ° C für 3 Tage mit einer halbdurchlässigen Membran Zellulose (MWCO: 14.000 ± 2.000). Das Gesamtvolumen der RSF Lösung beträgt etwa 1 L, in 4 Dialysebeutel geladen. Legen Sie diese Dialysebeutel in den Eimer, die gefüllt ist mit 10 L Umkehrosmose (RO) deionisiertes Wasser. 
			Hinweis: Der pH-Wert des deionisiertes Wasser sollte höher als 6 Gelierung während der Konzentrationsprozess zu vermeiden. Der pH-Wert des deionisiertes Wasser erforderte keine Anpassung für dieses Protokoll.</li>
		</ol></li> <li>Konzentration <ol><li>kondensieren die RSF wässrige Lösung bis 20 Gew.-% durch erzwungene Luftzirkulation bei 5 ° C. hinzufügen 3 M CaCl 2 wässrigen Lösung in die RSF-Lösung bis 1,0 Mmol/g Ca 2 + Endkonzentration; dann konzentrieren durch Umluft Fluss, 38-47 WT%.</li>
			<li>Wiegen RSF Lösung einen Tropfen auf einen Objektträger und trocknen Sie es dann für 2 h im Ofen bei 105 ° c 
			Hinweis: Die Gewichtsprozent der verbleibenden festen im Vergleich zu dem Gewicht des Tropfens vor Trocknung die Gesamtkonzentration an Protein und CaCl 2 ist. Die RSF-Konzentration wird nach Abzug der Masse des CaCl 2 abgeleitet. Mindestens vier wiederholte Messungen durchgeführt wurden. Unsere früheren Studien zeigten, dass die Konzentration von Ca 2 + stark die rheologischen Eigenschaften und die Spinnbarkeit der RSF wässrigen Lösungen betroffen. Unterdessen aufgefordert die Zugabe von Ca 2 + die begrenzte Bildung von β-Blatt und die Aggregation von RSF 17. In einer einheimischen Spinnen Schmiere gilt CaCl 2 eine wichtige Rolle bei der Lagerung von Schmiere zur Vermeidung von Gelierung vor dem Spinnen spinnen. 18</li></ol></li></ol></li> <li>Vorbereitung der Mikrofluidik-Chip 8 , 19 <ol><li>Vorbereitung Fotomaske <ol><li>Design den Mikro-Kanal in einem CAD-Programm. Drucken Sie die CAD-Datei um eine hochauflösende Transparenz 19 produzieren.</li>
		</ol></li> <li>Vorbereitung der Formwerkzeugs <ol><li>Reinigung der Glas-Folie <ol><li>In einer chemischen Kapuze, kochen die Objektträger in der gemischten Lösung von konzentrierter Schwefelsäure und 30 Vol % Wasserstoffperoxid-Lösung (10:1) für 20 min auf einer heißen Platte. 
				Achtung: Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid Dämpfe sind extrem giftig.</li>
			</ol></li> <li>Waschen die Objektträger <ol><li>der Objektträger mit entionisiertem Wasser waschen und Fönen mit hochreinen Stickstoff.</li>
			</ol></li> <li>Schichtsfilm <ol><li>SU-8 Photoresist auf Glasobjektträger durch einen speziell angefertigten Streichvorrichtung mit einem Abstand von 100 µm zwischen der unteren Oberfläche der Beschichtung Bar und der oberen Oberfläche des Glases beschichten.</li>
			</ol></li> <li>Spin-Beschichtung <ol><li>verbreiten den Fotolack auf den Objektträger zu bilden einen einheitlichen Film mit einem Spin Coater auf 40,3 x g für 30 s. Die Dicke des einheitlichen Films beträgt etwa 85 µm.</li>
			</ol></li> <li>Erstarrung <ol><li>Photolack in einem Ofen mit einer Temperatur Steuerung Programm zu festigen. Erhöhen Sie die Temperatur von Raumtemperatur bis 65 ° C bei 2 ° C/min und halten bei 65 ° C für 2 min. weiter Hitze von 65 ° C bis 95° C und halten bei 95 ° C für 15 min. Drehen aus dem Ofen nehmen und abkühlen, natürlich um Zimmer Temperatur im Ofen.</li>
			</ol></li> <li>UV Licht Exposition <ol><li>setzen die Seite des Glases mit den Fotolack mit UV-Licht für 12 schieben s mit der Transparenz als einer Fotomaske durch Photolithographie 19. 
				Hinweis: Die Wellenzahl von UV-Licht ist 365 nm und die Exposition Energie ist 273.6 mJ/cm 2. 
				: Vorsicht richtige Sicherheitsmaßnahme beim Arbeiten mit UV-Licht und Ofen.</li>
			</ol></li> <li>Den Fotolack zu festigen, wie unter Schritt 1.2.2.5.</li>
			<li>Entwicklung <ol><li>reinigen den Fotolack Ultraschall in Entwicklerlösung für 30 S. Waschen der Objektträger mit Isopropanol und Entwickler, abwechselnd zwischen den beiden, bis es kein Niederschlag auf den Objektträger ist.</li>
			</ol></li> <li>Den Fotolack in einem Ofen mit einer Temperatur Steuerung Programm zu festigen. Erhöhen Sie die Temperatur von Raumtemperatur bis 170 ° C bei 2 ° C/min und bei 170 ° C für 30 min. Drehen aus dem Ofen nehmen und abkühlen halten Sie natürlich auf Raumtemperatur in den Ofen.</li>
		</ol></li> <li>Weichen Lithographie <ol><li>Schimmel und Heilung für 30 min bei 65 ° C 8,8 g flüssigen Polydimethylsiloxan (PDMS) Pre-Polymer übergießen und 15 min bei 80 ° c flüssig PDMS Pre-Polymer besteht aus PDMS und Härtemittel (in der Regel bei 10:1 (w/w)).</li>
		</ol></li> <li>Lochen <ol><li>Punch ein Loch durch das PDMS-Replikat am Anfang des Kanals durch Bohren. Der Durchmesser des Bohrers beträgt 1,2 mm.</li>
		</ol></li> <li>Abdichtung <ol><li>versiegeln die PDMS-Replik mit dem Kanal zu einem flachen PDMS-Layer ohne Muster durch eine Plasmabehandlung Sauerstoff auf den Oberflächen der beiden Schichten PDMS. 
			Hinweis: Der Gesamtprozess der Erstellung des Chips dauert etwa 72 h.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>Herstellung von RSF Faser <ol><li>Injektion von Spinnen Schmiere <ol><li>injizieren der RSF Spinnen Schmiere in der Mikrokanal mit 2 µL/min durch eine Spritzenpumpe.</li>
		</ol></li> <li>Umwelt-Verordnung <ol><li>passen Sie die Relative Luftfeuchtigkeit 40 ± 5 % RH oder 50 ± 5 RH % Einsatz eines Befeuchters. Bei 40 ± 5 RH %, als-gesponnene Faser verfestigt schneller als 50 ± 5 % RH.</li>
		</ol></li> <li>Produktion von RSF Faser <ol><li>berühren die RSF-Drop von einer Nadelspitze am Ausgang des Kanals mikrofluidischen, RSF-Faser in Luft zu zeichnen und dann Rollen Sie es auf eine Walze durch eine 10 cm Luftspalt mit einer Geschwindigkeit von 3 cm/s ( Abbildung 1 b ).</li>
		</ol></li> <li>Speichern die RSF-Fasern in einem versiegelten Exsikkator für 24 h.</li>
		<li>Faser Nachbehandlung <ol><li>zeichnen die als gesponnen Fasern 4 Mal bei 0,9 mm s -1 in 80 Vol % ethanol-Lösung durch eine maßgeschneiderte Maschine, und halten Sie die gezeichneten Faser fixiert und tauchen die Fasern in die Lösung für 1 h. Wegen dieser Behandlung die Länge der Faser änderte sich von ursprünglich 15 mm bis 60 mm.</li>
		</ol></li> <li>Vorbereitung der Probe zur Charakterisierung <ol><li>Post-behandelten Fasern mit einer Länge von 10mm Spurweite auf einem Papier Rahmen zu beheben. Mindestens 20 Fasern sind notwendig für die Messung, namentlich im Zugversuch, SEM, FTIR und WAXS. Die Durchmesser der Post-gezogenen Fasern reichen von 5 bis 10 µm. Abbildung 1 zeigt die schematische Darstellung der Faserproduktion und WAXD Charakterisierung. Die mechanischen Eigenschaften der RSF Fasern wurden von einem materiellen Testsystem bei (25 ± 2) ° C und (45 ± 5) % relativer Luftfeuchte untersucht. Die Erweiterung bewerten und Länge zu messen, wurden jeweils 2 mm/min und 1 cm.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. Synchrotronstrahlung Charakterisierung der kristallinen Struktur des RSF Fiber <ol><li>Synchrotronstrahlung Charakterisierung 4 , 13 , 17 <ol><li>Anpassungder <ol><li>Strahlrohr anpassen bzw. die Wellenlänge der Röntgenstrahlen und Punktgröße zu 0,07746 nm und 3 x 2 µm 2. 
			Hinweis: Das Protokoll erfolgt über das BL15U1-Strahlrohr in der Shanghai Synchrotron Radiation Facility.</li>
		</ol></li> <li>Lage des Röntgen-Spot <ol><li>Suchen Sie den Speicherort des x-ray Spots. 
			Hinweis: Die Position des Röntgen-Spots wird eingestellt, indem die Labortechniker in der Synchrotron Radiation Facility.</li>
		</ol></li> <li>Prüfung der Standardprobe: Ceriumdioxid (CeO 2) <ol><li>Standardprobe CeO 2 Pulver zu testen. Der CeO 2 Pulver zeichnete sich um die Mitte des Kreises und die Entfernung von der Probe zum Detektor zu berechnen.</li>
		</ol></li> <li>Probenaufbereitung <ol><li>fixieren die RSF-Filamente parallel zu einander auf dem Papier-Rahmen mit einer Länge von 10 mm Spurweite. Die Testphase der Papier-Rahmen aufkleben. 
			Hinweis: Halten Sie die Faser horizontal.</li>
		</ol></li> <li>SR-WAXD Tests <ol><li>Öffnen Sie den Verschluss <ol><li>Schließen Sie die Tür der Station Strahlrohr, nachdem Sie sichergestellt haben, dass es keine Personen im Raum. Öffnen Sie den Auslöser von x-ray Strahlquelle.</li>
			</ol></li> <li>Focusing <ol><li>bewegen die Faser leicht bis im Fokus. Ändern Sie die Position der Faser entlang der X, y, Z-Richtung aus der Ferne über eine Software ( Abbildung 1 c).</li>
			</ol></li> <li>Probe Exposition <ol><li>die Faser hoch und runter bewegen aus der Ferne über eine Software, bis es auf x-ray vor Ort. Drücken Sie die Schaltfläche "Start" auf die Software, die Fiber-to-x-ray Strahlrohr für 20 verfügbar zu machen ( Abbildung 1 c) s.</li>
			</ol></li> <li>Hintergrund Beugung <ol><li>die Beugung des Luft-Hintergrund mit der Belichtungszeit von 20 S. bewegen die Faser von der Röntgen-Markierung aus der Ferne über eine Software zu testen. Drücken Sie die &#34; Start &#34;-Taste auf die Software, um das x-ray Strahlrohr zu entlarven &#34; Luft Medium &#34; für 20 s.</li>
			</ol></li></ol></li></ol></li> <li>SR-WAXD Datenverarbeitung 13 <ol><li>Software Kalibrierung <ol><li>WAXD Daten mit FIT2D (V12.077). Kalibrieren Sie die Mitte des Kreises und der Abstand der Probe zum Detektor anhand der Beugung Daten des CeO 2 Pulvers.</li>
		</ol></li> <li>2-D Beugungsmuster <ol><li>subtrahieren Luft Hintergrund aus der Faser Beugungsmuster mit FIT2D (V12.077).</li>
		</ol></li> <li>Kristallinität und Kristallit Größe <ol><li>die Beugung Intensität als Funktion der Streuung Winkel 2θ zu integrieren. Durchführen Sie Entfaltung der Intensität Integration durch automatisierte Peak Trennung Software (Version 4.12) 12. Der Grad der Kristallinität, x c, wurde aus der Beziehung geschätzt: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/56271/56271eq1.jpg" /> , wo ich c ist die Summe der integrierten Intensitäten der kristallinen Gipfel und ich eine ist die integrierte Intensität der amorphe Halo 4 , 11. Die Integration der WAXD Muster zeigte die breite Spitze [200], [020], [002] Reflexionen. Die FWHM dieser Gipfel wurden verwendet, um die Kristallit-Größe entlang zu bestimmen die a, b und C-Achsen mit Scherrer &#39; s Formel 4.</li>
		</ol></li> <li>Bestimmung der Kristallit Orientierungen <ol><li>berechnen die Ausrichtungen der Kristallit und amorphe nach azimutaler Integrationen (020) und (210) Gipfeln 11. Die kristalline Ausrichtung kann quantitativ berechnet werden, nach Herman &#39; s Ausrichtung. Hier, beide (020) und (210) Gipfel wurden mit zwei Gaußschen Funktionen ausgestattet. Der schmalere ist für kristalline Orientierung und breitere derjenige ist für orientierte amorphen Material 13. Hier wurden der Kristallit-Ausrichtung der RSF Fasern verglichen, über die volle Breite am halben Maximum (FWHM) von azimutalen Integrationen (002) Gipfeln.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Asakura, T., 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=Some+observations+on+the+structure+and+function+of+the+spinning+apparatus+in+the+silkworm+Bombyx+mori.">Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori.</a> Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).</li><li>Vollrath, F., Knight, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystalline+spinning+of+spider+silk.">Liquid crystalline spinning of spider silk.</a> Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).</li><li>Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silk+Fibers+Extruded+Artificially+from+Aqueous+Solutions+of+Regenerated+Bombyx+mori+Silk+Fibroin+are+Tougher+than+their+Natural+Counterparts.">Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts.</a> Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).</li><li>Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure-property+relationships+of+artificial+silk+fabricated+by+dry-spinning+process.">The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process.</a> J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).</li><li>Martel, A., 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=Silk+Fiber+Assembly+Studied+by+Synchrotron+Radiation+SAXS/WAXS+and+Raman+Spectroscopy.">Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy.</a> J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).</li><li>Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+mechanism+of+recombinant+spider+silk+proteins.">Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins.</a> P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).</li><li>Kinahan, M. E., 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=Tunable+silk:+using+microfluidics+to+fabricate+silk+fibers+with+controllable+properties.">Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties.</a> Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).</li><li>Luo, J., 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=Tough+silk+fibers+prepared+in+air+using+a+biomimetic+microfluidic+chip.">Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip.</a> Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).</li><li>Peng, Q. F., 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=Recombinant+spider+silk+from+aqueous+solutions+via+a+bio-inspired+microfluidic+chip.">Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip.</a> Sci Rep. 6, (2016).</li><li>Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+humidity+on+the+structures+and+properties+of+regenerated+silk+fibers.">Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers.</a> Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).</li><li>Sampath, 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=X-ray+diffraction+study+of+nanocrystalline+and+amorphous+structure+within+major+and+minor+ampullate+dragline+spider+silks.">X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks.</a> Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).</li><li>Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Behavior+of+Bombyx+mori+silk:+Evolution+of+crystalline+parameters,+molecular+structure,+and+mechanical+properties.">Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties.</a> Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).</li><li>Pan, H., 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=Nanoconfined+crystallites+toughen+artificial+silk.">Nanoconfined crystallites toughen artificial silk.</a> J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).</li><li>Zhang, C., 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=Microstructural+evolution+of+regenerated+silk+fibroin/graphene+oxide+hybrid+fibers+under+tensile+deformation.">Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation.</a> Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).</li><li>Wei, W., 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=Bio-inspired+capillary+dry+spinning+of+regenerated+silk+fibroin+aqueous+solution.">Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).</li><li>Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+process+for+dry+spinning+of+regenerated+silk+fibroin+aqueous+solution.">A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).</li><li>Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+Ca2++on+structures+and+properties+of+regenerated+silk+fibroin+aqueous+solutions+and+fibres.">Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres.</a> Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).</li><li>Koh, L. D., 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=Structures,+mechanical+properties+and+applications+of+silk+fibroin+materials.">Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials.</a> Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).</li><li>McDonald, J. C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(dimethylsiloxane)+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+devices.">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices.</a> Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).</li><li>Knight, D. P., Vollrath, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystals+and+flow+elongation+in+a+spider's+silk+production+line.">Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line.</a> P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>&lt;em&gt;B. mori&lt;/em&gt; Cocoons</td><td>Farmer in Tongxiang, Zhejiang Province, China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sodium carbonate, anhydrous, 99.8%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>Lithium bromide, 99.1%</td><td>Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>Calcium chloride, anhydrous, 96.0%</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>Ethanol, anhydrous, 99.7%</td><td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China</td><td>10009218</td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>SU-8 photoresist</td><td>MicroChem Corp., USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Developing solution</td><td>MicroChem Corp., USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sylgard 184</td><td>Dow Corning, USA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>Concentrated sulfuric acid</td><td>Pinghu Chemical Reagent Factory, China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>30 vol% hydrogen peroxide</td><td>Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China</td><td></td><td>Analytically Pure</td></tr><tr><td>Oxygen plasma treatment</td><td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Syringe pump</td><td>&amp;nbsp;KD Scientific, USA</td><td></td><td>KDS 200P</td></tr><tr><td>Humidifier</td><td>SEN electric</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Driller</td><td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China</td><td></td><td>bench drilling machine Z406c</td></tr><tr><td>Material testing system</td><td>Instron, USA</td><td></td><td>Model: 5565</td></tr><tr><td>PeakFit</td><td>Systat Software, Inc., USA</td><td></td><td>Version 4.12</td></tr></tbody></table>

microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers

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.

Hohe Festigkeit RSF Fasern wurden erfolgreich mithilfe der mikrofluidischen spinning Methode hergestellt. Die Spannungs-Dehnungs-Kurven und SEM Bilder der gestreckten RSF Fasern C44R40 sind in Abbildung 2dargestellt. Mindestens 10 Fasern wurden im Zugversuch gemessen. Spannungs-Dehnungs-Kurven wurden entsprechend dem durchschnittlichen Wert der Bruch Belastung und Beanspruchung der Fasern gewählt. Die WAXD Daten der Fasern sind in Abbild...

Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers at JoVE.com

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Mikrofluidische trocken-Spinnen und Charakterisierung von regenerierten Seide Fibroin Fasern

Ein Protokoll für die mikrofluidischen Spinning und Charakterisierung der Mikrostruktur regenerierten Seide Fibroin Monofilament wird vorgestellt.

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

microfluidic-dry-spinning-characterization-regenerated-silk-fibroin

Research

JoVE Journal

Chemistry

9.7K Aufrufe.  Donghua University. Ein Protokoll für die mikrofluidischen Spinning und Charakterisierung der Mikrostruktur regenerierten Seide Fibroin Monofilament wird vorgestellt.

Serie: Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment 1,2 . These materials are desirable because they possess highly controllable dimensional and material characteristics, are biocompatible and promote cell adhesion, can be modified through topographic patterning or by chemically altering the surface, and can be used as a depot for biologically active molecules for drug delivery related applications 3-8 . In addition, silk films are relatively straightforward to custom design, can be designed to dissolve within minutes or degrade over years in vitro or in vivo, and are produce with the added benefit of being transparent in nature and therefore highly suitable for imaging applications 9-13. The culture system methodology presented here represents a scalable approach for rapid assessments of cell-silk film surface interactions. Of particular interest is the use of surface patterned silk films to study differences in cell proliferation and responses of cells for alignment 12,14 . The seeded cultures were cultured on both micro-patterned and flat silk film substrates, and then assessed through time-lapse phase-contrast imaging, scanning electron microscopy, and biochemical assessment of metabolic activity and nucleic acid content. In summary, the silk film in vitro culture system offers a customizable experimental setup suitable to the study of cell-surface interactions on a biomaterial substrate, which can then be optimized and then translated to in vivo models. Observations using the culture system presented here are currently being used to aid in applications ranging from basic cell interactions to medical device design, and thus are relevant to a broad range of biomedical fields.

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk films are a novel class of biomaterials readily customizable for an array of biomedical applications. The presented silk film culture system is highly adaptable to a variety of in vitro analyses. This system represents a biomaterial design platform offering in vitro optimization before direct translation to in vivo models.

Silk Film Culture-System für In-vitro- Analyse und Design-Biomaterial

Silk films are promising protein-based biomaterials that can be fabricated with high fidelity and economically within a research laboratory environment ...

Forschung

Biotechnik

Synthetic Spider Silk Production on a Laboratory Scale

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation biomaterials with high performance properties. The development of these new structural materials must be rapid, cost-efficient and involve processing methodologies and products that are environmentally friendly and sustainable. Spiders spin a multitude of different fiber types with diverse mechanical properties, offering a rich source of next generation engineering materials for biomimicry that rival the best manmade and natural materials. Since the collection of large quantities of natural spider silk is impractical, synthetic silk production has the ability to provide scientists with access to an unlimited supply of threads. Therefore, if the spinning process can be streamlined and perfected, artificial spider fibers have the potential use for a broad range of applications ranging from body armor, surgical sutures, ropes and cables, tires, strings for musical instruments, and composites for aviation and aerospace technology. In order to advance the synthetic silk production process and to yield fibers that display low variance in their material properties from spin to spin, we developed a wet-spinning protocol that integrates expression of recombinant spider silk proteins in bacteria, purification and concentration of the proteins, followed by fiber extrusion and a mechanical post-spin treatment. This is the first visual representation that reveals a step-by-step process to spin and analyze artificial silk fibers on a laboratory scale. It also provides details to minimize the introduction of variability among fibers spun from the same spinning dope. Collectively, these methods will propel the process of artificial silk production, leading to higher quality fibers that surpass natural spider silks.

Despite the outstanding mechanical and biochemical properties of spider silks, this material cannot be harvested in large quantities by conventional means. Here we describe an efficient strategy to spin artificial spider silk fibers, which is an important process for investigators studying spider silk production and their use as next-generation biomaterials.

Synthetische Spinnenseide Produktion im Labormaßstab

As society progresses and resources become scarcer, it is becoming increasingly important to cultivate new technologies that engineer next generation ...

Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly repetitive protein has a molecular weight of 48kDa and is soluble in different solvents (hexafluoroisopropanol (HFIP), formic acid and aqueous buffers). eADF4(C16) provides a high potential for various technical applications when processed into morphologies such as films, capsules, particles, hydrogels, coatings, fibers and nonwoven meshes. Due to their chemical stability and controlled morphology, the latter can be used to improve filter materials. In this protocol, we present a procedure to enhance the efficiency of different air filter devices, by deposition of nonwoven meshes of electrospun recombinant spider silk proteins. Electrospinning of eADF4(C16) dissolved in HFIP results in smooth fibers. Variation of the protein concentration (5-25% w/v) results in different fiber diameters (80-1,100 nm) and thus pore sizes of the nonwoven mesh.
Post-treatment of eADF4(C16) electrospun from HFIP is necessary since the protein displays a predominantly &alpha;-helical secondary structure in freshly spun fibers, and therefore the fibers are water soluble. Subsequent treatment with ethanol vapor induces formation of water resistant, stable &beta;-sheet structures, preserving the morphology of the silk fibers and meshes. Secondary structure analysis was performed using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and subsequent Fourier self-deconvolution (FSD).
The primary goal was to improve the filter efficiency of existing filter substrates by adding silk nonwoven layers on top. To evaluate the influence of electrospinning duration and thus nonwoven layer thickness on the filter efficiency, we performed air permeability tests in combination with particle deposition measurements. The experiments were carried out according to standard protocols.

Spider silk fibers display extraordinary mechanical properties. Engineered Araneus diadematus Fibroin 4 (eADF4) can be processed into nonwoven meshes using electrospinning. Here, the eADF4 nonwoven meshes are used to improve the performance of air filtering devices.

Luftfilter Devices Inklusive Vlies Meshes of Elektrogesponnene Rekombinante Spinnenseidenproteine

Based on the natural sequence of Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), the recombinant spider silk protein eADF4(C16) has been engineered. This highly ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, nanomedicine, tissue regeneration, and drug delivery. Designing materials based on the molecular-scale interactions between these proteins will help generate new multifunctional protein alloy biomaterials with tunable properties. Such alloy material systems also provide advantages in comparison to traditional synthetic polymers due to the materials biodegradability, biocompatibility, and tenability in the body. This article used the protein blends of wild tussah silk (Antheraea pernyi) and domestic mulberry silk (Bombyx mori) as an example to provide useful protocols regarding these topics, including how to predict protein-protein interactions by computational methods, how to produce protein alloy solutions, how to verify alloy systems by thermal analysis, and how to fabricate variable alloy materials including optical materials with diffraction gratings, electric materials with circuits coatings, and pharmaceutical materials for drug release and delivery. These methods can provide important information for designing the next generation multifunctional biomaterials based on different protein alloys.

Blending is an efficient approach to generate biomaterials with a broad range of properties and combined features. By predicting the molecular interactions between different natural silk proteins, new silk-silk protein alloy platforms with tunable mechanical resiliency, electrical response, optical transparency, chemical processability, biodegradability, or thermal stability can be designed.

Gestaltung Silk-Seidenprotein-Legierungen für biomedizinische Anwendungen

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Reactive Inkjet Printing and Propulsion Analysis of Silk-based Self-propelled Micro-stirrers

In this study, a protocol for using reactive inkjet printing to fabricate enzymatically propelled silk swimmers with well-defined shapes is reported. The resulting devices are an example of self-propelled objects capable of generating motion without external actuation and have potential applications in medicine and environmental sciences for a variety of purposes ranging from micro-stirring, targeted therapeutic delivery, to water remediation (e.g., cleaning oil spills). This method employs reactive inkjet printing to generate well-defined small-scale solid silk structures by converting water soluble regenerated silk fibroin (silk I) to insoluble silk fibroin (silk II). These structures are also selectively doped in specific regions with the enzyme catalase in order to produce motion via bubble generation and detachment. The number of layers printed determines the three-dimensional (3D) structure of the device, and so here the effect of this parameter on the propulsive trajectories is reported. The results demonstrate the ability to tune the motion by varying the dimensions of the printed structures.

This protocol demonstrates the ability to utilize reactive inkjet printing to print self-motile biocompatible and environmentally friendly micro-stirrers for use in biomedical and environmental applications.

Reaktive Inkjet-Druck-und Antriebsanalyse von seidenbasierten, selbstfahrenden Mikro-Rührern

In this study, a protocol for using reactive inkjet printing to fabricate enzymatically propelled silk swimmers with well-defined shapes is reported. The ...

Chemie

Material Formation of Recombinant Spider Silks through Aqueous Solvation using Heat and Pressure

Many spiders produce seven types of silks. Six of the silks are fiber in form when produced by the spiders. These fibers are not water soluble. In order to reproduce the remarkable mechanical properties of spider silks, they must be produced in heterologous hosts as spiders are both territorial and cannibalistic. The synthetic analogs of spider silk also tend to be insoluble in aqueous solutions. Thus, a large percentage of research in recombinant spider silks rely upon organic solvents that are detrimental to large scale production of materials. Our group&#8217;s method forces the solvation of these recombinant spider silks into water. Remarkably, when these proteins are prepared using this method of heat and pressure, a wide range of material forms can be prepared from the same solution of recombinant spider silk proteins (rSSp) including: films, fibers, sponge, hydrogel, lyogel, and adhesives. This article demonstrates the production of the solvated rSSp and material forms in a manner that is more easily understood than from written materials and methods alone.

Here, we present a protocol to produce water soluble recombinant spider silk protein solutions and the material forms that can be formed from those solutions.

Materialbildung von Rekombinanten Spider-Seiden durch wässrige Lösung mit Wärme und Druck

Many spiders produce seven types of silks. Six of the silks are fiber in form when produced by the spiders. These fibers are not water soluble. In order ...

Procedure for Fabricating Biofunctional Nanofibers

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups may be utilized to study material-biomarker interactions i.e. act as biosensors with potential as single molecule detectors. We have developed an effective approach for preparing functional polymers where the functionality has the capacity of specifically binding with a model protein. In our model system, the functional group is 2,4-dinitrophenyl (DNP) and the protein is anti-DNP IgE (Immunoglobulin E). The functional polymer, &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenyl caproic][poly(ethylene oxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP), is prepared by anionic living polymerization. The difunctional initiator utilized in the polymerization was prepared by electron transfer reaction of &alpha;-methylstyrene and potassium (mirror) metal. The 2-methoxystyrene monomer was added first to the initiator, followed by the addition of the second monomer, ethylene oxide, and finally the living polymer was terminated by methanol. The &alpha;,&omega;-dihydroxyl polymer [HO-PEO-P2MS-PEO-OH] was reacted with N-2,4-DNP-&isin;-amino caproic acid, by DCC coupling, resulting in the formation of &alpha;,&omega;-bi[2,4-dinitrophenylcaproic][poly(ethyleneoxide)-b-poly(2-methoxystyrene)-b-poly(ethylene oxide)] (CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP). The polymers were characterized by FT-IR, 1H NMR and Gel Permeation Chromatography (GPC). The molecular weight distributions of the polymers were narrow (1.1-1.2) and polymers with molecular weights greater than 50,000 was used in this study. The polymers were yellow powders and soluble in tetrahydrofuran. A water soluble CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP/ DMEG (dimethoxyethylene glycol) complex binds and achieves steady state binding with solution IgE within a few seconds. Higher molecular weight (water insoluble i.e. around 50,000) CDNP-PEO-P2MS-PEO-CDNP polymers, containing 1% single wall carbon nanotubes (SWCNT) were processed into electroactive nanofibers (100 nm to 500 nm in diameter) on silicon substrate. Fluorescence spectroscopy shows that anti-DNP IgE interacts with the nanofibers by binding with the DNP functional groups decorating the fibers. These observations suggest that appropriately functionalized nanofibers hold promise for developing biomarker detection device.

An efficient approach for preparing nanofibers decorated with functional groups capable of specifically interacting with proteins is described. The approach first requires the preparation of a polymer functionalized with the appropriate functional group. The functional polymer is fabricated into nanofibers by electrospinning. The effectiveness of the binding of the nanofibers with a protein is studied by confocal microscopy.

Verfahren zur Herstellung Biofunktionelle Nanofasern

Electrospinning is an effective processing method for preparing nanofibers decorated with functional groups. Nanofibers decorated with functional groups ...

Biologie

In Vivo Targeted Expression of Optogenetic Proteins Using Silk/AAV Films

The quest to understand how neural circuits process information in order to drive behavioral output has been greatly aided by recently-developed optical methods for manipulating and monitoring the activity of neurons in vivo. These types of experiments rely on two main components: 1) implantable devices that provide optical access to the brain, and 2) light-sensitive proteins that change neuronal excitability or provide a readout of neuronal activity. There are a number of ways to express light-sensitive proteins, but stereotaxic injection of viral vectors is currently the most flexible approach because expression can be controlled with genetic, anatomical, and temporal precision. Despite the great utility of viral vectors, delivering the virus to the site of optical implants poses numerous challenges. Stereotaxic virus injections are demanding surgeries that increase surgical time, increase the cost of studies, and pose a risk to the animal's health. The surrounding tissue can be physically damaged by the injection syringe, and by immunogenic inflammation caused by the abrupt delivery of a bolus of high-titer virus. Aligning injections with optical implants is especially difficult when targeting small regions deep in the brain. To overcome these challenges, we describe a method for coating multiple types of optical implants with films composed of silk fibroin and Adeno-associated viral (AAV) vectors. Fibroin, a polymer derived from the cocoon of Bombyx mori, can encapsulate and protect biomolecules and can be processed into forms ranging from soluble films to ceramics. When implanted into the brain, silk/AAV coatings release virus at the interface between optical elements and the surrounding brain, driving expression precisely where it is needed. This method is easily implemented and promises to greatly facilitate in vivo studies of neural circuit function.

In Vivo Targeted Expression of Optogenetic Proteins Using Silk/AAV Films

Here, we present a method for delivering viral expression vectors into the brain using silk fibroin films. This method allows targeted delivery of expression vectors using silk/AAV coated optical fibers, tapered optical fibers, and cranial windows.

In Vivo Gezielte Expression von optogenetische Proteinen mit Seide/AAV Filme

The quest to understand how neural circuits process information in order to drive behavioral output has been greatly aided by recently-developed optical ...

Neurowissenschaften

<meta charset="utf8"></head><body>Bildung und Befestigung von FN-Seidenmembranen an Inserts von Zellkulturen

Nanofibrillar Basement Membrane Mimic Made of Recombinant Functionalized Spider Silk in Custom-Made Tissue Culture Inserts

Replicating tissue barriers&#160;is critical for generating relevant in vitro models for evaluating novel therapeutics. Today, this is commonly done using tissue culture inserts with a plastic membrane, which generates an apical and a basal side. Besides providing support for the cells, these membranes come far from emulating their native counterpart, the basement membrane, which is a nanofibrillar, protein-based matrix. In this work, we show a simple way to considerably improve the biological relevance of the tissue culture inserts by replacing the plastic membrane with one made from a pure recombinant functionalized spider silk protein. The silk membrane forms through self-assembly and will spontaneously adhere to a membrane-free tissue culture insert, where it can provide support for cells. Custom-designed tissue culture inserts can be printed using a standard 3D printer, following the instructions provided in the protocol, or commercial ones can be purchased and used instead. This protocol shows how the culture system with silk membranes in inserts is set up and, subsequently, how the same cell culturing techniques that are used with traditional, commercially available inserts can be implemented.

<meta charset="utf8"></head><body>Autor im Rampenlicht: Verbesserung von In vitro Zellkulturmodellen mit rekombinanten funktionalisierten Spinnenseidenmembranen

Tissue culture inserts with plastic membranes are the golden standard in cell culture labs as permeable supports to establish cell layers and models of barrier tissues. Herein, we present a simple method to replace the plastic membrane with a more biologically relevant membrane made from a recombinant functionalized spider silk protein.

Nanofibrilläre Basalmembran-Imitation aus rekombinant funktionalisierter Spinnenseide in maßgefertigten Gewebekultureinsätzen

Replicating tissue barriers&#160;is critical for generating relevant in vitro models for evaluating novel therapeutics. Today, this is commonly done using ...

Mikrofluidische trocken-Spinnen und Charakterisierung von regenerierten Seide Fibroin Fasern

Zusammenfassung

Weitere Videos entdecken

Kapitel in diesem Video

Silk Film Culture-System für In-vitro- Analyse und Design-Biomaterial

Synthetische Spinnenseide Produktion im Labormaßstab

Luftfilter Devices Inklusive Vlies Meshes of Elektrogesponnene Rekombinante Spinnenseidenproteine

Gestaltung Silk-Seidenprotein-Legierungen für biomedizinische Anwendungen

Reaktive Inkjet-Druck-und Antriebsanalyse von seidenbasierten, selbstfahrenden Mikro-Rührern

Materialbildung von Rekombinanten Spider-Seiden durch wässrige Lösung mit Wärme und Druck

Verfahren zur Herstellung Biofunktionelle Nanofasern

In Vivo Gezielte Expression von optogenetische Proteinen mit Seide/AAV Filme

Nanofibrilläre Basalmembran-Imitation aus rekombinant funktionalisierter Spinnenseide in maßgefertigten Gewebekultureinsätzen

Nanofibrilläre Basalmembran-Imitation aus rekombinant funktionalisierter Spinnenseide in maßgefertigten Gewebekultureinsätzen