Name: synthesizing sodium tungstate and sodium molybdate microcapsules via bacterial mineral excretion
Uploaded: 2018-01-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion at JoVE.com

עבודה זו נתמכת על ידי משרד המדע, הטכנולוגיה, טייוואן, סין, מתחת מעניק מספר ביותר 105-2221-E-011-008, ואין גם על ידי מתקדם-Connectek inc., ROC, טאיוואן, תחת חוזה מספר 6749 מס הפניה למעורר RD והחוג הפניה למעורר מס 011 דרך בוגר המכון אלקטרו-אופטיים להנדסה, נבחרת טייוואן האוניברסיטה למדעים וטכנולוגיה.

התראה: השתמש כפפות גומי, מגן משקפיים, מעיל מעבדה לביצוע הניסוי. בכל פעם שאתה משתמש הקבינט אבטחה, תדליק את המאוורר ארון ולשמור את. דלת הארון עצומות למחצה.
1. הכנת חרוזי זכוכית
<ol><li>מקום 100 חרוזי זכוכית של 3 מ מ קוטר בקבוק 100-mL מעבדה ולאחר מכן מכסה אותה בחוזקה.</li>
	<li>אוטוקלב התכנים ב 120 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
	<li>. תשאיר את הבקבוק כדי להתקרר לטמפרטורת החדר, ואז למקם אותו אבטחה בארון</li>
</ol>2. הכנת מרק Lysogeny (ליברות)
<ol><li>להמיס 8 גרם אבקת מרק LB-לנוקס בבקבוק 500-mL מעבדה עם 400 מ ל מים.</li>
	<li>מערבבים את התוכן עם פס מגנטי PTFE מלהיב למשך 20 דקות ולאחר מכן מכסה אותה בחוזקה.</li>
	<li>אוטוקלב התכנים ב 120 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
	<li>להשאיר את פתרון להתקרר לטמפרטורת החדר ולמקם אותו אבטחה בארון.</li>
	<li>באמצעות פיפטה, aliquot המרק לתוך צינורות 15-mL צנטריפוגה שמונה באבטחה ארון (12.5 מ ל כל אחד).</li>
	<li>Aliquot מרק הנותרים לתוך שלושה בקבוקי מעבדה 100-מ באבטחה ארון (100 מ ל כל אחד). שווי הבקבוקים שלושה בחוזקה. תשמרו על אבטחה הקבינט.</li>
</ol>3. תרבות של אצות Shewanella
<ol><li>השתמש המתח cryopreserved deep-frozen.</li>
	<li>ב אבטחה הקבינט, לבחור 1 מ"ל של החומר קפואים קפואים ברכבת התחתית עם מרית פלדת ומקם אותה לתוך שפופרת צנטרפוגה מוכן בשלב 3.5.</li>
	<li>דגירה התרבויות במשך 24 שעות ביממה בחממה 37 ° C.</li>
</ol>4. הכנת צלחות פטרי LB-לנוקס (מרק עם אגר)
<ol><li>להמיס שתי טבליות של LB-לנוקס (מרק עם אגר) לתוך בקבוק 100-mL מעבדה עם 100 מ ל מים.</li>
	<li>מערבבים את התוכן עם פס מגנטי PTFE מלהיב במשך 20 דקות, ואז מכסה אותה בחוזקה.</li>
	<li>אוטוקלב התכנים ב 120 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
	<li>אבטחה הקבינט, aliquot ביד 100 מ של פתרון 4 פטרי, הבטחת כל אחד לקבל ~ 25 מ. להשאיר את הפתרון להתקרר לטמפרטורת החדר.</li>
</ol>5. הכנת Monoclonal חיידקים
<ol><li>ב אבטחה הקבינט, תווית הבקבוקים שלוש מוכן בשלב 2.6, #1, #2 ו #3, בהתאמה.</li>
	<li>פיפטה 0.1 מ"ל של ההשעיה חיידקי תוצאות בשלב 3.3 לתוך הבקבוק #1. שווי הבקבוק, לנדנד אותה בעבודת יד 1 דקות לקבל פתרון הומוגני.</li>
	<li>פיפטה 0.1 מ"ל של הנוזל חיידקי תוצאות בשלב 5.2 לתוך הבקבוק #2. שווי הבקבוק, לנדנד אותה בעבודת יד 1 דקות לקבל פתרון הומוגני.</li>
	<li>פיפטה 0.1 מ"ל של הנוזל חיידקי תוצאות בשלב 5.3 לתוך הבקבוק #3. שווי הבקבוק ולנער אותו באופן ידני עבור 1 דקות לקבל פתרון הומוגני.</li>
	<li>Pipette את הנוזל בבקבוק #3 4 פטרי מוכן בשלב 4.4, באמצעות אמצעי אחסון של 0.02 נקודות מ ל כל אחד.</li>
	<li>לשים את חרוזי זכוכית שהוכנו בשלב 1.3 4 פטרי בשימוש, 4 חרוזים בכל מנה.</li>
	<li>סגור את המכסים של צלחות פטרי, לנער אותם בעבודת יד 1 דקות.</li>
	<li>הפוך את צלחות פטרי, דגירה ב חממה 37 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות ביממה.</li>
</ol>6. כפל של חיידקים Monoclonal
<ol><li>תביא צינורות 7 מוכן בשלב 2.5.</li>
	<li>בחרי את החיידקים monoclonal הנובעת מן פטרי 4 מוכן בשלב 5.8 עם פלדת אל-חלד-מרית, ולשים אותם לתוך צינורות 7 בנפרד.</li>
	<li>השאירו את צינורות 7 חממה 37 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות ביממה.</li>
	<li>לבחור עם פיזור האור הגדול בשיטה visual ערכי צבע מוחלטים.</li>
</ol>7. הכנת מרק LB-לנוקס עם גלוקוזה ומלח
<ol><li>לשים 10 גר' מרק LB-לנוקס, 10 גרם של NaCl ו 10 גרם של גלוקוז לתוך בקבוק 500-mL מעבדה. מוסיפים מים עד האחסון מגיע 450 מ.</li>
	<li>מערבבים את התוכן עם פס מגנטי PTFE מלהיב כעשרים דקות.</li>
	<li>אוטוקלב התכנים ב 120 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
</ol>8. הכנת נתרן Tungstate
<ol><li>שים 16.5 גר' נתרן Na Tungstate2WO4.2H2O לתוך בקבוק 100-mL מעבדה עם מרית פלדת. מוסיפים מים עד האחסון מגיע 50 מ.</li>
	<li>מערבבים את התוכן עם פס מגנטי PTFE מלהיב כעשרים דקות.</li>
	<li>אוטוקלב התכנים ב 120 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.</li>
	<li>אבטחה הקבינט, מקבלים פילטרט של דרך מסנן ואקום פיברגלס עם נקבוביות 1 מיקרומטר.</li>
</ol>9. הכנת ליברות עם גלוקוז, מלח נתרן Tungstate
<ol><li>ב אבטחה הקבינט, שופכים את פילטרט של צבר בשלב 8.4 בעבודת יד בתוך תמיסת גלוקוז, מלח מוכן בשלב 7.3.</li>
	<li>בארון אבטחה, aliquot עם פיפטה הפתרון הנובעת 500 מ"ל בשלב 9.1 לתוך צינורות צנטריפוגה 10 x 50 מ"ל.</li>
</ol>10. התרבות של חיידקים
<ol><li>ב אבטחה הקבינט, תביא את הנוזל המוכנים בשלב 6.4, aliquot זה פיפטה לתוך צינורות הבדיקה 10 מוכן בשלב 9.2, עם כל שפופרת קבלת 0.05 mL.</li>
	<li>דגירה הצינורות 10 ב חממה 37 ° C עבור 120 h.</li>
</ol>11. הקציר של מינרלים BME
<ol><li>Ultrasonicate כל אחד הצינורות 10 בשלב 9.2 ב-20 קילו-הרץ עם 150 W עבור 1 h.</li>
	<li>Centrifuge הצינורות ב g x 2,025 לשעה.</li>
	<li>להסיר את נוזל שקוף את החצוצרות שלה עם פיפטה, להוסיף מים ולאחר מכן חזור על שלבים 11.1 ו- 11.2 עוד פעם אחת.</li>
	<li>להסיר את נוזל שקוף את החצוצרות שלה עם פיפטה, להוסיף אלכוהול, ואז ultrasonicate אותם ב-20 קילו-הרץ עם 150 W עבור 1 h.</li>
	<li>Centrifuge הצינורות ב g x 2,025 לשעה.</li>
	<li>חזור על שלבים 11.4 ו 11.5 עוד פעם אחת</li>
	<li>קציר BME מינרלים על-ידי הסרת נוזל נקה את החצוצרות שלה עם פיפטה; לאחר מכן, מיד קאפ הצינורות מבלי להפעיל כל תהליך הייבוש.</li>
</ol>12. נדנוד טמפרטורה עם Pandoraea sp. , Molybdate
<ol><li>תרבות Pandoraea sp. באותו אופן כמו שלבים 2, 3, 4, 5 ו 6 עבור אצות Shewanella. התוצאה של שלב זה מקביל לזה של שלב 6.4.</li>
	<li>למרק ליברות עם גלוקוזה ומלח באותו אופן כמו שלבים 7, 8 ו- 9, פרט לכך 16.5 גר' נתרן tungstate בשלב 7.1 מוחלף 12 גר' נתרן molybdate, נה2MoO4 · 2H2O. התוצאה של שלב זה מקביל לזה של שלב 9.2.</li>
	<li>ב אבטחה הקבינט, להביא הנוזל המבושלות צעד 12.1, aliquot אותו עם פיפטה לתוך הצינורות 10 מוכן בשלב 12.2, עם כל צינור mL 0.05 המקבל.</li>
	<li>דגירה הצינורות 10 בשלב 12.3 בטמפרטורה נדנוד עבור 120 ש ח בחודש הדדיים רועד אמבט, נדנוד הטמפרטורה 5 פעמים בין 25 ° C ל- 37 מעלות צלזיוס, עם כל חום שנמשך 12 שעות.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Chertok, B., Moffat, B. A., David, A. E., Yu, F., Bergemann, C., Ross, B. D., Yang, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+Oxide+Nanoparticles+as+a+Drug+Delivery+Vehicle+for+MRI+Monitored+Magnetic+Targeting+of+Brain+Tumors.">Iron Oxide Nanoparticles as a Drug Delivery Vehicle for MRI Monitored Magnetic Targeting of Brain Tumors.</a> Biomaterials. 29 (4), 487 (2008).</li><li>Mansur, C., Pope, M., Pascucci, M. R., Shivkumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zirconia-Calcium+Phosphate+Composites+for+Bone+Replacement.">Zirconia-Calcium Phosphate Composites for Bone Replacement.</a> Ceramics Int. 24, 11 (1998).</li><li>Wang, Y., Arandiyan, H., Jason Scott, J., Bagheri, A., Dai, H., Amal, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+ordered+meso/macroporousmetal+oxides+for+heterogeneous+catalysis:+a+review.">Recent advances in ordered meso/macroporousmetal oxides for heterogeneous catalysis: a review.</a> J. Mater. Chem. A. 5, 8825 (2017).</li><li>Kleshch, V. I., Rackauskas, S., Nasibulin, A. G., Kauppinen, E. I., Obraztsova, E. D., Obraztsov, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+Emission+Properties+of+Metal+Oxide+Nanowires.">Field Emission Properties of Metal Oxide Nanowires.</a> J. of Nanoelectron. and Optoelectron. 7, 35 (2012).</li><li>Ismagilov, R. R., Tuyakova, F. T., Kleshch, V. I., Obraztsova, E. A., Obraztsov, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CVD+nanographite+films+covered+by+ALD+metal+oxides:+structural+and+field+emission+properties.">CVD nanographite films covered by ALD metal oxides: structural and field emission properties.</a> Phys. Status Solidi C. 12 (7), 1022 (2015).</li><li>Mor, G. K., Shankar, K., Paulose, M., Varghese, O. K., Grimes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+Highly-Ordered+TiO2+Nanotube+Arrays+in+Dye-Sensitized+Solar+Cells.">Use of Highly-Ordered TiO2 Nanotube Arrays in Dye-Sensitized Solar Cells.</a> NANO LETT. 6 (2), 215-218 (2006).</li><li>Lee, J. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gas+sensors+using+hierarchical+and+hollow+oxide+nanostructures:+Overview.">Gas sensors using hierarchical and hollow oxide nanostructures: Overview.</a> Sensors and Actuators B. 140, 319 (2009).</li><li>Poizot, P., Laruelle, S., Grugeon, S., Dupont, L., Tarascon Shankar, J. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-sized+transition-metal+oxides+as+negative-electrode+materials+for+lithium-ion+batteries.">Nano-sized transition-metal oxides as negative-electrode materials for lithium-ion batteries.</a> Nature. 407, 496 (2000).</li><li>Jang, D., Meza, L. R., Greer, F., Greer, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+deformation+of+three-dimensional+hollow+ceramic+nanostructures.">Fabrication and deformation of three-dimensional hollow ceramic nanostructures.</a> Nature Materials. 12, 893 (2013).</li><li>Lazarus, A., Florijn, H. C. B., Reis, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometry-Induced+Rigidity+in+Nonspherical+Pressurized+Elastic+Shells.">Geometry-Induced Rigidity in Nonspherical Pressurized Elastic Shells.</a> PRL. 109, 144301 (2012).</li><li>Vella, D., Ajdari, A., Vaziri, A., Boudaoud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Indentation+of+Ellipsoidal+and+Cylindrical+Elastic+Shells.">Indentation of Ellipsoidal and Cylindrical Elastic Shells.</a> PRL. 109, 144302 (2012).</li><li>Xu, H., Wang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Template+Synthesis+of+Multishelled+Cu2O+Hollow+Spheres+with+a+Single-Crystalline+Shell+Wall.">Template Synthesis of Multishelled Cu2O Hollow Spheres with a Single-Crystalline Shell Wall.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 46, 1489 (2007).</li><li>Li, B., Shao, X., Hao, Y., Zhao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic-spray-assisted+synthesis+of+metal+oxide+hollow/mesoporous+microspheres+for+catalytic+CO+oxidations.">Ultrasonic-spray-assisted synthesis of metal oxide hollow/mesoporous microspheres for catalytic CO oxidations.</a> RSC Adv. 5, 85640 (2015).</li><li>Yu, J., Wang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Synthesis+and+Photocatalytic+Activity+of+Mesoporous+Titania+Hollow+Microspheres.">Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Activity of Mesoporous Titania Hollow Microspheres.</a> Powder Tech. 301, 96 (2016).</li><li>Xu, G., Zhang, X., Cui, H., Zhang, Z., Ding, J., Wu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+mesoporous+SnO2+microspheres+using+bioactive+yeast+cell.">Facile synthesis of mesoporous SnO2 microspheres using bioactive yeast cell.</a> Powder Tech. 301, 96 (2016).</li><li>Nomura, T., Tanii, S., Ishikawa, M., Tokumoto, H., Konishi, Y. <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+hollow+zirconia+particles+using+wet+bacterial+templates.">Synthesis of hollow zirconia particles using wet bacterial templates.</a> Adv. Powder Tech. 24, 1013 (2013).</li><li>Frankel, R. B., Bazylinski, 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=Biologically+Induced+Mineralization+by+Bacteria.">Biologically Induced Mineralization by Bacteria.</a> Rev. in Mineralogy and Geochem. 54 (1), 95 (2003).</li><li>Bazylinski, D. A., Frankel, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biologically+Controlled+Mineralization+in+Prokaryotes.">Biologically Controlled Mineralization in Prokaryotes.</a> Rev. in Mineralogy and Geochem. 54 (1), 217 (2003).</li><li>Lin, P. -. H., Huang, Y. -. T., Lin, F. -. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sodium+Tungstate+and+Sodium+Molybdate+Hollow+Microspheres+Biologically+Controlled+Mineralization+in+Prokaryotes.">Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Hollow Microspheres Biologically Controlled Mineralization in Prokaryotes.</a> ECS J. of Solid State Sci. and Tech. 6 (3), N3113 (2017).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

בנוגע העצמי-העקביות בתוצאות הניסוי, הכנה של כפל של חיידקים monoclonal הם קריטיים. את הניסוי הזה, שונה מן התבנית סינתזה ניסויים15,16, מועסקים ביואקטיביות חיידקים גראם שליליים. כדי לקבל את קיר בודד, בחרנו prokaryotic חיידקים במקום האיקריוטים חיידקים כמו שמרים15. כדי להשיג עגול עם יחס אורך קוטר של 1:1, במקום גדול יותר יחס אורך קוטר16, האכלנו חיידקים עם ריכוז גבוה יותר של oxyanions לטפל בהם כדי לכווץ לתוך צורה כדורית, ביצוע מהמיקרו קפסולות עם קיר בודד, עגול, דק (< 30 ננומטר).
מאז BME מסתמך בעיקר על התאמת את הריכוז של oxyanions כדי לשלוט על חילוף החומרים של חיידקים, כולל שתי מגבלות. ראשית, הריכוז של oxyanions הוא מוגבל על ידי, המסיסות למרות הריכוז צריך להיות גבוה ככל האפשר. שיטות ההזנה השנייה, חיידקי ביותר יפסיקו בטמפרטורה מעל 45 מעלות צלזיוס או מתחת לגיל 5 ° C, בהתאמה הגבול העליון והגבול התחתון של הניסוי שלנו.
למרות מגבלות אלו שני, BME יש פוטנציאל גדול להכנת תחמוצת מתכת חומרים עניין פרקטי. לביסוס טענה זו, אנחנו הולכים לנסות בשיטה זו כדי להפוך זירקוניום מהמיקרו קפסולות של ברזל מהמיקרו קפסולות — לשעבר להיות מועמד טוב חומר מלאכותי העצמות ואת האחרון למשלוח סמים.

חלקיקי תחמוצת מתכת מנוצלים עבור משלוח סמים1, בניית עצמות מלאכותיות2, זרז הטרוגנית3, פליטת שדה4,5, תאים סולריים6, גז חיישנים7, ו סוללות ליתיום8. עבור יישומים מעשיים, חוזק מכני רב, nanocrystals והן שלהם מיקרו מכריעים בין מזערים, מעטפת חלולה מבנים יכול לשמש ליצירת חומרים קלים, חזקים מכנית9. בין מבני מעטפת חלולה, צורה כדורית ידוע להיות נוקשה יותר מאשר צורת אליפסואידי; לאחרון יש יחס אורך קוטר גדול יותר מאשר לשעבר10,11. עבודה זו מתארת עבור סינתזה מהמיקרו קפסולות כדורית באמצעות חיידקים עם שיטה רעיל תחת תנאי הסביבה, אשר בניגוד שיטות אלטרנטיביות, כולל את התבנית סינתזה שיטת12, פרוטוקול שיטת סינתזה אולטראסוניות ספריי-בסיוע13 , שיטת הידרותרמי14. חלק שיטות אלטרנטיביות דורשים תבניות12, קצת חום כמו גבוה כמו 500 ° C13, ובעתיד גבוה לחץ14. לגבי המבנה שנוצר, שיטת סינתזה תבנית ניצול התבנית שמרים מביא על מבנה ליבה-קליפה15, במקום אחד עם קיר בודד, זה ניצול התבנית e. coli מייצר מבנה עם היחס בין אורך קוטר 1.7:0.8, אינה כדורית. 16.
בעבודה זאת, עשינו מהמיקרו קפסולות של תחמוצת מתכת עם קיר בודד ועל צורה כדורית תחת תנאי הסביבה על ידי ניצול חיידקי חילוף החומרים. בחיידקיים גליקוליזה, תהליך כימי מעכל מקורות פחמן, כמו גלוקוז ללקטוז, מקורות פחמן נחשבים להיות המקור של הפחתת הכוח שנוצר בו. אנחנו מניפולציות חיידקי חילוף החומרים על-ידי התאמת את הריכוז של פחמן מקורות כדי להשיג את הקצוות הרצוי. שיטה זו היא ידידותיים לסביבה, באמצעות סוכנים רעיל וצורכים הרבה פחות חשמל חשמל. לבסוף, שיטה זו מאפשרת ייצור המוני של מהמיקרו קפסולות פשוט על ידי הגדלת הנפח של מרק בשר.
לפני השיטה, היו עוד שתי שיטות ניצול חיידקי חילוף החומרים כדי להפוך מינרלים: ביולוגית הנגרמת מינרליזציה (בים בם)17 ו ביולוגית מבוקרת מינרליזציה (BCM)18. לא בים ולא BCM יכול לשמש להכנת נתרן מהמיקרו קפסולות tungstate tungstate ו- molybdate כמו התהליך שלנו, אשר מיועדת כמו חיידקים הפרשה מינרלי (BME)19. בניסוי זה, צורת מהמיקרו קפסולות יכול להיות נשלט לקיים יחס אורך קוטר של 10:1 ל- 1:1, ואת הגודל של ננו-חלקיק grains המהווים הקליפות יכול להיות מותאם הנע בין 15 ננומטר עד 110 ננומטר.

<table><tbody><tr><td>LB(Lennox)broth with agar tablets</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L7075</td><td>1 tablet for 50 mL broth with agar</td></tr><tr><td>LB (Lennox) broth</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3022-1KG</td><td>LB (Lennox) powder 1 kg</td></tr><tr><td>Dextrose anhydrous</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL 78695</td><td>glucose</td></tr><tr><td>Sodium Tungstate</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL 76050</td><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;WO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; &amp;middot; 2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>Sodium Molybdate</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL103564</td><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;MoO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; &amp;middot; 2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL 68131</td><td>NaCl</td></tr><tr><td>Ethanol 99.5%</td><td>Acros organics</td><td>AC615090040</td><td>CH&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;CH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;OH</td></tr><tr><td>Water</td><td>Made in our university</td><td></td><td>de-ionlized water</td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>Tomin Medical Equipmenco, Ltd., Taipei City, Taiwan, ROC</td><td>TM-329</td><td>heat to 120 &amp;deg;C for 10 min</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Digit System Laboratory System, New Taipei City, Taiwan, ROC</td><td>DSC302SD</td><td>centrifuge at 2025 x g</td></tr><tr><td>-80 &amp;deg;C Refrigerator</td><td>Panasonic</td><td>MDF-U3386S</td><td>Use to deep-freeze cryopreserve strain</td></tr><tr><td>Ultrasonic Homogenizer Sonicator Processor Cell Disruptor</td><td>Lenox</td><td>UPS-150</td><td>frequency 20 KHz power 150 W</td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Customer made</td><td>custom made</td><td>heat to 40 &amp;deg;C or cool to 18 &amp;deg;C with time cotrol</td></tr><tr><td>Reciprocal shaking baths</td><td>Kingtech Scientific Co., Ltd</td><td>WBS-L</td><td></td></tr><tr><td>Digital Stirring Hot Plate</td><td>Corning</td><td>#6797-620D</td><td>use with PTFE magnetic stirring bar</td></tr><tr><td>Biosafety cabinet</td><td>Zong Yen co., LTD</td><td>ZYBH-420</td><td>All bacteria related process are done here</td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>JEOL</td><td>JSM-6500F</td><td>SEM Images</td></tr><tr><td>50 mL centrifudge tube</td><td>Falcon</td><td>14-432-22</td><td></td></tr><tr><td>15 mL centrifudge tube</td><td>Falcon</td><td>14-959-53A</td><td></td></tr><tr><td>Laboratory bottle 100 mL</td><td>Duran</td><td>21 801 24 5</td><td></td></tr><tr><td>Laboratory bottle 500 mL</td><td>Duran</td><td>21 801 44 5</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel spatula</td><td>Chemglass</td><td>CG-1981-10</td><td></td></tr><tr><td>PTFE Disposable Stir Bars</td><td>Fisher</td><td>S68066</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Petri Dishes</td><td>Fisher</td><td>S33580A</td><td></td></tr><tr><td>Shewanella algae</td><td>Courtesy of author #3</td><td>Courtesy of author #3</td><td></td></tr><tr><td>Pandoraea sp.</td><td>Courtesy of author #3</td><td>Courtesy of author #3</td><td></td></tr></tbody></table>

synthesizing sodium tungstate and sodium molybdate microcapsules via bacterial mineral excretion

אנו מציגים שיטה, הפרשה מינרלים חיידקי (BME), עבור סינתזה שני סוגים של מהמיקרו קפסולות, tungstate נתרן, סודיום molybdate חלקיקים של תחמוצות מתכת שני המתאימים — הראשון קטן כמו 22 ננומטר, ה-15 האחרון ננומטר. האכלנו שני זנים של חיידקים, אצות Shewanella , Pandoraea sp., עם ריכוזים שונים של יונים tungstate או molybdate. ריכוזי tungstate molybdate הותאמו כדי להפוך מהמיקרו קפסולות של יחס קוטר אורך שונה. מצאנו את זה גבוה יותר ריכוז היו חלקיקים קטן יותר חלקיקים הגיע עם שלושה יחס אורך קוטר: 10:1, 3:1 ו- 1:1, אשר הושגו על ידי האכלת את החיידקים בהתאמה עם ריכוז נמוך, בינוני ריכוז, ריכוז גבוה. התמונות של מהמיקרו קפסולות חלול צולמו דרך הסריקה אלקטרון ננו-ספירה (SEM). מבנים קריסטל שלהם אומתו על ידי רנטגן עקיפה (XRD) – מבנה הגביש מהמיקרו קפסולות molybdate נה2MoO4 וזה של tungstate מהמיקרו קפסולות נה2WO4 עם נה2W2O7. כל אלה syntheses היו נעשה בתנאי הסביבה ליד.

איור 1 מראה מקורי מהמיקרו קפסולות כדורית. שני שני זנים של החיידק, אצות Shewanella ו- Pandoraea sp., במקור יש יחס אורך קוטר של 3:1. להשגת יחס אורך קוטר של 1:1, ריכוז גבוה (> 100 מ מ) של מתכת oxyanions נדרשת. ריכוז נמוך (< 5 מ מ) של oxyanions יכול לגרום אורך של יחס קוטר של 10:1, כמו כי איור 2, אשר עלולים להיגרם כתוצאה זרם של oxyanions, חסימת ביקוע בינארי של חיידקים. לבסוף, להשגת יחס אורך קוטר של 3:1, ככה איור 3, נדרש ריכוז בינונית (~ 20 מ מ) של oxyanions. היווצרות של פגזים כדורית, עם יחס אורך קוטר של 1:1, ייתכן הביא על ידי כונני חיידקי לגרום לעצמם לכווץ שלהם שטח כדי לאזן את הצריכה של oxyanions תוך כדי לשדר oxyanions דרך קרום התא. שלושת נתוני מצביעים יחד על שהיחס בין אורך קוטר יכול לכוונן אותו בין 10:1 ל- 1:1 פשוט על-ידי התאמת את הריכוז של oxyanions.
איור 4 איור 5 מראים nanoparticle גרגרי נתרן molybdate בגדלים שונים: אחד קטן להיות 15 ננומטר ולאחר את nm 110 אחד גדול. שימו לב כי איור 5, על הפגזים שאינם נופצו, חלקיקים של 110 nm יכולים עדיין להיות כבולה אחד לשני, ויוצרים כדורים נקבובי. . השמן שהושג דרך נדנוד הטמפרטורה של מרק culturing 5 פעמים בין 25 ° C ל- 37 מעלות צלזיוס, עם כל חום שנמשך 12 שעות. במהלך תנודה טמפרטורה, גרגרים בגדלים שונים לא רק ניתן להפיק אבל גם לתחזק את מבנה מיקרו-כדורית, שבו אנחנו יכולים להכין מהמיקרו קפסולות עם גדלים תבואה שונים, מ-15 ננומטר עד 110 nm, רק על ידי שליטה הטמפרטורה מרק .
איור 6 מראה על הקיר שבור עם גרגרים גדולים יותר להישאר ליד הפתח של הקיר. עובי הקיר הוא 22 ננומטר, תבואה גדול הוא על 40-60 ננומטר. ההבדל בגודל אולי תוצאה של תהליכים מטבוליים שונים, אשר עדיין לא מזוהים.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig1.jpg"> איור 1: SEM התמונה של פגזים ככדור חלול עם יחס אורך קוטר של 1:1. מבנה זה היה עשוי tungstate נתרן מופרש על ידי אצות Shewanella עם גלוקוז כמקור פחמן. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig2.jpg"> איור 2: תמונת SEM פגזי חלול פילמנט ארוך עם יחס אורך קוטר של 10:1. מבנה זה היה עשוי molybdate נתרן מופרש על-ידי Pandoraea sp. עם גלוקוז כמקור פחמן. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig3.jpg"> איור 3: SEM תמונה שבורה פגזי חלול בצורת מוט עם יחס אורך קוטר של 3:1. מבנה זה היה עשוי tungstate נתרן מופרש על ידי אצות Shewanella עם גלוקוז כמקור פחמן. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig4.jpg"> איור 4: SEM התמונה של נתרן נופצו molybdate פגזים עם תבואה חלקיקים בגודל של 15 ננומטר. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig5.jpg"> איור 5: SEM התמונה של פגזים molybdate נופצו וניפצו הלא נתרן עם תבואה חלקיקים בגודל של 110 nm. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig6.jpg"> איור 6: תמונת SEM פגזי חלול שבור עם יחס אורך קוטר של 1:1. מבנה זה היה עשוי tungstate נתרן מופרש על ידי אצות Shewanella עם גלוקוז כמקור פחמן. גרגירים עם גודל על 40-60 ננומטר שמור מחוץ לשריון ליד חור גדול, בעוד המעטפת עצמו עשוי גרגירים עם גודל 22 ננומטר. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion at JoVE.com

Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion

עבודה זו מציגה פרוטוקול לייצור סודיום tungstate, סודיום molybdate פרצת דרך חיידקים, חלקיקים המתאימים שלהם.

סינתזה Tungstate נתרן, סודיום Molybdate מהמיקרו קפסולות באמצעות חיידקים הפרשה מינרלי

We present a method, the bacterial mineral excretion (BME), for synthesizing two kinds of microcapsules, sodium tungstate and sodium molybdate, and the ...

synthesizing-sodium-tungstate-sodium-molybdate-microcapsules-via

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.6K Views.  National Taiwan University of Science and Technology. עבודה זו מציגה פרוטוקול לייצור סודיום tungstate, סודיום molybdate פרצת דרך חיידקים, חלקיקים המתאימים שלהם.

Video: Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion

Seeded Synthesis of CdSe/CdS Rod and Tetrapod Nanocrystals

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded synthesis strategy is used in which spherical seeds of CdSe are prepared first using a hot-injection technique. By controlling the crystal structure of the seed to be either wurtzite or zinc-blende, the subsequent hot-injection growth of CdS off of the seed results in either a rod-shaped or tetrapod-shaped nanocrystal, respectively. The phase and morphology of the synthesized nanocrystals are confirmed using X-ray diffraction and transmission electron microscopy, demonstrating that the nanocrystals are phase-pure and have a consistent morphology. The extinction coefficient and quantum yield of the synthesized nanocrystals are calculated using UV-Vis absorption spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The rods and tetrapods exhibit extinction coefficients and quantum yields that are higher than that of the bare seeds. This synthesis demonstrates the precise arrangement of materials that can be achieved at the nanoscale by using a seeded synthetic approach.

A protocol for the seeded synthesis of rod-shaped and tetrapod-shaped multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe is presented.

We demonstrate a method for the synthesis of multicomponent nanostructures consisting of CdS and CdSe with rod and tetrapod morphologies. A seeded ...

Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The silica-encapsulated metal oxide nanoparticles are then carburized in a methane/hydrogen atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal carbide nanoparticles. During the carburization process, the silica shells prevent the sintering of adjacent carbide nanoparticles while also preventing the deposition of excess surface carbon. Alternatively, the silica-encapsulated metal oxide nanoparticles can be nitridized in an ammonia atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal nitride nanoparticles. By adjusting the reverse microemulsion parameters, the thickness of the silica shells, and the carburization/nitridation conditions, the transition metal carbide or nitride nanoparticles can be tuned to various sizes, compositions, and crystal phases. After carburization or nitridation, the silica shells are then removed using either a room-temperature aqueous ammonium bifluoride solution or a 0.1 to 0.5 M NaOH solution at 40-60 &#176;C. While the silica shells are dissolving, a high surface area support, such as carbon black, can be added to these solutions to obtain supported early transition metal carbide or nitride nanoparticles. If no high surface area support is added, then the nanoparticles can be stored as a nanodispersion or centrifuged to obtain a nanopowder.

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

סינתזה בתיווך Microemulsion הפוכה של monometallic ובי-המתכתי המוקדם מעבר מתכת קרביד ניטריד חלקיקים

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the material with Au(III) ions. The synthesis method was derived from a sol-gel process used to produce micron-sized monosodium titanate (MST), with several key modifications, including altering reagent concentrations, omitting a particle seed step, and introducing a non-ionic surfactant to facilitate control of particle formation and growth. The resultant nMST material exhibits spherical-shaped particle morphology with a monodisperse distribution of particle diameters in the range from 100 to 150&#160;nm. The nMST material was found to have a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 285 m2g-1, which is more than an order of magnitude higher than the micron-sized MST. The isoelectric point of the nMST measured 3.34 pH units, which is a pH unit lower than that measured for the micron-size MST. The nMST material was found to serve as an effective ion exchanger under weakly acidic conditions for the preparation of an Au(III)-exchange nanotitanate. In addition, the formation of the corresponding peroxotitanate was demonstrated by reaction of the nMST with hydrogen peroxide.

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

כימית סינתזת תגובה של nanosize מונוסודיום Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature solvents. These coordinating ligands help solubilize and stabilize the nanoparticles while in solution, and can influence the resulting size and reactivity of the nanoparticles during their formation. Despite the ubiquity of using ligands during synthesis, the presence of aliphatic ligands on the nanoparticle surface can result in a number of problems during the end use of the nanoparticles, necessitating further ligand stripping or ligand exchange procedures. We have developed a way to synthesize cadmium sulfide (CdS) nanoparticles using a unique sulfur copolymer. This sulfur copolymer is primarily composed of elemental sulfur, which is a cheap and abundant material. The sulfur copolymer has the advantages of operating both as a high temperature solvent and as a sulfur source, which can react with a cadmium precursor during nanoparticle synthesis, resulting in the generation of ligand free CdS. During the reaction, only some of the copolymer is consumed to produce CdS, while the rest remains in the polymeric state, thereby producing a nanocomposite material. Once the reaction is finished, the copolymer stabilizes the nanoparticles within a solid polymeric matrix. The copolymer can then be removed before the nanoparticles are used, which produces nanoparticles that do not have organic coordinating ligands. This nascent synthesis technique presents a method to produce metal-sulfide nanoparticles for a wide variety of applications where the presence of organic ligands is not desired.

Herein we present a method to synthesize ligand-free cadmium sulfide (CdS) nanoparticles based on a unique sulfur copolymer. The sulfur copolymer operates as a high temperature solvent and a sulfur source during the nanoparticle synthesis and stabilizes the nanoparticles after the reaction.

סינתזה של חלקיקים CDS-חינם ליגנד בתוך מטריקס קופולימר גופרית

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Analysis of Minerals Produced by hFOB 1.19 and Saos-2 Cells Using Transmission Electron Microscopy with Energy Dispersive X-ray Microanalysis

This video presents the use of transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray microanalysis (TEM-EDX) to compare the state of minerals in vesicles released by two human bone cell lines: hFOB 1.19 and Saos-2. These cell lines, after treatment with ascorbic acid (AA) and &#946;-glycerophosphate (&#946;-GP), undergo complete osteogenic transdifferentiation from proliferation to mineralization and produce matrix vesicles (MVs) that trigger apatite nucleation in the extracellular matrix (ECM).
Based on Alizarin Red-S (AR-S) staining and analysis of the composition of minerals in cell lysates using ultraviolet (UV) light or in vesicles using TEM imaging followed by EDX quantitation and ion mapping, we can infer that osteosarcoma Saos-2 and osteoblastic hFOB 1.19 cells reveal distinct mineralization profiles. Saos-2 cells mineralize more efficiently than hFOB 1.19 cells and produce larger mineral deposits that are not visible under UV light but are similar to hydroxyapatite (HA) in that they have more Ca and F substitutions.
The results obtained using these techniques allow us to conclude that the process of mineralization differs depending on the cell type. We propose that, at the cellular level, the origin and properties of vesicles predetermine the type of minerals.

We present a protocol to compare the state of minerals in vesicles released by two human bone cell lines: hFOB 1.19 and Saos-2. Their mineralization profiles were analyzed by Alizarin Red-S (AR-S) staining, ultraviolet (UV) light visualization, transmission electron microscopy (TEM) imaging and energy dispersive X-ray microanalysis (EDX).

ניתוח של מינרלים המיוצר על ידי hFOB 1.19 ואלקטרון Saos-2 תאים באמצעות שידור עם אנרגיה ואנליזת רנטגן Microanalysis

This video presents the use of transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray microanalysis (TEM-EDX) to compare the state of minerals in ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

מלח מותכת סינתזה של חלקיקי תחמוצת מתכת מורכבים

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin exine capsules (SECs) are obtained when spores or pollen are processed so as to remove the internal sporoplasmic contents. The resulting hollow microcapsules exhibit a high degree of micromeritic uniformity and retain intricate microstructural features related to the particular plant species. Herein, we demonstrate a streamlined process for the production of SECs from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs. The current SEC isolation procedure has been recently optimized to significantly reduce the processing requirements which are conventionally used in SEC isolation, and to ensure the production of intact microcapsules. Natural L. clavatum spores are defatted with acetone, treated with phosphoric acid, and extensively washed to remove sporoplasmic contents. After acetone defatting, a single processing step using 85% phosphoric acid has been shown to remove all sporoplasmic contents. By limiting the acid processing time to 30 hr, it is possible to isolate clean SECs and avoid SEC fracturing, which has been shown to occur with prolonged processing time. Extensive washing with water, dilute acids, dilute bases, and solvents ensures that all sporoplasmic material and chemical residues are adequately removed. The vacuum loading technique is utilized to load a model protein (Bovine Serum Albumin) as a representative hydrophilic compound. Vacuum loading provides a simple technique to load various compounds without the need for harsh solvents or undesirable chemicals which are often required in other microencapsulation protocols. Based on these isolation and loading protocols, SECs provide a promising material for use in a diverse range of microencapsulation applications, such as, therapeutics, foods, cosmetics, and personal care products.

This protocol/manuscript describes a streamlined process for the production of sporopollenin exine capsules (SECs) from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs.

הפקת קפסולות צמחית עבור יישומי מיקרואנקפסולציה

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Bioengineering

Triplet Fusion Upconversion Nanocapsule Synthesis

Triplet fusion upconversion (UC) allows for the generation of one high energy photon from two low energy input photons. This well-studied process has significant implications for producing high energy light beyond a material's surface. However, the deployment of UC materials has been stymied due to poor material solubility, high concentration requirements, and oxygen sensitivity, ultimately resulting in reduced light output. Toward this end, nanoencapsulation has been a popular motif to circumvent these challenges, but durability has remained elusive in organic solvents. Recently, a nanoencapsulation technique was engineered to tackle each of these challenges, whereupon an oleic acid nanodroplet containing upconversion materials was encapsulated with a silica shell. Ultimately, these nanocapsules (NCs) were durable enough to enable triplet fusion upconversion-facilitated volumetric three-dimensional (3D) printing. By encapsulating upconversion materials with silica and dispersing them in a 3D printing resin, photopatterning beyond the surface of the printing vat was made possible. Here, video protocols for the synthesis of upconversion NCs are presented for both small-scale and large-scale batches. The outlined protocols serve as a starting point for adapting this encapsulation scheme to multiple upconversion schemes for use in volumetric 3D printing applications.

This protocol details the synthesis of upconversion nanocapsules for subsequent use in photopolymerizable resins for triplet fusion upconversion-facilitated volumetric 3D printing.

שלישיית פיוז'ן Upconversion ננו-קפסולה סינתזה

Triplet fusion upconversion (UC) allows for the generation of one high energy photon from two low energy input photons. This well-studied process has ...

Engineering

Synthesis of Black Seed Oil-loaded-, Alginate-based, pH-sensitive Beads Using Electrospraying Technique

Black seed oil (BSO), derived from the seeds of the Nigella sativa plant, has garnered attention for its potential anti-cancer properties, particularly in the context of colon cancer. Its active compound, thymoquinone, may help inhibit cancer cell growth and induce apoptosis in colon cancer cells. Additionally, black seed oil's anti-inflammatory and antioxidant effects could contribute to a healthier gut environment, potentially reducing cancer risk. Therefore, this study synthesized pH-sensitive alginate beads to deliver BSO into the colon in a controlled-release manner without releasing the drug at pH 1.2 (stomach), thus providing a well-defined release pattern at pH 6.8. The use of electrospray technology improves process performance by making it easier to formulate small, homogeneous beads with a higher rate of swelling and diffusion in the gastrointestinal medium. 
The formulated beads were characterized by an ex-vivo mucoadhesive strength test, bead size, sphericity factor (SF), encapsulation efficiency (EE), scanning electron microscope (SEM), in vitro swelling behavior (SB), and in vitro drug release in acidic and buffer media. All these manufactured beads demonstrated modest sizes of 0.58 &plusmn; 0.01 mm and spherical shape of 0.03 &plusmn; 0.00 mm in this testing. The formulation showed promising floating and releasing properties in vitro. With a very low cumulative percentage of beads, the oil EE of 90.13% &plusmn; 0.93% was high, and the release study demonstrated more than 90% in pH 6.8 with good floating nature in the stomach. Additionally, the beads were evenly spaced throughout the intestine. The electrospraying approach used in this protocol can be reproducible, yielding consistent outcomes. Therefore, this protocol can be used for large-scale production for commercialization purposes.

A technique employing high electric voltage and a targeted, active ingredient-loaded emulsion to fabricate pH-responsive, uniform microbeads is presented.

סינתזה של חרוזים טעונים בשמן קצח, על בסיס אלגינט, רגישים ל-pH בטכניקת ריסוס חשמלי

Black seed oil (BSO), derived from the seeds of the Nigella sativa plant, has garnered attention for its potential anti-cancer properties, particularly in ...

Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of Manganese(II) Acetylacetonate

For biomedical applications, metal oxide nanoparticles such as iron oxide and manganese oxide (MnO), have been used as biosensors and contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI). While iron oxide nanoparticles provide constant negative contrast on MRI over typical experimental timeframes, MnO generates switchable positive contrast on MRI through dissolution of MnO to Mn2+ at low pH within cell endosomes to &#8216;turn ON&#8217; MRI contrast. This protocol describes a one-pot synthesis of MnO nanoparticles formed by thermal decomposition of manganese(II) acetylacetonate in oleylamine and dibenzyl ether. Although running the synthesis of MnO nanoparticles is simple, the initial experimental setup can be difficult to reproduce if detailed instructions are not provided. Thus, the glassware and tubing assembly is first thoroughly described to allow other investigators to easily reproduce the setup. The synthesis method incorporates a temperature controller to achieve automated and precise manipulation of the desired temperature profile, which will impact resulting nanoparticle size and chemistry. The thermal decomposition protocol can be readily adapted to generate other metal oxide nanoparticles (e.g., iron oxide) and to include alternative organic solvents and stabilizers (e.g., oleic acid). In addition, the ratio of organic solvent to stabilizer can be changed to further impact nanoparticle properties, which is shown herein. Synthesized MnO nanoparticles are characterized for morphology, size, bulk composition, and surface composition through transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and Fourier-transform infrared spectroscopy, respectively. The MnO nanoparticles synthesized by this method will be hydrophobic and must be further manipulated through ligand exchange, polymeric encapsulation, or lipid capping to incorporate hydrophilic groups for interaction with biological fluids and tissues.

Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of ManganeseII Acetylacetonate

This protocol details a facile, one-pot synthesis of manganese oxide (MnO) nanoparticles by thermal decomposition of manganese(II) acetylacetonate in the presence of oleylamine and dibenzyl ether. MnO nanoparticles have been utilized in diverse applications including magnetic resonance imaging, biosensing, catalysis, batteries, and waste water treatment.

סינתזה ננו-חלקיקים תחמוצת מנגן על ידי ריקבון תרמי של מנגן(II) אצטילאצט

For biomedical applications, metal oxide nanoparticles such as iron oxide and manganese oxide (MnO), have been used as biosensors and contrast agents in ...