Name: encapsulating cytochrome c in silica aerogel nanoarchitectures without metal nanoparticles while retaining gas-phase bioactivity
Uploaded: 2016-03-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
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著者は、彼らが競合する金融利害関係を持たないことを宣言します。

説明したように、この手順は、一貫して実行可能なCYTを生成した。エアロゲル内に封入Cはエアロゲル内CYT。Cの濃度は5〜15μMおよび4.4からのタンパク質の生存度に深刻な悪影響なしに70 mMのリン酸に変えることができるエアロゲル内に封入初期CYT。C溶液の緩衝液濃度から変化させることができます。しかし、ピーク中心と特性のcytのピーク幅。ソーレーピークCエアロゲルで、彼らはCYTためのものであるものに最も近い。溶液中のCのcyt。cが 40 mMのバッファ9の溶液からエアロゲル中にカプセル化されたとき。 CYTの合成。C -SiO 2エアロゲルは、出発試薬のいくつかの年齢によって影響されます。メタノール、テトラ、および水酸化アンモニウム溶液は、すべての吸湿性であり、すべて1対2ヶ月を交換する必要があります。中に蓄積増加した水時間をかけてこれらの試薬は、ゲル構造特性およびゾルからゲルへの遷移時間に影響を与えます。 超臨界乾燥を行う場合には、臨界点乾燥装置の転送ボートが厚い18 0.5センチメートル、直径1cmのゲルを保持することができます。プロトコルセクションで概説したように、特定の充填および排出手順は、ゾル - ゲルに二酸化炭素を転送するために従うべきです。排水プロトコルの開始時に、二酸化炭素とアセトンの排出液は、ドレインチューブは水分が外部に氷に凝縮と硬い凍結するような高速で流れることに留意することが重要です。アセトン、無水なく、この水は時折排水管が実際に詰まら程度にフリーズすることがあるため外排出混合物は、いくつかの水が含まれています。このような目詰まりを監視するために、フローの停止をリッスンする必要があります。詰まりが検出された場合、目詰まりが溶融するので、排水弁が数分間閉鎖されるべきです。に排水バルブが閉じていない場合は最悪のシナリオは、目詰まりはそんなに圧力が排水管が強制的に装置をオフにポップすることを構築することがあります。最初のいくつかのドレイン期間の後、アセトンの大部分は、装置の外に洗浄されています、と濡れた氷の塊の発生が大幅に減少します。排水プロトコルは（そのような香りなど）アセトンの存在の任意の残留証拠を継続するように、放電は次第に排水処理の終了により検出不能となってドライアイスのようになります。 装置内の二酸化炭素を超臨界流体への液体から移行したと通気プロセスが始まった後、手順9に示されるように、少なくとも45分間にわたってゆっくりとした速度で流体を放出することが必要です。リリースの高いレートは、チトクロームの生存率を減少させることができます。エアロゲルとエアロゲル自身内のcが （ 図9に示すように）実際に目のようにバラバラにすることができますE液をゲルから逃れるために突入します。彼らは脆く、簡単に破ることができるように一般的に、エアロゲルは、装置の扉を開いた後に無傷のまま場合でも、慎重に、静かにそれらを処理することが重要です。 CYTと一緒に注入する制御シリカゲル。C -SiO 2ゲルは、ゲルへの二酸化炭素の移動が成功したかどうかを決定するために超臨界乾燥の後に使用されます。時にはCYT。C -SiO 2ゲルは曇って見えることがあり、これは不完全な溶剤転送するか、CYTの濃度に関係しています。Cまたはゲル内に封入されたバッファリングすることができるかの原因であるかどうかは決定することが重要です。 CYTなしのシリカゲルが。全体に均質な、半透明の外観を有するように見えるcの場合、溶媒の転送が完全にたとえCYTを発生したこと、これが証拠として撮影することができます。C -SiO 2ゲルは、それらにいくつかの曇りを持っています。シリカゲル内雲量CYTずに乾燥後。cが 、いくつかのアセトンが通気中にゲルの内部に残っていることを示しています。 プロトコルセクションで示したように、一酸化窒素（NO）で作業するとき、重要な安全上の予防措置をとる必要があります。エアロゲルを用いてNOを検出するために、非常によく、キュベットを密閉し、ドラフト内にエアロゲル上を流れるガスを排出する必要があります。また、全体の分光光度計は、NOガスへの露出を制限するために追加の予防策として、NOガスシリンダーと一緒にヒュームフード内に移動させることができます。空気NOと接触するとすぐに非常に有毒な二酸化窒素、四酸化二窒素または両方を生成します。 NO、熱及び腐食性のフュームを生成するために水と反応することができます。したがって、NOへの持続的な曝露は、直接的な組織毒性をもたらす可能性があります。 CYTを使用する場合。C -SiO 2エアロゲルの一酸化窒素の存在を検出するために、ソーレー帯は、最初〜408 nmであろうと移行します一酸化窒素の存在下で〜414 nmまで。バック窒素に切り替えた後、ソーレー帯は〜408 nmの中心とされているに戻って逆必要があります。また、CYTを使用することも可能である。C -SiO 2エアロゲル、一酸化炭素27のような他のリガンドの存在を検出します。 異なる公開された方法は、従来のゾルと混合し、超臨界エアロゲル4-8を形成するために乾燥に溶液中のcyt。Cと金または銀ナノ粒子を合成する追加ステップを含みます。 CYTのUV-可視分光法を比較した。cは CYTのものと金属ナノ粒子とのエーロゲルの中にカプセル化金属ナノ粒子なしエーロゲルの中にカプセル化Cは、カプセル化技術のこれらの2つのタイプがCYTを生成することを示している。エアロゲル内の類似の生存率C（ 図5） 。しかし、金属ナノ粒子でカプセル化CYT。cが CYTよりわずかに安定である。Cの封入エアロゲル9内の金属ナノ粒子を含まないD。両方がいくつかのエアロゲル内のcyt。Cの展開を示すバッファ内のcyt。Cのスペクトル（ 図7）と異なるものの、CYT。Cエアロゲルの両方のタイプのCDスペクトルは、また類似しています。 CYT上の以前の報告。エアロゲル中にカプセル化さcは円偏光二色性分光法は、最も可能性の高いタンパク質の最外層を評価していることを示唆しているが、金属ナノ粒子核形成多層CYTいずれかの内、シリカゲルとの接触の際に展開するcの構造や形成緩く組織化構造いかなる金属ナノ粒子は、エアロゲル4.9に存在しない場合。しかし紫外可視分光法により測定されたエアロゲル内部に自己組織化構造のいずれかのタイプ内のcyt。Cの大部分は、折り畳まれたままになります。本明細書のSANナノ粒子を記載したプロトコルの利点は、高価な購入または金属の時間のかかる合成ナノ粒子は必要ありません。タンパク質は、多くの場合、正常にエアロゲル内にカプセル化されておらず、それが将来のバイオ分析装置のための潜在的な重要性を持つエアロゲル中の他のタンパク質をカプセル化するための、より一般的な方法の開発につながる可能性があり、その中にため、この手順は重要です。

シトクロムc（CYT。c）は、身体の細胞呼吸の反応に関与する重要な電子伝達タンパク質です。細胞死の制御された形態、アポトーシスに関与することが示されており、それは、一酸化窒素及び一酸化炭素1-3のような小さな毒性分子を検出することができます。一酸化窒素（NO）は、神経、心血管系で起こる生理学的過程、および免疫系の様々な役割を果たしています。 CYTは。Cは、一般的に、構造的に無傷でアクティブなままにしたpH中性の値に緩衝水性環境が必要ですが、研究はそのCYTを示している。cは一定の条件4-9の下でエアロゲルとして知られている固体材料で、その構造と機能を保持することができます。 エアロゲルは、多くの場合、金属酸化物エアロゲルは非常に一般的であるが、炭素およびエアロゲルの他のタイプの合成された（ゾル - ゲル金属酸化物を合成することによって形成された高度に多孔質の材料である。一例では、InPのAERありますogels）10と多孔質固体マトリックスは11-14変更されないような方法でこれらのゾル-ゲルを乾燥させます。固体エアロゲルの細孔の全てが表面反応が重要である任意のアプリケーションのためのエアロゲルは、非常に有用にする多くの利用可能な表面積になります。化学的または生化学的機能がエアロゲルナノアーキテクチャ内で組み立てられる場合には、エーロゲルの物理的な多孔度および表面増強領域は、センサ、並びに電池用電極、燃料電池、及びスーパーキャパシタアプリケーション11,15-23を改善するのに役立つことが示されています。不変の多孔質固体マトリックスを残すようにエアロゲルを乾燥させるためには、超臨界溶媒抽出を介して、ゾル - ゲル合成後の細孔中に残存溶媒を除去することが典型的です。ゲルからの溶媒が蒸発するように表面張力によって生じ得る任意の孔の崩壊が原因超臨界乾燥、液体 - 蒸気界面は決して形で最小化されます。 24-30乾燥させたゾル-ゲル中にカプセル化されているcは 。その後、エアロゲルが原因で多くのタンパク質の構造に損害を与える恐れがあります必要な処理に稀です形成するために超臨界乾燥させて、ゾル - ゲル中の生体分子をカプセル化するレポート。 CYT。Cの場合には、一定の条件により、検出およびエーロゲルの中に気相窒素酸化物に反応するのCYT。C能力を保持することを可能にします。一度エアロゲルで安定化、エアロゲルの高品質な細孔構造はCYT。cおよび一酸化窒素4,8,9との間の反応を促進します。 CYT。cが最初のソリューション4-8に金または銀ナノ粒子の周囲に複数の層でそれを関連付けることにより、エアロゲル内にカプセル化することができます。これらの多層超構造は、エアロゲルマトリックス内にタンパク質を保護するのに役立ちます。最新approacでタンパク質濃度およびバッファー強度が他の合成条件と一緒に制御されている我々が開発している時間は、CYT。cがあっても、金属ナノ粒子の初期の関連付け9なしエアロゲル内の整合性を保持しています。 合成は、多くのエアロゲル合成は、一定期間のためのシリカゾルゲル前駆体を混合することにより開始し始めます。これは、cは 、混合物中に緩衝溶液として添加することがCYT。混合時間セットした後です。ゲルはその後細孔が水、メタノール、残りの反応物及び副生成物で充填された多孔質シリカ固体構造を形成するために起こります。毛穴を埋めるこの液体は、溶媒交換の一連の様々な溶媒を用いてすすぐことができ、液体二酸化炭素は、臨界点乾燥装置内で行わとの最後の交流が低温に保ちました。二酸化炭素の臨界温度（31.1℃）より上のゲルをもたらすことなどの形成を促進します乾燥し、高度に多孔性エアロゲルを形成するために排出することができ、加圧装置内upercritical流体。それが変性可能性がある温度以下にタンパク質を保持するための超臨界流体を形成するために、二酸化炭素のために必要な比較的低い温度が他の溶媒に比べて有利です。 それは、他のタンパク質をカプセル化するための、より一般的に適用可能なプロトコルの開発につながる可能性があり、簡単な手順であるため、エアロゲルにCYT。Cをカプセル化する当社の金属ナノ粒子を含まないアプローチが有利で ​​す。多くのタンパク質は、CYT同じように金属ナノ粒子と相互作用しないことがあります。cが行い、金属ナノ粒子の合成または購入手続きに追加の時間と費用を追加します。エアロゲル中のタンパク質をカプセル化するには、いくつかの報告は私を助けることができるエアロゲル中の他のタンパク質をカプセル化するための、より一般的な手順を見つけるための重要な一歩は、この手順の開発を行いますnは潜在的な将来の生体分析装置。 この原稿のプロトコルセクションでは、シリカのゾル-ゲルを合成し、これらのゾル-ゲルにCYT。Cをカプセル化し 、エアロゲルを形成するために、これらの複合ゾル-ゲルを乾燥、紫外可視および円偏光二色性分光法を使用して、これらのbioaerogelsを特徴付け、存在を検出する方法について説明しますこれらbioaerogelsと気相酸化窒素の。第一リン酸緩衝液の4.4 mMの70の水溶液中に溶解した場合CYT。cが正常エアロゲル中に封入されています。しかし、エアロゲルで最適化されたタンパク質の構造は、CYTの40mMのリン酸緩衝液を封入する際に生じることが判明した。ロードされたエアロゲルCYTを生産Cは 5~9μM〜15の範囲のC濃度 。したがって、下記のプロトコルは、CYTの40mMのリン酸緩衝液を使用してエアロゲルを合成することである。ロードされたcytその結果、C。C濃度15μMのエアロゲルインチ&lt;/ P&gt;

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

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

官能性化合物は、エアロゲル内にカプセル化されたときに、センサ、電池、燃料電池などのアプリケーションは、非常に多孔性のエアロゲルを使用することによって改善されています。しかし、エアロゲルを形成するために処理されているゾル - ゲル内のタンパク質をカプセル化するには、いくつかの報告が存在します。超臨界酸化窒素（NO）は、気相活性を有するbioaerogelsを形成するために処理されるシリカ（SiO 2）ゾル-ゲルにシトクロムc（CYT。C）をカプセル化するための手順が示されています。 CYT。Cは制御タンパク質濃度で混合シリカゾルに加え、強度条件をバッファリングします。ゾル混合物をゲル化し、ゲルの孔に充填された液体は、液体二酸化炭素と溶媒交換の一連の置換されています。二酸化炭素は、その臨界点にし、CYTで乾燥エアロゲルを形成するためにオフに排出される。cは内部に封入されました。これらのbioaerogelsは、紫外可視分光ANと特徴付けられますD円偏光二色性分光法及び気相酸化窒素の存在を検出することができます。この方法の成功はCYT。C濃度と緩衝液濃度を調整するに依存し、このような金属ナノ粒子のような他の成分を必要としません。潜在的な将来の生物分析機器開発のための重要なこの手順を行う同様のアプローチを使用して、他のタンパク質をカプセル化することが可能です。

実行可能なCYT。Cを含むエアロゲルで説明する手順をもたらします。導入の最後に指定されているように、CYT。cが 4.4から70 mMのリン酸の範囲で緩衝水溶液からカプセル化することができます。 CYTの例。C -シリカ（CYT。C -SiO 2）異なる緩衝液濃度を含有する溶液から製造されたエアロゲルは、 図4に示されている。70ミリモルから製造されたゲルは最も不透明なバッファを用いてすべてのゲルは、比較的半透明です。 CYTの分光法との比較。異なる条件の下でcは 、図5に示されている。典型的なスペクトル（ 図5c）が 2エアロゲルC -SiO。CYTための408 nmの周りに大きなソーレーピークを示し、チトクロームのスペクトルに非常に類似しています溶液中。C（ 図5a）。また、CYTのスペクトル。金属ナノ粒子がエーロゲルの中にカプセル化されたCは 、（ 図5b）とCYTが示されている。C -SiO 2エアロゲルスペクトルは、同様に、このスペクトルに類似しています。 CYT。C -SiO 2エアロゲルは窒素酸化物に暴露されると、ソーレーピークの典型的なシフトは、（ 図5d）で観察されています。 CYTから作られたゲルのためのUV-VISスペクトルを変化させる緩衝液濃度でのCソリューションは、 図6に示されている。これらのゲルのすべての特性UV-可視分光はCYT。cは 、ゲル内の変性状態にないことを示す特徴を示しています。しかし、これらのスペクトルのためのより低い信号対雑音比で70 mMの緩衝結果から作られたゲルの減少透光。 CYTのCDスペクトル。C -SiO 2エアロゲルはCYTのスペクトルに類似している。C </eM&gt;エアロゲルスペクトルの両方のタイプの緩衝溶液中でCYT。Cのスペクトルと異なっているが、金属ナノ粒子を有するエアロゲル内に封入された （ 図7）。 図8は 、CYTのための典型的な酸化窒素監視応答を示している。C -SiO 2エアロゲルともCYT。Cに加えて、金属ナノ粒子を含んで対応するエアロゲル。 408 nmで414 nmでの吸光度との差が増大し、次いでゲルを連続してそれぞれ窒素を一酸化窒素に露出されたときに減少することが分かります。 超臨界二酸化炭素を十分に遅い速度、CYTの生存能力にリリースされていない場合。形成されたエアロゲル内のcが危険にさらされます。これは、異なる時に二酸化炭素を放出することによってゲルを形成した後、得られた紫外可視スペクトルを比較することによって明らかにされます料金（ 図9）。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig1.jpg" /> 図1：臨界点乾燥装置 （A）正面および（B）から示される臨界点乾燥装置背面次の装置の背面に示す伝達ボートおよび装置、ドア付き。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig2.jpg" /> 図2：ダンボールプラットフォーム楽器のビームの経路にエアロゲルを保持するための組み立てられた段ボールプラットフォーム。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig3.jpg" /> 図3：一酸化窒素感知セットアップ一酸化窒素感知セットアップは、（A）10％の一酸化窒素囲まドラフト含むように示されています。、90％窒素シリンダー、チューブ、およびT-バルブ、及び（B）に挿入針をキュベット。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig4.jpg" /> 図4：試料CYT C -SiO 2 エーロゲルは、15μMのCYTをカプセル化エアロゲルCを 4.4ミリメートル、40ミリメートル、70 mMのリン酸カリウム緩衝液中で左から右にダイムと比較して示されています。これらのエアロゲルは、約0.2から0.5 cmの高されています。許可9を得て転載。 <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig5.jpg" /> 図5：CYT C -SiO 2 エアロゲル分光法 （a）は、50 mMリン酸緩衝ゾル中の15μMのシトクロムcの可視スペクトル。ution; （b）の金（5-nm）の 〜のcyt C -SiO 2エアロゲル。 。（空気にさらさ）（c）のチトクロームC -SiO 2エアロゲル。 （d）に CYT。（3.5分間酸化窒素にさらさ）C -SiO 2エアロゲル。ゲルの各タイプのこれらの代表的なスペクトルは、明確にするためにオフセットされており、破線は、バッファ内のCYT。Cソーレーピークの位置を示します。各スペクトルは、15μMのcyt。cがあるが、ゲルの厚さ（または高さ）が高い溶液の吸光度が得られた1cmソリューションのキュベットに比べて唯一の0.2から0.5センチです。許可9を得て転載。 <img alt="図6" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig6.jpg" /> 図6：カプセル化された緩衝液の濃度を変化させたとして、エアロゲル分光法 15 _をカプセル化するゲルについてゲルパスの長さで分割されたエアロゲルの平均化紫外可視分光吸光度。6; MのCYTは、70mMの（黒）（4スペクトルの平均）、40mMの（赤、点線）（8スペクトルの平均）、及び4.4 mMの（緑、破線）（9スペクトルの平均）、リン酸カリウム緩衝液中で、C。 。許可9を得て転載。 <img alt="図7" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig7.jpg" /> 図7：。。。エアロゲル円偏光二色性分光法 （固体）、リン酸ナトリウム緩衝溶液中のチトクロームCの円偏光二色性スペクトル、チトクロームの2つの代表的なスペクトルC -SiO 2エアロゲル（破線）、及びAuの2つの代表的なスペクトル（5-nm）の 〜CYT。C SiO- 2エアロゲル（点線）。許可9を得て転載。 <img alt="図8" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig8.jpg" /> 図8：CYTと一酸化窒素の検出 C -SiO 2。 </サブ&gt; エアロゲル （ΔAは414 nmで = - 408 nm）をシフトの監視。。。ガス流としてのSiO 2複合エアロゲルナノアーキテクチャにカプセル化のcytのソーレー強度でC（固体赤）とAu〜のチトクロームC（青点線） （ソーレーピーク最大値は〜414 nmである）、窒素（ソーレーピーク最大値は〜408 nmである）と一酸化窒素との間でトグルされます。各曲線は、チトクロームの2で、3-4回の平均値であるΔAで監視C -SiO 2試験では、414ナノメートル = - 。初期ソーレーピーク最大値は、これらの試験のための407 nmであったため、407 nmのを 。許可9を得て転載。 <img alt="図9" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig9.jpg" /> 図9：超臨界流体の放出時間の影響 CYTためのゲル経路の長さで割った紫外可視分光吸光度を平均化C -SiO 2エアロゲルenca。50 mMの超臨界乾燥エアロゲルは45分（9スペクトルの固体、黒（平均））または7分（4の破線、赤（平均の上のいずれか解放する超臨界二酸化炭素によって作られたリン酸緩衝液中の10μMのCYTをpsulating。Cスペクトル））。許可9を得て転載。

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

シトクロムをカプセル化<em&gt; C</em&gt;金属ナノ粒子なしのシリカエアロジェルナノアーキテクチャで気相生物活性を保持しながら、

この手順は、シリカにシトクロムc（CYT。c）をカプセル化する方法を説明し（SiO 2）でゾル-ゲルプロセスこれらのゲルはbioaerogelsを形成し、急速気相反応により一酸化窒素（NO）を認識するために、これらのbioaerogelsを使用します。このタイプのプロトコルは、バイオセンサーまたは他の生体分析機器の将来の発展を助けることができます。

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

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Bioengineering

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

10.3K ビュー.  Fairfield University. この手順は、シリカにシトクロムc（CYT。c）をカプセル化する方法を説明し（SiO 2）でゾル-ゲルプロセスこれらのゲルはbioaerogelsを形成し、急速気相反応により一酸化窒素（NO）を認識するために、これらのbioaerogelsを使用します。このタイプのプロトコルは、バイオセンサーまたは他の生体分析機器の将来の発展を助けることができ?...

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Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

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

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

マイクロ波支援酸 - 触媒反応によりシリカナノ粒子の調製

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

化学

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

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

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

急速な超臨界抽出方法によるシリカエアロゲルモノリスを準備

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

Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) technique), make use of various surface modification techniques, that can, for example, prevent surface fouling, tune the hydrophobicity / hydrophilicity of the surface, adapt to a variety of electronic environments, and most frequently, induce specificity towards a target of interest.1-5 These techniques extend the functionality of otherwise highly sensitive biosensors to real-world applications in complex environments, such as blood, urine, and wastewater analysis.2,6-7 While commercial biosensing platforms, such as Biacore, have well-understood, standard techniques for performing such surface modifications, these techniques have not been translated in a standardized fashion to other label-free biosensing platforms, such as Whispering Gallery Mode (WGM) optical resonators.8-9
WGM optical resonators represent a promising technology for performing label-free detection of a wide variety of species at ultra-low concentrations.6,10-12 The high sensitivity of these platforms is a result of their unique geometric optics: WGM optical resonators confine circulating light at specific, integral resonance frequencies.13 Like the SPR platforms, the optical field is not totally confined to the sensor device, but evanesces; this "evanescent tail" can then interact with species in the surrounding environment. This interaction causes the effective refractive index of the optical field to change, resulting in a slight, but detectable, shift in the resonance frequency of the device. Because the optical field circulates, it can interact many times with the environment, resulting in an inherent amplification of the signal, and very high sensitivities to minor changes in the environment.2,14-15
To perform targeted detection in complex environments, these platforms must be paired with a probe molecule (usually one half of a binding pair, e.g. antibodies / antigens) through surface modification.2 Although WGM optical resonators can be fabricated in several geometries from a variety of material systems, the silica microsphere is the most common. These microspheres are generally fabricated on the end of an optical fiber, which provides a "stem" by which the microspheres can be handled during functionalization and detection experiments. Silica surface chemistries may be applied to attach probe molecules to their surfaces; however, traditional techniques generated for planar substrates are often not adequate for these three-dimensional structures, as any changes to the surface of the microspheres (dust, contamination, surface defects, and uneven coatings) can have severe, negative consequences on their detection capabilities. Here, we demonstrate a facile approach for the surface functionalization of silica microsphere WGM optical resonators using silane coupling agents to bridge the inorganic surface and the biological environment, by attaching biotin to the silica surface.8,16 Although we use silica microsphere WGM resonators as the sensor system in this report, the protocols are general and can be used to functionalize the surface of any silica device with biotin.

Biosensors interface with complex, biological environments and perform targeted detection by combining highly sensitive sensors with highly specific probes attached to the sensor via surface modification. Here, we demonstrate the surface functionalization of silica optical sensors with biotin using silane coupling agents to bridge the sensor and the biological environment.

シランカップリング剤を用いた石英系光バイオセンサーへの生物学的プローブの取り付け

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) ...

生物工学

Immobilization of Multi-biocatalysts in Alginate Beads for Cofactor Regeneration and Improved Reusability

We have recently developed a simple, reusable and coupled whole-cell biocatalytic system with the capability of cofactor regeneration and biocatalyst immobilization for improved production yield and sustained synthesis. Described herewith is the experimental procedure for the development of such a system consisting of two E. coli strains that express functionally complementary enzymes. Together, these two enzymes can function co-operatively to mediate the regeneration of expensive cofactors for improving the product yield of the bioreaction. In addition, the method of synthesizing an immobilized form of the coupled biocatalytic system by encapsulation of whole cells in calcium alginate beads is reported. As an example, we present the improved biosynthesis of L-xylulose from L-arabinitol by coupling E. coli cells expressing the enzymes L-arabinitol dehydrogenase or NADH oxidase. Under optimal conditions and using an initial concentration of 150 mM L-arabinitol, the maximal L-xylulose yield reached 96%, which is higher than those reported in the literature. The immobilized form of the coupled whole-cell biocatalysts demonstrated good operational stability, maintaining 65% of the yield obtained in the first cycle after 7 cycles of successive re-use, while the free cell system almost completely lost the catalytic activity. Therefore, the methods reported here provides two strategies that could help improve the industrial production of L-xylulose, as well as other value-added compounds requiring the use of cofactors in general.

Presented is the protocol for co-immobilizing whole-cell biocatalysts for cofactor regeneration and improved reusability, using the production of L-xylulose as an example. The cofactor regeneration is achieved by coupling two Escherichia coli strains expressing functionally complementary enzymes; the whole-cell biocatalyst immobilization is achieved by cell encapsulation in calcium alginate beads.

補因子再生と改善された再利用のためのアルギン酸ビーズでマルチ生体触媒の固定化

We have recently developed a simple, reusable and coupled whole-cell biocatalytic system with the capability of cofactor regeneration and biocatalyst ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

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

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

急速な超臨界抽出法によって作製した触媒のエアロゲルの作製と試験

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

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

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

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

バイオインスパイアード法を用いた機能性シリカの作製

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

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

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

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

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

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

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

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

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

セルロースナノファイバーバイオテンプレートパラジウム複合エアロゲルの合成法

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

Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

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

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

レーザーエッチングと染料の組み込みによる美的強化シリカ・アエロゲル

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

工学

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at length scales down to the atomic level. In situ closed-cell gas reaction (CCGR) studies performed using (scanning) transmission electron microscopy (STEM) can separate and identify localized dynamic reactions, which are extremely challenging to capture using other characterization techniques. For these experiments, we used a CCGR holder that utilizes microelectromechanical systems (MEMS)-based heating microchips (hereafter referred to as &#34;E-chips&#34;). The experimental protocol described here details the method for performing in situ gas reactions in dry and wet gases in an aberration-corrected STEM. This method finds relevance in many different materials systems, such as catalysis and high-temperature oxidation of structural materials at atmospheric pressure and in the presence of various gases with or without water vapor. Here, several sample preparation methods are described for various material form factors. During the reaction, mass spectra obtained with a residual gas analyzer (RGA) system with and without water vapor further validates gas exposure conditions during reactions. Integrating an RGA with an in situ CCGR-STEM system can, therefore, provide critical insight to correlate gas composition with the dynamic surface evolution of materials during reactions. In situ/operando studies using this approach allow&#160;for detailed investigation of the fundamental reaction mechanisms and kinetics that occur at specific environmental conditions (time, temperature, gas, pressure), in real-time, and at high spatial resolution.

Performing In Situ Closed-Cell Gas Reactions in the Transmission Electron Microscope

Here, we present a protocol for performing in situ TEM closed-cell gas reaction experiments while detailing several commonly used sample preparation methods.

透過型電子顕微鏡 で の密閉セルガス反応の実施

Gas reactions studied by in situ electron microscopy can be used to capture the real-time morphological and microchemical transformations of materials at ...

シトクロムをカプセル化

要約

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マイクロ波支援酸 - 触媒反応によりシリカナノ粒子の調製

急速な超臨界抽出方法によるシリカエアロゲルモノリスを準備

シランカップリング剤を用いた石英系光バイオセンサーへの生物学的プローブの取り付け

補因子再生と改善された再利用のためのアルギン酸ビーズでマルチ生体触媒の固定化

急速な超臨界抽出法によって作製した触媒のエアロゲルの作製と試験

バイオインスパイアード法を用いた機能性シリカの作製

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

セルロースナノファイバーバイオテンプレートパラジウム複合エアロゲルの合成法

レーザーエッチングと染料の組み込みによる美的強化シリカ・アエロゲル

透過型電子顕微鏡での密閉セルガス反応の実施

シトクロムをカプセル化

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マイクロ波支援酸 - 触媒反応によりシリカナノ粒子の調製

急速な超臨界抽出方法によるシリカエアロゲルモノリスを準備

シランカップリング剤を用いた石英系光バイオセンサーへの生物学的プローブの取り付け

補因子再生と改善された再利用のためのアルギン酸ビーズでマルチ生体触媒の固定化

急速な超臨界抽出法によって作製した触媒のエアロゲルの作製と試験

バイオインスパイアード法を用いた機能性シリカの作製

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

セルロースナノファイバーバイオテンプレートパラジウム複合エアロゲルの合成法

レーザーエッチングと染料の組み込みによる美的強化シリカ・アエロゲル

透過型電子顕微鏡 で の密閉セルガス反応の実施

透過型電子顕微鏡での密閉セルガス反応の実施