This work was supported by the Swedish governmental strategic research program Trees and Crops for the Future (TC4F), VINNOVA, and the EC FP7 project ICON. Hannah Rasel is gratefully acknowledged for performing most of the experiments in the previous paper (Reference 5).

NOTA: semi Crambe (cultivar Galactica) sono stati forniti dal Plant Research International, Wageningen, Paesi Bassi. Olio è stato estratto dai semi con il metodo di Appelqvist 13. Sia il pasto crambe e il glutine di frumento sono stati conservati a -18 ° C fino all&#39;utilizzo. 1. Preparazione della pasta <ol><li> setacciatura crambe <ol><li> Setacciare la farina crambe con un giro, a maglia fine in acciaio setaccio da cucina in acciaio (diametro dei pori: ~ 1,5 mm 14 mesh), per rimuovere frazioni fibrose grandi e semi frantumati. Conservare il pasto setacciata a -18 ° C per prevenire l&#39;invecchiamento del materiale. </li></ol></li><li> Fresatura crambe <ol><li> Per ridurre la dimensione delle particelle e rendere il materiale più omogeneo, fresare il pasto crambe setacciato in un mulino a sfere rotante. </li><li> Mill 250 g di farina Crambe ogni volta in un barattolo 7 L con 21-25 mm di diametro sfere in ceramica utilizzando un tasso di rivoluzione barattolo di 53 giri al minuto e un tempo di fresatura di 24 ore. </li></ol></li><li><strong&gt; condizionata <ol><li> Prima ulteriore trattamento, condizionare tutto il pasto crambe e glutine di frumento in polvere palla lavorato in vasetti aperti per un minimo di 48 ore a 23 ° C e un&#39;umidità relativa del 50% in una stanza climatizzata. </li></ol></li><li> Mescolando i componenti <ol><li> Macinare la polvere di urea (memorizzata in un contenitore chiuso in condizioni ambiente) a particelle fini con un mortaio e pestello. </li><li> Miscela di urea e glicerolo (25,5 g di glicerolo e 15 g di urea per 100 g di miscela finale). <ol><li> Riscaldare il glicerolo a 65 ° C in un pallone di vetro in un bagno d&#39;olio e aggiungere la polvere di urea lentamente. </li><li> Mescolare la miscela con un agitatore magnetico a 65 ° C finché la polvere di urea è completamente sciolto. </li></ol></li></ol></li><li> Mescolando il Crambe e glutine di frumento <ol><li> Mescolare il pasto polvere crambe e polvere di glutine di frumento in una macchina di miscelazione cucina per 5 min. Ad esempio, per un 60/40 (w / w) crambe / g di granoRapporto Luten, utilizzare 35,7 g di farina crambe e 23,8 g di glutine di frumento per 100 g di miscela finale. </li></ol></li><li> Mixing glicerolo / urea con crambe / glutine di frumento <ol><li> Aggiungere lentamente la miscela di glicerolo / urea al glutine miscela Crambe / grano nel miscelatore da cucina macchina mescolando il composto. Continuare la miscelazione per circa 2 minuti, fino ad ottenere un impasto omogeneo. Preparare 500 g della miscela ogni volta. </li><li> Per il materiale con 60/40 (w / w) crambe e glutine di frumento, utilizzare i seguenti contenuti relativi dei rispettivi componenti: 35,7 g di farina crambe, 23,8 g di glutine di frumento, 25,5 g di glicerolo, e 15 g di urea ( per 100 g). Per le altre due combinazioni di materiali (per esempio, 70/30 e 80/20), modificare solo le crambe e grano contenuto di glutine. Conservare le glicerolo e urea contenuti uguale nella combinazione 60/40. </li></ol></li></ol> 2. Estrusione Film <ol><li> Profilo a bassa temperatura &lt;ol&gt; <li> Eseguire l&#39;estrusione film in un estrusore bivite. Set zone 1-10 (ogni 80 mm di lunghezza) lungo il condotto di estrusione a profilo bassa temperatura (in seguito chiamato &quot;basso profilo-T&quot;), come segue: 75-75-75-80-80-80-80-85 -85-85 ° C. Ciò impedisce il glutine di frumento dalla reticolazione nella canna. </li><li> Usare uno stampo lamiera piana (45 mm x 0,7 mm) per estrudere film. </li><li> Scegliere una velocità di vite tra il 30 rpm e 200 rpm e registrare la pressofusione. </li><li> Feed l&#39;impasto manualmente attraverso la tramoggia con l&#39;aiuto di uno spintore legno per sostenere il flusso di materiale verso le viti. </li><li> Alla matrice, prendere l&#39;estruso con la gestione di un nastro trasportatore ad una velocità di 2,0 m / min. Posizionare il raffreddamento dell&#39;aria di ventilazione (fan) lungo la fascia. </li><li> Eseguire diverse temperature di stampo (105 ° C- (105 ° C), 110 ° C- (110 ° C), 125 ° C- (115 ° C), 130 ° C- (120 ° C) e 140 ° C- (125 ° C)) per selezionare le condizioni che danno il extruda lisciote con una quantità minima di vuoti. NOTA: I valori tra parentesi corrispondono alla temperatura nella zona 11, accanto allo stampo. Si è regolata per raggiungere la temperatura target nello stampo. </li><li> Dopo l&#39;estrusione, memorizzare gli estrusi in sacchi di polietilene sigillati fino a nuovo trattamento o l&#39;analisi al fine di prevenire l&#39;invecchiamento e atmosferica assorbimento di acqua. </li></ol></li><li> Estrusione di film usando il profilo ad alta temperatura <ol><li> Estrudere film come descritto nella sezione 2.1, ma utilizzare un profilo ad alta temperatura (in seguito denominata &quot;high-T profilo&quot;), come segue: 85-85-85-100-100-100-110-110-120-120-120 ° C per le zone 1 a 11 dell&#39;estrusore. </li><li> Utilizzare temperature morire di 125 ° C e 130 ° C. </li></ol></li><li> Estrusione film dopo pellettizzazione <ol><li> Al fine di ottenere pellet, estrudere il materiale come filamenti continui in un estrusore utilizzando uno stampo a due fili. <ol><li> Utilizzare il profilo basso-T per la exestrusore barile, come descritto sopra, e 60 rpm vite velocità di rotazione. </li><li> Utilizzare pressofuso diversa (zona 11) temperature (130 ° C (125 ° C), 125 ° C (115 ° C), 105 ° C (100 ° C) e 85 ° C (85 ° C) ) per ottenere i fili con superfici più lisce. </li></ol></li><li> pellettizzazione <ol><li> Dopo aver superato il nastro trasportatore (la cinghia situata dopo l&#39;estrusore che aiuta ad alimentare materiale fuori dell&#39;estrusore), alimentare i fili in un pelletizzatore azionato con una velocità di taglio di 7 m / min. </li></ol></li><li> Film di estrusione da pellet <ol><li> Alimentare il pellet manualmente nel estrusore e film estruso con il profilo basso-T all&#39;interno della canna e con un ° C 125 (115 ° C) temperatura del die piatta fogli. Utilizzare una velocità di rotazione della vite di 30 giri al minuto. </li></ol></li></ol></li><li> Estrusione di film con alimentazione volumetrica <ol><li> Per simulare alimentazione automatica (comunemente utilizzati nell&#39;industria), usoi pellets precedenza estruse a 85 ° C (gradini 2.3.1-2.3.2.1). </li><li> Collegare l&#39;alimentatore all&#39;estrusore e scegliere la modalità alimentatore volumetrico della tramoggia. </li><li> Utilizzare un volume alimentazione di 35 kg / h ed tramoggia e vite estrusore velocità di 16 e 120 rpm, rispettivamente. </li><li> Estrudere con il profilo di temperatura bassa della canna e utilizzare una temperatura pressofuso (zona 11) di 125 ° C (115 ° C). </li></ol></li></ol> 3. post-estrusione di processo (Compression Molding) <ol><li> Premendo con il telaio <ol><li> Per la prima configurazione, tagliare due estrusi in pezzi di 4,4 cm x 7,0 cm e 2,6 cm x 7,0 cm. NOTA: Questo è necessario perché il telaio è più ampio rispetto agli estrusi. </li><li> Metterli accanto all&#39;altro in un telaio rettangolare in alluminio (70 x 70 x 0,5 mm 3). </li><li> Sandwich il telaio tra due lastre di alluminio con poli (etilene tereftalato) film (PET) su entrambi i lati per impedire l&#39;adesione, e quindimetterli nella pressa. </li><li> Impostare il manometro sulla pressa a 200 o 400 bar. </li><li> Per ogni pressione di stampaggio, premere i film con una temperatura della piastra di 110, 120, e 130 ° C per 10 e 20 min. </li><li> Come riferimento ai campioni di pre-estrusi, pellicole stampa dal materiale unextruded. Centro 7.2 g di materiale fresco (dal punto 1.6) nel telaio di alluminio. </li><li> Premere con le stesse impostazioni dei parametri, come per i film pre-estrusi di cui sopra (i punti 3.1.4- 3.1.5). </li></ol></li><li> Premendo senza cornice <ol><li> Tagliare e campioni panino rettangolari (4.4 cm x 4.4 cm) tra due lastre di alluminio che utilizzano pellicole in PET su entrambi i lati per impedire l&#39;adesione. </li><li> Metterli nella pressa. Impostare il manometro a 50 bar, 75 bar o 100 bar. </li><li> Per ogni pressione di stampaggio, stampa pellicole per 5 o 10 minuti usando 110 ° C, 120 ° C e 130 ° C la temperatura della piastra. </li></ol></li></ol>

<ol>
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I metodi ei risultati sono stati precedentemente presentati come un articolo di Rasel et al. 5.

La ragione per pressofusione era così alto è probabilmente dovuto al fatto che il materiale necessaria una certa pressione per evitare la formazione di bolle. Tuttavia, i vari componenti potrebbero fase separata se la pressione è troppo elevata. Quando estrusione ad una temperatura troppo bassa, la coesione era scarsa, forse a causa di un basso grado di reticolazione, mentre una temperatura troppo alta comportato il rilascio di gas (probabilmente umidità insieme con urea e degradazione proteica prodotti). L&#39;estrusione due fasi (cioè dove trefoli erano prima estruso, pellettizzato e quindi estruse nuovo) determinato un estruso più omogeneo a causa della più estesa fusione che la prima fase di estrusione disponibile. La scarsa coesione impasto col diminuire della concentrazione di urea da 15 a 10% in peso è probabilmente dovuto ad una densità di reticolazione inferiore. In analogia con questo, una concentrazione di glicerolo inferiore, e quindi una minore capacitàdissolvere l&#39;urea, provocato film povere meno è stata applicata una pressione stampo superiore. Aumentando la concentrazione pasto crambe, e quindi diminuendo la concentrazione glutine di frumento, determinato un minor grado di formazione aggregazione / rete. Questo abbassa la viscosità del materiale estruso, con conseguente necessità di aumentare la temperatura della matrice di 130 ° C per aumentare la viscosità e generare film omogenei. È difficile, se non impossibile, per estrudere crambe plastificato in film di qualità sufficiente per qualsiasi uso. Noi mostriamo che questo può essere superato miscelando crambe con una proteina più facilmente estrudibile come glutine di frumento. Per la migliore qualità, gli estrusi devono essere stampata a compressione in una fase separata dopo l&#39;estrusione. È indicato qui che l&#39;estrusione funziona su scala minore, e upscaling è probabilmente più esigente. Estrusione, insieme con stampaggio ad iniezione, sono i most metodi commerciali importanti per la produzione di materie plastiche. Per sostituire plastiche convenzionali esistenti, è necessario che il materiale proteico può essere prodotto con le stesse tecniche 14-16. Noi mostriamo che è possibile estrudere crambe farina di oleaginose con l&#39;aiuto di glutine di frumento. Le possibili applicazioni includono l&#39;imballaggio e le applicazioni per i vari profili estrusi (ad esempio, aste e cilindri). Consideriamo la fase più critica durante la preparazione dei campioni per la fase di estrusione. La qualità finale delle pellicole dipende fortemente sui parametri di estrusione e le proprietà del materiale prima dell&#39;estrusione.

Quando si aggiorna un materiale da un valore basso ad un valore superiore, due problemi principali devono essere considerati: il tipo di potenziale prodotto finale (s) e le proprietà richieste. Questo studio analizza l&#39;estrusione di materie plastiche a base di proteine ​​per uso potenziale nella confezione per due motivi. L&#39;attuale varietà di pacchetti è ampia, ma la richiesta di materiale di confezionamento a basso costo rinnovabile e biodegradabile è aumentato rapidamente negli ultimi dieci anni. Questa tendenza sembra continuare, come la maggior parte dei proprietari di marchi ei legislatori sono alla ricerca di opzioni per creare la plastica da petrolio 1. Le proprietà dei materiali necessari per il confezionamento sono, in molti casi, più esigente rispetto ad altri prodotti di plastica. Tuttavia, se si ottiene un materiale di successo, il mercato potenziale è molto grande. Il materiale da imballaggio deve soddisfare una serie di criteri per essere adatto. I criteri esatti variano a seconda del tipo di confezione, di riempimento / sistemi di tenuta, Transport, stoccaggio, contenuti, l&#39;aspetto, la progettazione del prodotto, ecc Tutti questi parametri deve essere considerato da uno sviluppatore confezione, ma non tutto può essere la più alta priorità in una volta quando si inizia lo sviluppo di un materiale nuovo e inesplorato. Le proprietà di attivazione di questo studio erano le prestazioni meccaniche e di barriera. L&#39;estrusione è il metodo di elaborazione di scelta per due motivi: estrusione è un metodo comune ed efficiente per produrre plastica di imballaggio, e generalmente non comporta un solvente, come nella soluzione di colata. Quindi, nessuna fase di essiccazione è necessario al termine del processo 2. Glutine di frumento è anche un materiale corrente laterale proveniente da un prodotto di amido 3. Essa ha mostrato potenziale come una plastica imballaggi in numerosi studi. Nonostante questo, alcune sfide rimangono 4. Crambe abyssinica è una pianta semi oleosi interessante in quanto non è una risorsa di cibo e può essere coltivata in molti diversi agcondizioni ronomic 5,6. Come con glutine di frumento, proteina crambe è un sottoprodotto, in questo caso, dalla produzione di petrolio. Si ottiene come pasto crambe sgrassata, con proteine ​​come il più grande componente. Esso contiene anche una quantità considerevole di estratti privi di azoto, come i carboidrati e fibre 7,8. Il pasto ha relativamente scarse proprietà coesive e deve essere mescolato con un materiale di coesione superiore. In questo studio, glutine di frumento è usato come additivo di sostegno per il pasto crambe. Per migliorare la tenacità / estensibilità del materiale proteico, un plastificante è comunemente usato come additivo pure. In questo studio, glicerolo viene utilizzato, che è un prodotto lato dell&#39;industria dell&#39;olio vegetale (ad esempio, colza combustibili metil estere) ed è facilmente disponibile a basso costo 9. Urea, anche rinnovabili, è usato come denaturante per dare l&#39;estruso il corretto coesione 2,10,11. Esso può anche funzionare come un plastificante. materiali rinnovabili, Specialmente quelli che vengono utilizzati direttamente dalla natura, senza purificazione, modifica o sintesi chimica, sono, nella maggior parte dei casi, non adatto per il trattamento ad alta temperatura. La sfida è quella di trovare parametri di elaborazione adatti e composizioni che si traducono in un estruso con le proprietà che le permettono di competere con i prodotti petroliferi. Questo studio si concentra sulla caratterizzazione delle proprietà meccaniche e di barriera di un nuovo materiale a base biologica prodotta da pasto crambe elaborati con diversi additivi ea differenti condizioni 12. I dettagli completi delle caratteristiche meccaniche e di ossigeno barriera si trovano in Rasel et al. 12.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="889">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td>Crambe meal</td>
			<td>Plant Research International</td>
			<td></td>
			<td>Defatted crambe meal, Residual from oil extraction of cultivar Galactica seeds</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Wheat gluten</td>
			<td>Lantm&#228;nnen Reppe AB</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>It contains 77 % (w/w) gluten, 8.1 % (w/w) starch and 1.34 % (w/w) fat.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Glycerol</td>
			<td>Karlshamn Tefac AB</td>
			<td style="width:119px;">99.5 % purity</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Urea</td>
			<td style="width:169px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">purity &#8805; 99.5 %</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">The dough&#160;</td>
			<td style="width:169px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>(per 100 g) prepared with 35.7 g crambe meal, 23.8 g wheat gluten, 25.5 g glycerol and 15 g urea, hence with a liquid (glycerol/urea) to solid (crambe/wheat gluten) ratio of 0.342.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="2" height="21" style="height:21px;">Round, fine meshed stainless steel kitchen sieve</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Sieve the crambe meal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Rotary ball mill</td>
			<td>Pascal Engineering</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Milling crambe/The volume of the mill house is 7 l and it contained 215 ceramic balls, each with a diameter of 25 mm.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Mortar and pestle</td>
			<td style="width:169px;"></td>
			<td></td>
			<td>Grinding urea</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Kitchen machine Cloer 660</td>
			<td>Cloer</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Blending crambe and wheat gluten</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Twin-screw extruder Type LTE20-48</td>
			<td style="width:169px;">Labtech Engineering LTD</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Compounding and film extrusion</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Flat sheet die</td>
			<td style="width:169px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Produce extruded flat films with a cross-section of 45 mm x 0,7 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Air Cooling Conveyor Unit type LAC-2.6</td>
			<td>Labtech Engineering LTD</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Used in the extrusion</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Pelletizer Type LZ-120</td>
			<td>Labtech Engineering LTD</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Making pellets</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Polystat 200T Hot Press&#160;</td>
			<td>Servitec Machine GmbH</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Hot press to press extrudates</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

film extrusion of crambe abyssinica/wheat gluten blends

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a high-protein crambe meal that has limited value, as it is not fit for food or feed use. However, it contains proteins that could potentially make it a suitable raw material for higher-value products. The purpose of this study was to find methods of making this side stream into extruded films, showing that products with a higher value can be produced. The study mainly considered the development of material compositions and methods of preparing and extruding the material. Wheat gluten was added as a supportive protein matrix material, together with glycerol as a plasticizer and urea as a denaturant. The extrudate was evaluated with respect to mechanical (tensile testing) and oxygen barrier properties, and the extrudate structure was revealed visually and by scanning electron microscopy. A denser, more homogeneous material had a lower oxygen transmission rate, higher strength, and higher extensibility. The most homogeneous films were made at an extruder die temperature of 125-130 &#176;C. It is shown here that a film can be extruded with promising mechanical and oxygen barrier properties, the latter especially after a final compression molding step.

I materiali misti (60% in peso dei pasti crambe e il 40% in peso glutine di frumento) ha determinato un impasto duro dopo la procedura di miscelazione iniziale. Il materiale è stato riposato per un paio di minuti prima della prima estrusione. Tuttavia, la pasta aveva un troppo alta viscosità per poter essere alimentata nella tramoggia dell&#39;estrusore in modo regolare. Pertanto, è stato alimentato pezzo per pezzo, direttamente nella vite. Le viti hanno una velocità costante, e l&#39;estruso film risultante era continuo e aveva una superficie liscia visivamente. Un esempio di film estruso è mostrato in Figura 1. La pressofusione e la temperatura sono risultati i due più importanti parametri di elaborazione per controllare per ottenere estrusi film omogeneo e liscio. Una temperatura troppo bassa stampo, tipicamente inferiore a 110 ° C, non ha comportato estrusi film continuo, mentre una temperatura superiore a 130 ° C determinato the formazione di bolle nel materiale. La temperatura della matrice più adatta per ottenere film omogenei e lisce è risultata circa 125 ° C. Per ottenere gli estrusi più omogenee, un processo in due fasi è risultato essere vantaggioso, in cui, nella prima fase, fili vengono estruse ad una temperatura inferiore (tipicamente 85 ° C) e pellettizzato. I pellet sono stati quindi alimentati alla tramoggia per la seconda fase di estrusione. Quando il contenuto di urea è stata ridotta da 15 a 10% in peso 12, la coesione della pasta è diminuita sostanzialmente, risultando in un materiale in polvere simile; nessun film continuo potrebbe essere estruso 12. Quando la concentrazione di glicerolo è stata ridotta (con una trattenuta 15% in peso di urea), l&#39;impasto è risultato essere più fragile, e l&#39;urea non dissolve completamente in glicerolo. Inoltre, un notevolemaggiore pressione dado era necessaria per ottenere i film omogenei. Tuttavia, questi film sono risultati essere liscia e più omogeneo rispetto a quelli con un contenuto di glicerolo superiore. Aumentando la concentrazione pasto polvere crambe e diminuendo la concentrazione glutine di frumento, i film estrusi apparivano più scuro, ma anche più liscia e omogenea 5. Il tasso di alimentazione potrebbe anche essere aumentato 12. Lo svantaggio è che i film sono solo parzialmente continuo e rotture pellicola apparivano pochi metri di distanza. Tuttavia, quando si aumenta la temperatura del die a circa 130 ° C, pellicole continue possono essere preparate, anche se con alcune macchie 12. Lo stampaggio a compressione senza cornice prodotto sottile (spessore: 0,1-0,2 mm) pellicole che erano molto flessibile e trasparente (Figura 2). <p class="jove_content" fo:keep-together.wntro-page = &quot;1&quot;&gt; A seconda di come gli estrusi sono state fatte e che cosa contenevano, la rigidità variava 4,9-5,6 MPa e la forza 0,3-0,7 MPa, mentre l&#39;estensibilità variava dal 7 al 16% 12. I valori corrispondenti per gli estrusi dopo lo stampaggio a compressione sono stati 6,4-15,0 MPa, 0,3-1,1 MPa, e il 8-19% 5. Dettagli delle misurazioni meccaniche sono riportati nel riferimento 12. 64 campioni manubri mm lungo erano trazione-testato secondo ASTM D882-02 a 23 ± 1 ° C e 50 ± 1% RH, con una velocità di traversa di 10 mm / min. La Figura 3 mostra l&#39;importanza di estrusione crambe con l&#39;aggiunta di glutine di frumento. Il punto di forza, e in particolare l&#39;estensibilità, è diminuito con la diminuzione dei contenuti glutine di frumento. La permeabilità all&#39;ossigeno compresi tra 17 e 39 centimetri 3 mm / (giorno m 2 atm), a seconda della composizione e se una fase di stampaggio a compressione (con cornice) è stato utilizzato o meno. Figura 1: materiale estruso. film estruso utilizzando una temperatura stampo di 130 ° C. Contiene 35,7% in peso crambe, 23,8% in peso glutine di frumento, il 25,5% in peso di glicerolo, e il 15% in peso di urea. La larghezza della pellicola è di 44 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig2.jpg" /> Figura 2: film stampati a compressione. materiale estruso compressione-stampato, senza cornice, in sottili pellicole traslucide utilizzando una temperatura di pressatura 130 ° C a 75 bar per 10 min. Le pellicole piane e raggrinzite sono dello stesso materiale. La larghezza della pellicola di sinistra è ~ 17 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig2large.jpg" target="_blank">Si prega di fare clic</a>qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig3.jpg" /> Figura 3: Proprietà meccaniche in funzione del contenuto crambe. sollecitazione massima (cerchi pieni) e la tensione alla massima sollecitazione (cerchi aperti) in funzione del contenuto crambe nella miscela glutine crambe / frumento. Le barre di errore rappresentano le deviazioni standard. sollecitazione massima è stata ottenuta dalla forza massima per iniziale campione sezione trasversale della parte stretta del provino dumbbell (sezione ristretta: lunghezza 16 mm e larghezza di 4 mm). Il profilo a bassa temperatura è stato usato con una temperatura stampo iniziale di 125 ° C e una temperatura di zona 11 di 115 ° C. La velocità della vite era di 30 giri al minuto, e l&#39;estrusione è stata eseguita senza previa pellettizzazione. I dati ottenuti da riferimento 12. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig3large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare il suo</a>e per vedere una versione più grande di questa figura.

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Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

Il flusso laterale dalla produzione di olio vegetale di Crambe abyssinica ha un valore limitato. Lo scopo di questo studio era di trovare metodi per estrusione di materiali a base di questo flusso lato, dimostrando che i prodotti con un valore superiore possono essere prodotti. Gli estrusi sono stati trovati ad avere proprietà promettenti.

Film di Estrusione<em&gt; Abyssinica Crambe</em&gt; / Glutine di frumento Miscele

Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

9.9K Views.  SIG Combibloc.  Il flusso laterale dalla produzione di olio vegetale di Crambe abyssinica ha un valore limitato. Lo scopo di questo studio era di trovare metodi per estrusione di materiali a base di questo flusso lato, dimostrando che i prodotti con un valore superiore possono essere prodotti. Gli estrusi sono stati trovati ad avere proprietà promettenti. 

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Fabrication of Micro-tissues using Modules of Collagen Gel Containing Cells

This protocol describes the fabrication of a type of micro-tissues called modules.  The module approach generates uniform, scalable and vascularized tissues.  The modules can be made of collagen as well as other gelable or crosslinkable materials.  They are approximately 2 mm in length and 0.7 mm in diameter upon fabrication but shrink in size with embedded cells or when the modules are coated with endothelial cells.  The modules individually are small enough that the embedded cells are within the diffusion limit of oxygen and other nutrients but modules can be packed together to form larger tissues that are perfusable.  These tissues are modular in construction because different cell types can be embedded in or coated on the modules before they are packed together to form complex tissues.  There are three main steps to making the modules: (1) neutralizing the collagen and embedding cells in it, (2) gelling the collagen in the tube and cutting the modules and (3) coating the modules with endothelial cells.

Creation of micro-tissues using cylindrical collagen gels, called modules, that contain embedded cells and which surface is coated with endothelial cells.

Fabbricazione di micro-tessuti utilizzando i moduli di Collagene Gel cellule contenenti

This protocol describes the fabrication of a type of micro-tissues called modules.  The module approach generates uniform, scalable and vascularized ...

Ricerca

Bioingegneria

A Chitosan Based, Laser Activated Thin Film Surgical Adhesive, 'SurgiLux': Preparation and Demonstration

Sutures are a 4,000 year old technology that remain the 'gold-standard' for wound closure by virtue of their repair strength (~100 KPa). However, sutures can act as a nidus for infection and in many procedures are unable to effect wound repair or interfere with functional tissue regeneration.1 Surgical glues and adhesives, such as those based on fibrin and cyanoacrylates, have been developed as alternatives to sutures for the repair of such wounds. However, current commercial adhesives also have significant disadvantages, ranging from viral and prion transfer and a lack of repair strength as with the fibrin glues, to tissue toxicity and a lack of biocompatibility for the cyanoacrylate based adhesives. Furthermore, currently available surgical adhesives tend to be gel-based and can have extended curing times which limit their application.2 Similarly, the use of UV lasers to facilitate cross-linking mechanisms in protein-based or albumin 'solders' can lead to DNA damage while laser tissue welding (LTW) predisposes thermal damage to tissues.3 Despite their disadvantages, adhesives and LTW have captured approximately 30% of the wound closure market reported to be in excess of US $5 billion per annum, a significant testament to the need for sutureless technology.4
In the pursuit of sutureless technology we have utilized chitosan as a biomaterial for the development of a flexible, thin film, laser-activated surgical adhesive termed 'SurgiLux'. This novel bioadhesive uses a unique combination of biomaterials and photonics that are FDA approved and successfully used in a variety of biomedical applications and products. SurgiLux overcomes all the disadvantages associated with sutures and current surgical adhesives (see Table 1).
In this presentation we report the relatively simple protocol for the fabrication of SurgiLux and demonstrate its laser activation and tissue weld strength. SurgiLux films adhere to collagenous tissue without chemical modification such as cross-linking and through irradiation using a comparatively low-powered (120 mW) infrared laser instead of UV light. Chitosan films have a natural but weak adhesive attraction to collagen (~3 KPa), laser activation of the chitosan based SurgiLux films emphasizes the strength of this adhesion through polymer chain interactions as a consequence of transient thermal expansion.5 Without this 'activation' process, SurgiLux films are readily removed.6-9 SurgiLux has been tested both in vitro and in vivo on a variety of tissues including nerve, intestine, dura mater and cornea. In all cases it demonstrated good biocompatibility and negligible thermal damage as a consequence of irradiation.6-10

The fabrication of a novel, flexible thin film surgical adhesive from FDA approved ingredients, chitosan and indocyanine green is described. Bonding of this adhesive to collagenous tissue through a simple activation process with a low-powered infra-red laser is demonstrated.

Un Based Chitosano, Laser attivato sottile pellicola adesiva chirurgici, &#39;SURGILUX&#39;: Preparazione e dimostrazione

Sutures are a 4,000 year old technology that remain the 'gold-standard' for wound closure by virtue of their repair strength (~100 KPa). However, sutures ...

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.

Seta Film per la cultura del sistema In vitro Analisi e Progettazione Biomaterial

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

Combinatorial Synthesis of and High-throughput Protein Release from Polymer Film and Nanoparticle Libraries

Polyanhydrides are a class of biomaterials with excellent biocompatibility and drug delivery capabilities. While they have been studied extensively with conventional one-sample-at-a-time synthesis techniques, a more recent high-throughput approach has been developed enabling the synthesis and testing of large libraries of polyanhydrides1. This will facilitate more efficient optimization and design process of these biomaterials for drug and vaccine delivery applications. The method in this work describes the combinatorial synthesis of biodegradable polyanhydride film and nanoparticle libraries and the high-throughput detection of protein release from these libraries. In this robotically operated method (Figure 1), linear actuators and syringe pumps are controlled by LabVIEW, which enables a hands-free automated protocol, eliminating user error. Furthermore, this method enables the rapid fabrication of micro-scale polymer libraries, reducing the batch size while resulting in the creation of multivariant polymer systems. This combinatorial approach to polymer synthesis facilitates the synthesis of up to 15 different polymers in an equivalent amount of time it would take to synthesize one polymer conventionally. In addition, the combinatorial polymer library can be fabricated into blank or protein-loaded geometries including films or nanoparticles upon dissolution of the polymer library in a solvent and precipitation into a non-solvent (for nanoparticles) or by vacuum drying (for films). Upon loading a fluorochrome-conjugated protein into the polymer libraries, protein release kinetics can be assessed at high-throughput using a fluorescence-based detection method (Figures 2 and 3) as described previously1. This combinatorial platform has been validated with conventional methods2 and the polyanhydride film and nanoparticle libraries have been characterized with 1H NMR and FTIR. The libraries have been screened for protein release kinetics, stability and antigenicity; in vitro cellular toxicity, cytokine production, surface marker expression, adhesion, proliferation and differentiation; and in vivo biodistribution and mucoadhesion1-11. The combinatorial method developed herein enables high-throughput polymer synthesis and fabrication of protein-loaded nanoparticle and film libraries, which can, in turn, be screened in vitro and in vivo for optimization of biomaterial performance.

This method describes the combinatorial synthesis of biodegradable polyanhydride film and nanoparticle libraries and the high-throughput detection of protein release from these libraries.

Sintesi combinatoria di e High-throughput di rilascio di proteine ​​da film polimerico e Biblioteche nanoparticelle

Polyanhydrides are a class of biomaterials with excellent biocompatibility and drug delivery capabilities. While they have been studied extensively with ...

Constant Pressure-controlled Extrusion Method for the Preparation of Nano-sized Lipid Vesicles

Liposomes are artificially prepared vesicles consisting of natural and synthetic phospholipids that are widely used as a cell membrane mimicking platform to study protein-protein and protein-lipid interactions3, monitor drug delivery4,5, and encapsulation4. Phospholipids naturally create curved lipid bilayers, distinguishing itself from a micelle.6 Liposomes are traditionally classified by size and number of bilayers, i.e. large unilamellar vesicles (LUVs), small unilamellar vesicles (SUVs) and multilamellar vesicles (MLVs)7. In particular, the preparation of homogeneous liposomes of various sizes is important for studying membrane curvature that plays a vital role in cell signaling, endo- and exocytosis, membrane fusion, and protein trafficking8. Several groups analyze how proteins are used to modulate processes that involve membrane curvature and thus prepare liposomes of diameters &lt;100 - 400 nm to study their behavior on cell functions3. Others focus on liposome-drug encapsulation, studying liposomes as vehicles to carry and deliver a drug of interest9. Drug encapsulation can be achieved as reported during liposome formation9. Our extrusion step should not affect the encapsulated drug for two reasons, i.e. (1) drug encapsulation should be achieved prior to this step and (2) liposomes should retain their natural biophysical stability, securely carrying the drug in the aqueous core. These research goals further suggest the need for an optimized method to design stable sub-micron lipid vesicles.
Nonetheless, the current liposome preparation technologies (sonication10, freeze-and-thaw10, sedimentation) do not allow preparation of liposomes with highly curved surface (i.e. diameter &lt;100 nm) with high consistency and efficiency10,5, which limits the biophysical studies of an emerging field of membrane curvature sensing. Herein, we present a robust preparation method for a variety of biologically relevant liposomes.
Manual extrusion using gas-tight syringes and polycarbonate membranes10,5 is a common practice but heterogeneity is often observed when using pore sizes &lt;100 nm due to due to variability of manual pressure applied. We employed a constant pressure-controlled extrusion apparatus to prepare synthetic liposomes whose diameters range between 30 and 400 nm. Dynamic light scattering (DLS)10, electron microscopy11 and nanoparticle tracking analysis (NTA)12 were used to quantify the liposome sizes as described in our protocol, with commercial polystyrene (PS) beads used as a calibration standard. A near linear correlation was observed between the employed pore sizes and the experimentally determined liposomes, indicating high fidelity of our pressure-controlled liposome preparation method. Further, we have shown that this lipid vesicle preparation method is generally applicable, independent of various liposome sizes. Lastly, we have also demonstrated in a time course study that these prepared liposomes were stable for up to 16 hours. A representative nano-sized liposome preparation protocol is demonstrated below.

This protocol describes an extrusion method for preparing lipid vesicles of sub-micron sizes with a high degree of homogeneity. This method uses a pressure-controlled system with controlled nitrogen flow rates for liposome preparation. The lipid preparation1,2, liposome extrusion, and size characterization will be presented herein.

Costante pressione controllata metodo di estrusione per la preparazione del Nano di dimensioni vescicole lipidiche

Liposomes are artificially prepared vesicles consisting of natural and synthetic phospholipids that are widely used as a cell membrane mimicking platform ...

Patient-specific Modeling of the Heart: Estimation of Ventricular Fiber Orientations

Patient-specific simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered by the absence of in vivo imaging technology for clinically acquiring myocardial fiber orientations. The objective of this project was to develop a methodology to estimate cardiac fiber orientations from in vivo images of patient heart geometries. An accurate representation of ventricular geometry and fiber orientations was reconstructed, respectively, from high-resolution ex vivo structural magnetic resonance (MR) and diffusion tensor (DT) MR images of a normal human heart, referred to as the atlas. Ventricular geometry of a patient heart was extracted, via semiautomatic segmentation, from an in vivo computed tomography (CT) image. Using image transformation algorithms, the atlas ventricular geometry was deformed to match that of the patient. Finally, the deformation field was applied to the atlas fiber orientations to obtain an estimate of patient fiber orientations. The accuracy of the fiber estimates was assessed using six normal and three failing canine hearts. The mean absolute difference between inclination angles of acquired and estimated fiber orientations was 15.4 &deg;. Computational simulations of ventricular activation maps and pseudo-ECGs in sinus rhythm and ventricular tachycardia indicated that there are no significant differences between estimated and acquired fiber orientations at a clinically observable level.The new insights obtained from the project will pave the way for the development of patient-specific models of the heart that can aid physicians in personalized diagnosis and decisions regarding electrophysiological interventions.

A methodology to estimate ventricular fiber orientations from in vivo images of patient heart geometries for personalized modeling is described. Validation of the methodology performed using normal and failing canine hearts demonstrate that that there are no significant differences between estimated and acquired fiber orientations at a clinically observable level.

Paziente-specifica modellazione del Cuore: Stima di orientamento delle fibre ventricolari

Patient-specific  simulations of heart (dys)function aimed at personalizing cardiac therapy are hampered  by the absence of in vivo imaging technology for ...

Automated Lipid Bilayer Membrane Formation Using a Polydimethylsiloxane Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for biosensor applications. However, conventional BLM formation techniques have several drawbacks and they often require specific expertise and laborious processes. In particular, conventional BLMs suffer from low formation success rates and inconsistent membrane formation time. Here, we demonstrate a storable and transportable BLM formation system with controlled thinning-out time and enhanced BLM formation rate by replacing conventionally used films (polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene, polystyrene) to polydimethylsiloxane (PDMS). In this experiment, a porous-structured polymer such as PDMS thin film is used. In addition, as opposed to conventionally used solvents with low viscosity, the use of squalene permitted a controlled thinning-out time via slow solvent absorption by PDMS, prolonging membrane lifetime. In addition, by using a mixture of squalene and hexadecane, the freezing point of the lipid solution was increased (~16 &#176;C), in addition, membrane precursors were produced that can be indefinitely stored and readily transported. These membrane precursors have reduced BLM formation time of &#60; 1 hr and achieved a BLM formation rate of ~80%. Moreover, ion channel experiments with gramicidin A demonstrated the feasibility of the membrane system.

We demonstrate a storable, transportable lipid bilayer formation system. A lipid bilayer membrane can be formed within 1 hr with over 80% success rate when a frozen membrane precursor is brought to ambient temperature. This system will reduce laborious processes and expertise associated with ion channels.

Formazione automatizzato doppio strato lipidico della membrana Utilizzando un Polidimetilsilossano Thin Film

An artificial lipid bilayer, or black lipid membrane (BLM), is a powerful tool for studying ion channels and protein interactions, as well as for ...

Fabricating Degradable Thermoresponsive Hydrogels on Multiple Length Scales via Reactive Extrusion, Microfluidics, Self-assembly, and Electrospinning

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), their ultimate clinical use has been hampered by the lack of biologically-relevant degradation observed for most smart materials. This is particularly true for temperature-responsive hydrogels, which are almost uniformly based on polymers that are functionally non-degradable (e.g., poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) or poly(oligoethylene glycol methacrylate) (POEGMA)). As such, to effectively translate the potential of thermoresponsive hydrogels to the challenges of remote-controlled or metabolism-regulated drug delivery, cell scaffolds with tunable cell-material interactions, theranostic materials with the potential for both imaging and drug delivery, and other such applications, a method is required to render the hydrogels (if not fully degradable) at least capable of renal clearance following the required lifetime of the material. To that end, this protocol describes the preparation of hydrolytically-degradable hydrazone-crosslinked hydrogels on multiple length scales based on the reaction between hydrazide and aldehyde-functionalized PNIPAM or POEGMA oligomers with molecular weights below the renal filtration limit. Specifically, methods to fabricate degradable thermoresponsive bulk hydrogels (using a double barrel syringe technique), hydrogel particles (on both the microscale through the use of a microfluidics platform facilitating simultaneous mixing and emulsification of the precursor polymers and the nanoscale through the use of a thermally-driven self-assembly and cross-linking method), and hydrogel nanofibers (using a reactive electrospinning strategy) are described. In each case, hydrogels with temperature-responsive properties similar to those achieved via conventional free radical cross-linking processes can be achieved, but the hydrazone cross-linked network can be degraded over time to re-form the oligomeric precursor polymers and enable clearance. As such, we anticipate these methods (which may be generically applied to any synthetic water-soluble polymer, not just smart materials) will enable easier translation of synthetic smart materials to clinical applications.

Protocols are described for the fabrication of degradable thermoresponsive hydrogels based on hydrazone cross-linking of polymeric oligomers on the bulk scale, microscale, and nanoscale, the latter for preparation of both gel nanoparticles and nanofibers.

Fabbricando degradabile Hydrogel idrogeli su scale di lunghezza Multiple tramite estrusione reattiva, microfluidica, auto-assemblaggio ed elettrofilatura

While various smart materials have been explored for a variety of biomedical applications (e.g., drug delivery, tissue engineering, bioimaging, etc.), ...

Dry Film Photoresist-based Electrochemical Microfluidic Biosensor Platform: Device Fabrication, On-chip Assay Preparation, and System Operation

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An easy-to-use and low-cost sensor platform is highly desired to measure various types of analytes (e.g., biomarkers, hormones, and drugs) quantitatively and specifically. For this reason, dry film photoresist technology - enabling cheap, facile, and high-throughput fabrication - was used to manufacture the microfluidic biosensor presented here. Depending on the bioassay used afterwards, the versatile platform is capable of detecting various types of biomolecules. For the fabrication of the device, platinum electrodes are structured on a flexible polyimide (PI) foil in the only clean-room process step. The PI foil serves as a substrate for the electrodes, which are insulated with an epoxy-based photoresist. The microfluidic channel is subsequently generated by the development and lamination of dry film photoresist (DFR) foils onto the PI wafer. By using a hydrophobic stopping barrier in the channel, the channel is separated into two specific areas: an immobilization section for the enzyme-linked assay and an electrochemical measurement cell for the amperometric signal readout.
The on-chip bioassay immobilization is performed by the adsorption of the biomolecules to the channel surface. The glucose oxidase enzyme is used as a transducer for electrochemical signal generation. In the presence of the substrate, glucose, hydrogen peroxide is produced, which is detected at the platinum working electrode. The stop-flow technique is applied to obtain signal amplification along with rapid detection. Different biomolecules can quantitatively be measured by means of the introduced microfluidic system, giving an indication of different types of diseases, or, in regard to therapeutic drug monitoring, facilitating a personalized therapy.

A microfluidic biosensor platform was designed and fabricated using low-cost dry film photoresist technology for the rapid and sensitive quantification of various analytes. This single-use system allows for the electrochemical readout of on-chip-immobilized enzyme-linked assays by means of the stop-flow technique.

Film secco basati su Photoresist biosensore elettrochimico Microfluidic Platform: Fabbricazione di dispositivi, saggio su chip preparazione e funzionamento del sistema

In recent years, biomarker diagnostics became an indispensable tool for the diagnosis of human disease, especially for the point-of-care diagnostics. An ...

Rat Model of Adhesive Capsulitis of the Shoulder

This proposal aims to create an in vivo rat model of adhesive capsulitis for researching potential treatment options for this condition and other etiologies of comparable arthrofibrosis. The model includes extra-articular fixation of the shoulder in rats via scapular to humeral suturing, resulting in a secondary contracture without invading the intra-articular space and resulting in decreased rotational ROM and increased joint stiffness.
We used 10 Sprague-Dawley rats for the purpose of this study. Baseline ROM measurements were taken before glenohumeral immobilization. The rats were subjected to 8 weeks of immobilization before the fixation sutures were removed and changes in ROM and joint stiffness were evaluated. To evaluate whether immobilization resulted in a significant reduction in ROM, changes in kinematics were calculated. ROM was measured at each time point in the follow-up period and was compared to the baseline internal and external ROM measurements. In order to evaluate the stiffness, joint kinetics were calculated by determining the differences in torque (text and tint ) needed to reach the initial external rotation of 60&#176; and initial internal rotation of 80&#176;.
After the removal of the extra-articular suture fixation on follow-up day 0, we found a 63% decrease in total ROM compared to baseline. We observed continuous improvement until week 5 of follow-up, with the progress slowing down around a 19% restriction. On week 8 of follow-up, there was still an 18% restriction of ROM. Additionally, on follow-up day 0, we found the torque increased by 13.3 Nmm when compared to baseline. On week 8, the total torque was measured to be 1.4 &#177; 0.2 Nmm higher than initial measurements. This work introduces a rat model of shoulder adhesive capsulitis with lasting reduced ROM and increased stiffness.

This protocol presents an in vivo rat model of adhesive capsulitis. The model includes an internal fixation of the glenohumeral joint with extra-articular suture fixation for an extended time, resulting in a decreased rotational range of motion (ROM) and increased joint stiffness.