The authors would like to acknowledge the technical assistance of Alfred Gunasekaran in electron microscopy studies at the Institute of Micromanufacturing at Louisiana Tech University, and Dr. Jim McNamara for assistance with additional microscopy studies. The work described was supported in part by Louisiana board of Regents PKSFI Contract No. LEQSF (2007-12)-ENH-PKSFI-PRS-04 and the James E. Wyche III Endowed Professorship from Louisiana Tech University (to M.D.).

실험 1. 계획 <ol><li> 합성에 필요한 구리 나노 복합 재료의 양을 결정합니다. 그 기준으로, 작은 볼륨 플라스크 (25cm 2), 또는 자료의 준비에 아래에 표시된 바와 같이 더 큰 플라스크의 번호를 선택합니다. </li><li> 이 합성에 대해, 5 % CO 2와 적어도 40 %의 습도와 37 ° C의 배양기를 사용한다. 이러한 보육이 가능하며 반복적으로 합성의 시간 (약 24 시간) 이상 방해되지 않습니다 있는지 확인하십시오. 주의 : 반복 열기 및 인큐베이터의 폐쇄 확실히 나노 복합 구조의 변형 합성 될 수 있습니다 온도 변화의 원인이됩니다. </li></ol> 재료 2. 준비 <ol><li> 합성을 시작하는 것입니다 직전 용매에 고체 물질을 추가하여, 실험 시작하기 전에 신선한 모든 재료를 준비합니다. 긴 시간 B에 대한 액체에 시스틴과 구리 출발 물질의 재고 솔루션을 유지는 efore 실험은 권장되지 않으며 변수의 결과가 발생할 수 있습니다. 일단 파라 필름과 용기의 상단을 포장하여 건조 원료 공급 업체에서 계속 열었다. 주 : 다음 프로토콜 시스틴 7 μL, 멸균 6643 μL 및 CNPS 350 μL를 사용하여 25cm 2 세포 배양 플라스크 내의 반응 예로서 사용된다. </li><li> CNPS의 최소 2 mg의를 무게에 의해 구리 나노 입자의 2 ㎎ / ㎖ 솔루션을 준비합니다. 피부에 CNPS 가능한 접촉을 방지하기 위해이 단계에서 일회용 장갑을 착용 할 것. 빈 멸균 16 mL 유리 병에 나노 입자를 놓습니다. <ol><li> CNPS이 들어있는 유리 병에, 2 ㎎ / ㎖ 용액을 합성 시작하기 전에 나노 입자의 분산을 제공하기 위해 20 초 동안 솔루션을 와동 적절한 볼륨에서 멸균 탈 이온수를 추가 (최소 1 ml의 총 부피 권장). 이 소용돌이로 교반하여 혼합 억제하므로 물을 유리 병의 절반 이상이 방법을 기입하지 마십시오. CNPS 줘야난 빠르게 유리 병의 바닥에 정착 (검정 회색) 색상 어두운 나타납니다. </li><li> 합성의 시작하기 전에 CNPS의 최대 분산을 제공하기 위해 실온에서 17 분 동안 CNP 솔루션을 sonicate하세요. 주기적으로 CNPS은 초음파로 인해 혼합되어 있는지 확인하십시오. 성공적인 초음파 처리 후, CNPS 적어도 30 분 동안 용액에 현탁 상태로 유지하고, 용액의 색은 어두운 것이다. </li></ol></li><li> 합성 72.9 ㎎ / ㎖ 용액을 만들기 위해 충분한 시스틴의 질량을 단다. 시스틴 물에 직접 용해하지 않기 때문에, 대전 계량 용기에 칭량 시스틴 놓는다. <ol><li> 시스틴이 완전히 용해되도록 계량 용기 포함 시스틴에, 멸균, 1 M NaOH를 충분한 볼륨을 추가합니다. 예를 들어, 72.9 ㎎ / ㎖ 용액을 만들기 위해, 1 M NaOH를 100 μL 완전히 시스틴 7.29 mg을 용해. </li><li> 멸균 흐름 조직 문화 후드에서이 단계를 수행, 무균 상태를 유지합니다. 주의 : 수산화 나트륨1 M 농도가 가성이다에서, 그래서 피부에 농축 된 수산화 나트륨의 접촉을 방지하기 위해이 단계에서 일회용 장갑을 착용 </li></ol></li><li> 무균 조직 배양 후드에서 작업, 먼저 멸균 합성 플라스크에 멸균의 6643 μL과 시스틴의 7 μl를 추가하고, 플라스크 캡으로 37 ° C에서 인큐베이터에서 30 분 동안 품어 보자 효과 제공 (느슨한) 배출 혼합. CNPS는 초음파 단계 후에 정착하기 때문에, 30 초 동안 볼 텍싱하여 2 ㎎ / ㎖ 용액을 CNP 재현 탁. <ol><li> 합성을 시작하도록 25cm 2 세포 배양 플라스크에 멸균 수, 50 부 CNPS 및 949 부를 1 부품 시스틴 결합 : 다음의 성분 비율을 유지하기 위해 (무균 기술을 사용하여) 합성 플라스크에 충분한 CNP 용액을 추가한다. 예를 들어, 7 mL의 합성 볼륨, 시스틴 원액 7 μL, CNPS 350 μL, 멸균 물 6643 μL를 결합한다. 플라스크에 뚜껑을 교체하고 그래서 SECUR가 있음을 조전자. </li><li> 합성을위한 모든 구성 요소를 조합 한 후, 가볍게 4-5 회 소용돌이에 의해 플라스크에 혼합한다. CO 2 배양기에서 플라스크를 놓고와 합성 동안 플라스크 중 가스 교환이 될 수 있도록 뚜껑을 풀어 플라스크를 배출. </li></ol></li><li> 합성이 약 24 시간 동안 인큐베이터에서 실행할 수 있습니다. 합성 중 하나는, 현미경과 눈으로, 높은 선형 복합의 형성을 관찰 할 수있다. 주 : 구조체의 형성 과정은 구조가 초기에 감지하기 어려운 것을 의미에서 갑자기 발생할 수 후 외관 밀도 증가에 신속하게 진행한다. 형성은 따라서 24 시간 전에 발생할 수 있습니다. 큰 구조 및 그 밀도가 증가하게되면 프로세스는 육안으로 관찰 될 수있다. 구조물의 생성 이후 시점에서 현미경으로 눈에 의해 시간이 지남에 따라 관찰 될 수 있지만, 연속 합성 조건을 중단하고 온도 불량으로 이어질합성 결과. </li><li> 단단히 합성 플라스크 상한 및 냉장고 (4 ℃)에서 선박을 저장하여 biocomposites의 합성을 종료합니다. 한번 생성 된 구조는 1 년 이상이 형태로 안정적으로 유지. 사용되는 구성 요소, 합성의 날짜 및 종료 전에 합성의 배양 시간을 포함하여 합성 조건과 플라스크 레이블. </li></ol> 구리 황산을 사용하여 3. 합성 <ol><li> 황산구리 염 CNPS 대체하여 자기 조립 합성을 수행. 멸균 기법을 사용하여, 2 ㎎ / ㎖ 용액을 멸균 증류수 충분한 부피 황산구리 적어도 2 mg을 용해. 황산동 결정을 쉽게 농도로 용액에 들어가 있지만, 필요한 경우 바이알 와동 모든 결정체가 용해되어 육안으로 확인하기 위해 검사한다. </li><li> 전술하지만 황산구리 CNPS 대체로서 황산동의 제조 후, 합성을 수행한다. 주 : 출발 물질로서 황산 구리를 사용하여 자기 조립 된 나노 복합 재료가 CNPS 합성 구조물의 최종 형상보다 훨씬 더 일관되게 나타났다. </li><li> CNP의 복합 재료로 구리 황산 biocomposites의 합성을 종료 (2.6 단계), 4 ℃에서 그들에게 장기를 저장합니다. </li></ol> 4. 특성화 및 Biocomposites 후 합성 처리 <ol><li> CNPS에서 흰색 빛 현미경 (9)에 의해 구리 황산에서와 전자 현미경 (9)에 의해 유도 된 biocomposites을 특성화. <ol><li> 합성 플라스크 평 누워의 몇 분 이내에 플라스크의 바닥 표면에 정착하는 바와 같이 특성화 및 biocomposites 백색광 현미경으로 합성 후 검사를 들어, 거꾸로 현미경을 사용하여, 다음 포커스하게 할 수있다. biocomposites 및 액체 매질 사이의 대비를 극대화하기 위해 현미경의 시야 설정을 사용합니다. CNPS과 경찰에서 파생 된 복합황산 당 모두 색상의 불투명 분명 나타날 것입니다 만, 미 반응 CNP 집계 색상에 매우 어두운 나타납니다. <ol><li> 복합 이미지를 캡처하기 위해 현미경에 연결된 디지털 카메라를 사용한다. 개별 구조물의 길이의 범위가 관찰됩니다. </li></ol></li><li> 특성화 및 biocomposites 합성 후 검사의 경우 4 ℃에서 저장 한 후, 플라스크 현미경 이미징을 수행하는 동안 집중 효과가 모호합니다 냉장고에서 제거에 처음 응축을 형성하므로 플라스크 적어도 15 분 동안 실온으로 올 수 있습니다. RT로 평형을 허용 한 후, 현미경 이미징 품질을 최대화하기 위해 깨끗한 종이 타월로 플라스크의 상부 및 하부 표면을 닦아. </li><li> 냉장고에있는 동안 형성 복합 재료의 덩어리를 떼어 놓다 30 초 동안 장기 저장되어있는 또는 영상 복합, 소용돌이 플라스크를 작업 할 때. 텍싱 후, 반전 마이크와 구조를 검사roscope는 집계가 해리했는지 확인하고 필요 텍싱 반복합니다. </li><li> CNPS를 사용하여 주어진 실험 합성의 효능을 평가하기 위해 반전 된 백색광 현미경을 사용한다. 예를 들어, 합성시와 같은 다른 파라미터를 가지는 플라스크에서 CNP 유래 biocomposites 사용 합성 플라스크 CNPS 미 반응의 유무를 기록. 개별 CNPS는 광학 현미경으로 관찰하기에 너무 작지만 미 CNP은 높은 종횡비, 선형 형태를 가질 것이다 성공적으로 합성 CNP 합성물 달리, 둥근 모양과 어두운 객체로 나타난다 집계 한 참고 서로 다른 길이의 범위를해야합니다. 이것이 일단 형성되면 개별 구조로 분산시키는 것이 곤란하다 고도로 분지 &quot;게&quot;형 구조물을 초래할 것 같은 종료 전에 일정 기간 너무 오랫동안 합성을 수행 피한다. </li><li> 효능을 평가하기 위해 반전 하얀 빛 현미경을 사용하여황산구리를 사용하여 주어진 실험 합성. 황산동이 프로토콜을 이용하여 용액에 완전히 나가기 때문에, 용액을 사용 CNPS 합성 용액으로부터보다 어둡게 나타날 것이다. 이러한 종료​​ 전에 합성 시간으로서 다른 합성 조건에 플라스크를 비교하여 황산구리 복합체의 크기와 정도를 문서화. 참고 : 성공적으로 합성 된 복합 재료가 서로 다른 길이의 범위를 표시합니다. 이 &quot;성게 같은&quot;구조 될 것입니다 일부 복합의 높은 분기 집계 결과 바와 같이, 종료 전에 시간의 기간이 너무 오래 합성을 수행하지 않도록하고있는 일단 형성되면 개별 구조로 분산하기가 어렵습니다 . </li></ol></li><li> biocomposites를 합성 후, 원심 분리 튜브에서 원심 복합 솔루션을 집중. 15 ㎖의 원심 분리 관에 CNP 유래 구조 또는 구리 황산 파생 구조 중 6 ML을 추가합니다. 10 분 동안 원심 분리기RT 500 XG에 펠릿을 형성 하였다. 작은 볼륨의 경우, 0.6 ml의 크기의 튜브에 솔루션 구조의 500 μl를 추가합니다. 적어도 10 분 동안 실온에서 2000 XG에 원심 펠렛을 형성 하였다. <ol><li> 충분한 시간 동안 (microfuges 적어도 10 분)을 원심 분리 한 후, 구조가 심하게 펠릿 상기 상등액을 제거하여 농축 튜브의 하단에 관찰 된 펠릿을 저장한다. 구리 황산에서 파생 Biocomposite 구조는 색상과 CNPS에서 파생 된 구조의 청색 어두운 (검정 회색)되어 나타납니다. </li><li> 이 튜브에 더 많은 복합 재료를 추가하고 필요한 경우 구조를 집중하기 위해 동일한 튜브의 과정을 반복한다. 농축 된 알약을 분산하기 위해 10 ~ 30 초 동안 원하는 튜브 용액의 부피, 소용돌이를 추가합니다. </li></ol></li><li> 초음파 처리 구조는 한번 값을 낮추는 구조의 인구 평균 크기 (길이)를 이동하도록 형성되어있다. 르 멸균 탈 이온수 및 초음파 처리에 넣어 구조AST 10 분. 시간이 지남에 따라이 공정을 이용하여, 구조가 단편화 및 평균 길이 (텍스트도 6 참조)에서 작아진다. 역 하얀 빛 현미경과 디지털 카메라를 사용하여 서로 다른 초음파 시간과 복합 크기의 문서 변경. </li></ol>

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Authors have nothing to disclose.

CNPS 포함 된 나노 물질의 잠재적 인 독성을 평가하는 동안, 이것은 장기적, CNPS는 큰 응집 형태로 초기에 더 분산 미립자 분포 (도 2)로 형질 전환시키고 있음을 관찰 하였다. 일부의 경우, 생물학적 조건 하에서 세포 배양 접시에서 생산 된 이러한 고도로 응집 된 구조물은 &quot;게&quot;를 포함하는 전술 구리 연상시키는 중앙 집합체에서 높은 선형 돌기를 형성 6. 그것은 여기에 나타낸 조건, CNPS 농도 따라서 배양에서 세포의 전부 사망하지 서브 최대였다 세포에 첨가 될 수 있음을 지적한다 (도 2 참조). 이러한 초기 관찰로부터, 실험은 합성에 필요한 O 나머지 주요 구성 요소를 찾기 위해 (그 자체를 포함하여 최종적으로 세포) 세포 배양 조건의 연속 이상의 성분을 제거함으로써 계속 하였다F 선형 구리 biocomposites. 우리는 시스틴, 원래 세포 배양 물의 보충 성분, 정확한 생체 조건 CNPS과 결합 될 때, EDX 분석에 의해 나타낸 바와 같이, 금속, 생화학 적 구성 요소를 모두 포함 고선형 biocomposite으로 나노 입자의 형태의 변형을 초래할 수 발견 제조 된 샘플의 전자 현미경 (도 5)에 의해 스캔. 따라서, CNP 출발 물질에 존재하지 황, 구리 및 생화학 물질 시스틴의 요소가 모두 선형 구조 형성에 필수적인 것을 나타내는 합성 biocomposites에서 두드러진 피크를 나타낸다. 이는 상기 합성 유사한 조건을 사용하지만, 황산구리 CNPS 대체함으로써, 높은 선형성 biocomposites도 형성 될 수 있음을 도시 하였다. 사실, 황산구리 및 시스테인을 사용하는 합성이 &quot;깨끗한&quot;초래하는 경향 EN황산구리가 여기에보고 합성의 모든 용매로 사용되었다 물에 완전히 용해하기 때문에 D 제품은 점에서 미 반응 CNPS는 이제까지 존재하지 않습니다. 또한, 구리 - 황산 biocomposites은 재료의 원심 분리에 따라 분명했다 푸른 색을 유지에 CNP 파생 복합로부터 자신을 구별. 다른 그룹은 이전에 구리 - 시스틴 단지를 공부하고 몇 가지 중요한 화학적 특성을 정의했습니다. 예를 들어, 칼러는 외. 건조시 명백하지만 용액 13 불안정 미세 섬유의 형태, 시스틴 구리 착물의 형성을 보였다. 다른 예에서, L 시스틴 및 다른 금속 양이온과 착물 화 연구는 수성 매질 (14) 내의 구리 및 시스틴 착물 형성을 확인하여 형성된 복합체는 복합체 형성 15에 기여 시스틴에서 황, 단핵 또는 다핵 수있다. 다수의 연구 보고서가생물학적 시스템에서 시스틴과 구리 사이 에드 상호 작용. 예를 들어, 생리 학적 pH에서, 구리 (II)의 아미노산을 함유하는 복합체 (16), 및 황을 형성하는 시뮬레이션 플라즈마 히스티딘 및 시스테인으로 좌표 이온 병아리 17 구리 독성에 대해 보호하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이러한 결과는 구리 선형 biocomposites 형성 우리의 합성 방법에서, 출발 물질과의 복합체에서 시스틴 중요한 역할을지지한다. 이때 합성 전략은 아직 직접 여기에 도시 된 개개의 선형 biocomposites의 길이를 제어 할 수있는 것을 발견되지 않았다. 그러나, 기술 된 합성에서 식별 중요한 단계는 포함 CNPS 통합 합성의 경우 원료의 초음파로 1) 양호한 분산; 2) 새롭게 제조 CNPS, 황산구리, 및 복합 재료의 효과적인 합성 시스테인의 사용; 3) 플라스크에 합성 incubat에 방해받지 유지 할 수 있도록적어도 6 시간; 4) 예방 &quot;과잉 반응&quot;조건이있는 &quot;게&quot;형, 집계 복합 형태의 분지. 합성이 완료되면, 그 구조의 초음파가 구조물의 평균 크기 (길이)를 감소하기 위해 효과적으로 이용 될 수 있음을 도시 하였다. 작은 구조는 세포 흡수 또는 다른 biocomposite - 세포 상호 작용과 같은 응용 프로그램에 도움이 될 수 있도록 초음파 처리. 이전에보고 된 바와 같이, 덜 충전 (음) 형태 9 긍정적 인에서 측정 된 제타 전위를 변경 시스틴과 결합하여 합성하는 동안 CNPS의 안정화를 부과합니다. 담당이 변경 형성된 복합 훨씬 더 편리한 구조의 처리를하게 건조 된 형태 또는 액체 매체에있는 약간의 응집을 보여 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 CNP 유래 및 황산구리 유래 구조의보고 이후 합성 o를 실시UT는 액체 매질에서, 처리 구성 요소와 합성 조건의 정확한 비율로, 여기서 사용 밀리리터 합성 제조법은 확장 할 수있는 또는 아래 밀리리터 이상의 수백을 포함하고, 즉, 고도로 확장 될 수 있음을 예상된다 따라서뿐만 아니라, 더 많은 최종 제품을 수득 할 것으로 예상된다. 때문에 이러한 biocomposites의 금속 (구리) 구성 요소로,이를 원심 분리 (그림 6)에 의해 합성 제품을 집중하는 것은 매우 간단합니다. 출발 물질 CNP 형성 Biocomposites 한 번 가능성으로 인해 미 반응 구리 산화물 나노 입자 (그림 6)에, 펠릿에 집중 어두운 색상을 유지합니다. 이에 비해, 펠릿으로 농축 황산구리 biocomposites 수화 (18)의 다양한 레벨과 황산구리의 속성과 일치하는 청색을 갖는다. 여기에보고 된 신규 한 합성은 또한 의미에서 스케일 러블하다 자기 조립 LIN귀 구조는 전자 현미경 (도 4) 및 기존 백색광 현미경 사용하여 도시 된 바와 같이 마이크로 스케일의 나노 스케일에서 스케일링 (도 3 및도 6). 그것은 최근 설계 코일 코일 단백질 미세 섬유가 형성 섬유 형광 조명 (19)으로 관찰 할 수 있도록 허용 커큐민을 통합 할 수있는보고 된 것을주의하는 것이 재미있다. 유사한 전략이 이미징을위한 더 큰 구조 및 / 또는 향상된 생산을 제공하기 위해 여기에보고 선형 복합체에 스페이서 또는 태깅 에이전트를 포함하는 것이 가능할 수있다.

Copper is a highly reactive metal that in the biological world is essential in some enzyme functions 1,2, but in higher concentrations is potently toxic including in the nanoparticulate form 3,4. Concern over copper toxicity has become more relevant as CNPs and other copper-based nanomaterials are utilized, due to the increased surface area/mass for nanostructures. Thus, even a small mass of copper, in nanoparticle form, could cause local toxicity due to its ability to penetrate the cell and be broken down into reactive forms. Some biological species can complex with and chelate metal ions, and even incorporate them into biological structures as has been described in marine mussels 5. In studying the potential toxic effects of nanomaterials 4, it was discovered that over time, and under biological conditions used for typical cell culturing (37 &#176;C and 5% CO2), stable copper biocomposites could be formed with a high-aspect ratio (linear) structure.
By a process of elimination, the initial discovery of these linear biocomposites, which occurred in complete cell culture media, was simplified to a defined protocol of essential elements needed for the biocomposites to self-assemble. Self-assembly of two types of highly linear biocomposites was discovered to be possible with two starting metal components: 1) CNPs and 2) copper sulfate, with the common biological component being cystine. Although more complex, so called &#8220;urchin&#8221; and &#8220;nanoflower&#8221; type copper-containing structures with nanoscale and microscale features have been previously reported, these were produced under non-biological conditions, such as temperatures of 100 &#176;C or greater 6-8. To our knowledge, synthesis of individual, linear copper-containing nanostructures that are scalable in liquid phase under biological conditions has not been previously described. 
One of the starting materials utilized for synthesis of nanocomposites, namely CNPs, has been reported previously to be very toxic to cells 4. It has recently been reported that after the nanocomposites are formed, these structures are less toxic on a per mass basis than the starting NPs 9. Thus, the synthesis described here may be derived from a biological and biochemical reaction that has utility in stabilizing reactive copper species, both in the sense of transforming the NP form into larger structures and in producing composites less toxic to cells. 
In contrast to many other nanomaterial forms which are known to aggregate or clump upon interaction with biological liquid media 10,11, once formed, the highly linear composites described here avoid aggregation, possibly due to a redistribution of charge which has been previously reported 9. As detailed in the current work, this avoidance of aggregation is convenient for the purposes of working with the structures once formed for at least 3 reasons: 1) composite structures once formed may be concentrated using centrifugation and then easily dispersed again using vortex mixing; 2) formed structures can be decreased in average size by sonication for different periods of time; and 3) the formed linear structures may provide an additional tool for avoiding the recently described &#8220;coffee ring effect&#8221; 12 and thus provide a dopant for creating more evenly distributed coatings of materials, especially those containing spherical particulates.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Mini Vortexer</td>
			<td>VWR (https://us.vwr.com)</td>
			<td>58816-121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Incubator Model # 2425-2</td>
			<td>VWR (https://us.vwr.com)</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Current model calalog # 98000-360</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Centrifuge (Refrigerated Microcentrifuge)</td>
			<td>Labnet (http://labnetinternational.com/)</td>
			<td>C2500-R</td>
			<td>Model Prism R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Culture Centrifuge Model Z323K</td>
			<td>Labnet (http://labnetinternational.com/)</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td>Current model Z206A catalog # C0206-A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonicator (Ultrasonic Cleaner)</td>
			<td>Branson Ultrasonics Corporation (http://www.bransonic.com/)</td>
			<td>1510R-MTH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balance</td>
			<td>Sartorius (http://dataweigh.com)</td>
			<td></td>
			<td>Model CP225D similar model CPA225D</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus IX51 Inverted Light Microscope</td>
			<td>Olympus (http://olympusamerica.com</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus DP71 microscope digital camera</td>
			<td>Olympus (http://olympusamerica.com</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>external power supply unit- white light for Olympus microscope</td>
			<td>Olympus (http://olympusamerica.com</td>
			<td>TH4-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x, 20, and 40x microscope objectives</td>
			<td>Olympus (http://olympusamerica.com</td>
			<td>Contact vendor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscope</td>
			<td>Hitachi (http://hitachi-hitec.com/global/em/sem/sem_index.html)</td>
			<td>model S-4800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscope</td>
			<td>Zeiss (http://zeiss.com/microscopy/en_de/products.html)</td>
			<td>model Libra 120</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Table Top Work Station Unidirectional Flow Clean Bench</td>
			<td>Envirco (http://envirco-hvac.com)</td>
			<td>model PNG62675</td>
			<td>Used for sterile cell culture technique</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generation of scalable, metallic high-aspect ratio nanocomposites in a biological liquid medium

이 프로토콜의 목적은 높은 종횡비 구조를 갖는 두 개의 신규 biocomposites의 합성을 설명하는 것이다. biocomposites 구리 나노 입자 (CNPS) 또는 금속 성분을 기여 황산구리 중 하나와, 구리 및 시스틴 이루어져있다. 합성 생물학적 조건 (37 ° C)와 24 시간 후의 자기 조립 복합 형태 하에서 액상에서 수행된다. 형성되면, 이러한 복합 재료는 모두 액체 매체와 건조 폼에서 매우 안정적이다. 복합 길이 범위를 마이크로 -하는 나노에서 확장, 몇 미크론에서 직경 25 nm의. 에너지 분산 형 X 선 분광법 (EDX)을 전계 방출 주사 전자 현미경은 따라서 최종 나노 복합 재료에서의 황 원으로서 시스테인을 확인, 출발 CNP 재료 결석 동안 황, NP 유래의 선형 구조 내에 존재하는 것을 입증 . 이러한 선형 나노 및 마이크로 복합 재료의 합성, STR의 길이의 다양한 중uctures는 합성 용기 내에서 형성된다. 합성 후 액상 혼합물의 초음파 처리는 초음파 처리 시간 증가로 평균 길이를 감소하여 구조물의 평균 크기를 제어하는​​데 도움이 입증되었다. 형성된 구조는 고도로 응집하지 않는 안정한 액상이 형성되어 있기 때문에, 원심 분리는 또한 집중 형성된 복합체 편석을 돕기 위해 사용될 수있다.

도 1은 본 연구에서 설명한 선형 biocomposites을 형성하는 합성 단계의 흐름도의 개략을 나타낸다. 출발 원료로 CNPS 또는 황산구리는 2 ㎎ / ㎖ 용액을 형성하기 위해 멸균 수와 함께,이 용액을 혼합하고 균일 혼합을 제공하는 초음파 처리하고,이 구리 용액을 합성에 대해 다음과 같은 비율로 혼합되어있다 : 949 부 멸균 물 : 50 부 구리 혼합물 : 1 부 시스틴 원액. 실제 볼륨은 확장 또는 최종 합성 수율을 확장 할 수있는 이러한 비율에 따라 증가 또는 감소 할 수있다. 시간이 지남에 따라 모양이 액체 용액 변화에 따라 정상 백색광 또는 현미경 하에서 육안으로 관찰 할 수있는 표시, 선형 biocomposite 구조가 형성된 적어도 2 시간 동안 배양 한 후. 도 2는 전체 세포 배양 매체 O 이러한 선형 구조물의 초기 탐색에서 대표적인 결과를 나타낸다82 시간의 기간을 VER. 우리의 실험은 세포와 암 세포를 정상에 CNPS 등 다양한 나노 물질의 잠재적 인 독성 평가를 실시하고,도 2에 도시 된 세포는 ATCC (CRL-2020)에서 급성장 뇌종양 세포주이다. 이 세포에 사용되는 전체 미디어의 핵심 보충이 선형 구조 (아래 참조 및 토론 섹션) 문화에서 형성 이유의 발견에 필수적인 구성 요소로 밝혀졌다 시스틴이다. 이는 신속하게 집계 마이크로 (도 2A와 2B)로, 작은 입자가 삭제되어 더 큰 집계 (도 2C 및 2D)를 형성 시간에 CNPS의 초기에도 분산에서. 최종적으로, 미세 선형 구조를 갖는 큰 응집체는 비 BIOL을 사용 이전에 문헌에보고 &quot;게&quot;형 구조물을 형성하는 동일한 웰 (도 2E-H)에 표시ogical 방법 6. 69 및 82 시간에서 최종 두 시점의 비교는 (2G 및 2H, 각각 피규어) 똑같은 필드 이미징으로 나타낸 바와 같이 큰 게 형 구조의 개발이 매우 안정적으로 유지 보여준다. 세포 배양에서의 이러한 조건이 게 같은 구조를 관찰하는 이유를 설명하기 위해 필수적인 요소가 분리 될 수 있는지 결정하기 위해 미디어 구성 요소를 제거하기 시작했다. 우리는 세포 배양 배지에 주요 구성 요소 및 보충 제거의 처리에 의해 최종적으로 자기 조립 공정에 필수 성분으로 확인되었다 시스틴 것을 발견했다. 합성 성분을 단순화하여 셀의 필요없이, 우리는 궁극적으로, 선형 형태로 나노 입자 형태로 변환하는 시간이 지남에 따라 도시 될 수있는 높은 종횡비 (선형) 액체의 구조 등을 형성 할 수 있었다 (도 1 참조), 또는 임의 다른 세포문화 구성 요소 (도 3A-C). 도 4는 나노 입자는 출발 물질 및 선형 나노 구조물을 (도 4a)을 형성 캡처 투과형 전자 현미경 (TEM) 이미지를 포함한 전자 현미경을 이용하여 발견 된 신규 한 구조의 특성을 도시한다. 주제 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지를 출발 물질 CNPS 위해 도시되어 황산구리 형성된 NP에, 선형 구조로부터 형성된 선형 구조물 (각각도 4B-F)을 출발 물질에게. biocomposites는 복합 재료의 필수적인 생물학적 요소로 시스틴 또는 시스틴 유래 물질을 포함하는지 확인하려면, 형성된 구조는 SEM 현미경으로 EDX를 이용하여 분석 하였다. 분석 자료에서 대표 스크린 샷은 그림 5에 표시됩니다. 중요한 것은, CNPS에서 CNPS과 biocomposites을 비교할 때, 눈에 띄는재료 (도 5a)을 출발 CNP에 존재하지 황 피크 나타난다 (도 5B). 이 biocomposite위한 시스틴의 존재와 일치하는 물질 (도 5c), 탄소 및 질소의 피크 (도 5D) 표시를 시작으로 황산구리를 사용 biocomposites 들어. 이때, 합성시의 길이와 복합 재료의 크기를 제어하는​​ 방법이 발견되지 않았다. 도 6에 도시 된 바와 같이, 그러나, 구조의 평균 크기는 합성 후 제어 할 수 있으면, 선형 biocomposites는 서로 다른 시간 동안 초음파 처리 하였다보고자 하였다. 초음파 증가 된 시간으로, 이는 선형 biocomposites의 평균 크기로 감소 것으로 나타났다 명 시야 현미경 (도 6A-D)에 의해 도시. 집중 및 형성된 복합체를 분리시키는 방법 으로서는, 원심 분리에 이용할 수 있고,로는도 6E에 도시-G, 가시 펠릿 사용 볼륨과 원심 분리의 힘에 따라 개발 될 수있다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52901/52901fig1.jpg" /> 합성 설계의 대표도 1의 흐름도의 Cu = NP에 구리 나노 입자.; 시스테인 = 시스틴. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52901/52901fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52901/52901fig2.jpg" /> 완전한 세포 배양 배지와 뇌종양 세포 배양 구리 biocomposite 구조도 2 주제 형성. 82 시간의 합계를 통해 추적 대표적인 실험 뇌종양 세포와 CNPS (50 μg의 / ㎖)를 함유하는 세포 배양 물에 나타낸다. 패널 A와 B 쇼시간 0에서 문화 우물, CNPS 후 잘 하단에 정착했다. 패널은 각각 17, 24, 36, 49, 69, 및 82 시간에서 후속 시점을 표시 CH. 패널 G와 H는 69, 82 시간에 같은 필드를 나타냅니다. 모든 이미지는 구리 재질의 콘트라스트를 향상시키기 위해 명 시야 현미경을 사용하여 얻어졌다. 스케일 바 = A + B 100 미크론, CE 50 미크론 및 F + G를 25 미크론. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52901/52901fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52901/52901fig3.jpg" /> 7 ml의 총 부피로도 1 및 프로토콜 부분에 표시된 바와 같이 선형 biocomposites에 CNPS의도 3. 변형. CNPS은 시스틴 및 물과 결합 하였다. 패널은 시간 0에서 합성 용기를 보여, 패널 B는 3 시간을 보여 주며, 패널 C 쉬6 시간을 OWS. 이미지가 표시된 눈금 막대 (50 미크론)와 브라이트 현미경을 사용하여 얻을 수 있었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52901/52901fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52901/52901fig4.jpg" /> 그림 4. 합성 biocomposites의 전자 현미경 특성 패널 (A). CNP의 TEM 형성 선형 복합 재료와 재료 (라운드를) 시작. 패널 (B) 및 (C)는 SEM을 이용하여 출발 CNPS의 특성을 나타낸다. 패널 (C)는 (B)의 확대 된 이미지입니다. 패널 (D)는 CNPS과 시스틴에서 형성된 복합체의 SEM을 보여줍니다. 패널 (E) 및 황산구리 biocomposites의 (F)의 SEM보기. 패널 (F)는 zoome입니다(E)의 D 이미지. 스케일 바는 모든 이미지에 표시되고, (A)에서 = 200 nm 인, (B)에 1 미크론 (C)에서 500 nm 인, (D), (E) 2 미크론, 및 1 미크론에서 5 미크론 (F ). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52901/52901fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/52901/52901fig5.jpg" /> 출발 물질 및 합성 선형 복합체도 5. EDX (SEM) 분석. 원소 함유량에 대한 EDX 분석을 이용하여 샘플의 SEM 스캔 스크린 스냅 샷. 패널 (A) = CNPS 시작; 패널 (B)는 CNPS과 시스틴에서 biocomposites을 =; 패널 (C) = 황산구리 출발 물질, 및 패널 (D)의 합성을 이리저리 =m 황산구리 및 시스테인. 피크 라벨, C = 탄소, O = 산소, 구리 = 구리, S = 황, 및 N = 질소. 원소의 정체성에 대한 큰 레이블이보기 쉽도록 주요 봉우리 위에 배치되어있다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52901/52901fig5highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/52901/52901fig6.jpg" /> 패널 (AD)에 도시 된 바와 같이 선형 복합 크기 및 농도 포스트 합성도 6. 변형. 황산구리 합성 선형 구조는, 각각 0, 15, 30 또는 60 분 동안 초음파 처리 하였다. 이미지는 모든 이미지에 표시된 200 마이크론의 규모 바 시야 현미경을 사용하여 얻을 수 있었다. 패널 (EG), biocomposites의 농도를 사용하여 원심 분리 : CNPS (에서 파생 된 선형 구조의 6 ml의 &lt;강한&gt; E), 왼쪽과 황산구리 (E를, 오른쪽) 10 분 후 중력 침전 표시됩니다. 500 XG에 원심 분리의 10 분으로 압축 된 펠렛 (패널 F)를 형성한다. (패널 G) (CNP 유래 구조가 오른쪽 튜브에서 왼쪽 튜브와 구리 황산염 유래의 구조에 도시되어있다). 도시 된 바와 같이 동일한 재료로 작은 부피 (500 μL)을 농축시키고, <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52901/52901fig6highres.jpg" target="_blank">큰 보려면 여기를 클릭하세요 이 그림의 버전입니다.</a>

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Generation of Scalable, Metallic High-Aspect Ratio Nanocomposites in a Biological Liquid Medium

여기서 우리는 생물학적 조건하에 액체 배지에서 신규 한 고 종횡비 biocomposites를 합성 프로토콜을 제시한다. biocomposites 각각의 직경 및 길이에서 마이크로 나노 미터 스케일. 시스틴 결합 구리 나노 입자 (CNPS) 및 황산구리는 합성 용 핵심 부품이다.

생물 액체 배지에서 확장 성, 금속 높은 가로 세로 비율 나노 복합 재료의 생성

The goal of this protocol is to describe the synthesis of two novel biocomposites with high-aspect ratio structures. The biocomposites consist of copper ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.0K 조회수.  Centenary College of Louisiana.  여기서 우리는 생물학적 조건하에 액체 배지에서 신규 한 고 종횡비 biocomposites를 합성 프로토콜을 제시한다. biocomposites 각각의 직경 및 길이에서 마이크로 나노 미터 스케일. 시스틴 결합 구리 나노 입자 (CNPS) 및 황산구리는 합성 용 핵심 부품이다. 

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Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including numerous stereoisomers1,2. These metabolites can be formed from free or esterified fatty acids. Many of these oxidized metabolites have biological activity and have been implicated in various diseases including cardiovascular and neurodegenerative diseases, asthma, and cancer3-7. Oxidized bioactive lipids can be formed enzymatically or by reactive oxygen species (ROS). Enzymes that metabolize fatty acids include cyclooxygenase (COX), lipoxygenase (LO), and cytochromes P450 (CYPs)1,8. Enzymatic metabolism results in enantioselective formation whereas ROS oxidation results in the racemic formation of products.
While this protocol focuses primarily on the analysis of AA- and some LA-derived bioactive metabolites; it could be easily applied to metabolites of other fatty acids. Bioactive lipids are extracted from cell lysate or media using liquid-liquid (l-l) extraction. At the beginning of the l-l extraction process, stable isotope internal standards are added to account for errors during sample preparation. Stable isotope dilution (SID) also accounts for any differences, such as ion suppression, that metabolites may experience during the mass spectrometry (MS) analysis9. After the extraction, derivatization with an electron capture (EC) reagent, pentafluorylbenzyl bromide (PFB) is employed to increase detection sensitivity10,11. Multiple reaction monitoring (MRM) is used to increase the selectivity of the MS analysis. Before MS analysis, lipids are separated using chiral normal phase high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC conditions are optimized to separate the enantiomers and various stereoisomers of the monitored lipids12. This specific LC-MS method monitors prostaglandins (PGs), isoprostanes (isoPs), hydroxyeicosatetraenoic acids (HETEs), hydroxyoctadecadienoic acids (HODEs), oxoeicosatetraenoic acids (oxoETEs) and oxooctadecadienoic acids (oxoODEs); however, the HPLC and MS parameters can be optimized to include any fatty acid metabolites13.
Most of the currently available bioanalytical methods do not take into account the separate quantification of enantiomers. This is extremely important when trying to deduce whether or not the metabolites were formed enzymatically or by ROS. Additionally, the ratios of the enantiomers may provide evidence for a specific enzymatic pathway of formation. The use of SID allows for accurate quantification of metabolites and accounts for any sample loss during preparation as well as the differences experienced during ionization. Using the PFB electron capture reagent increases the sensitivity of detection by two orders of magnitude over conventional APCI methods. Overall, this method, SID-LC-EC-atmospheric pressure chemical ionization APCI-MRM/MS, is one of the most sensitive, selective, and accurate methods of quantification for bioactive lipids.

This protocol will demonstrate the extraction and analysis of free and esterified bioactive fatty acids from cells. Fatty acids are accurately quantified using stable isotope dilution, chiral liquid chromatography, electron capture atmospheric chemical ionization multiple reaction monitoring mass spectrometry (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

타겟 안정 동위 원소 희석 액체 크로마 토그래피 - 질량 분광법 분석을위한 세포 지질 추출

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

연구

생체공학

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, each offering its own advantages and shortcomings5,6. Most prominently, due to the microscale device dimensions, a high modulus is required to facilitate implantation into living tissue. Conversely, the stiffness of the device should match the surrounding tissue to minimize induced local strain7-9. Therefore, we recently developed a new class of bio-inspired materials to meet these requirements by responding to environmental stimuli with a change in mechanical properties10-14. Specifically, our poly(vinyl acetate)-based nanocomposite (PVAc-NC) displays a reduction in stiffness when exposed to water and elevated temperatures (e.g. body temperature). Unfortunately, few methods exist to quantify the stiffness of materials in vivo15, and mechanical testing outside of the physiological environment often requires large samples inappropriate for implantation. Further, stimuli-responsive materials may quickly recover their initial stiffness after explantation. Therefore, we have developed a method by which the mechanical properties of implanted microsamples can be measured ex vivo, with simulated physiological conditions maintained using moisture and temperature control13,16,17. 
To this end, a custom microtensile tester was designed to accommodate microscale samples13,17 with widely-varying Young's moduli (range of 10 MPa to 5 GPa). As our interests are in the application of PVAc-NC as a biologically-adaptable neural probe substrate, a tool capable of mechanical characterization of samples at the microscale was necessary. This tool was adapted to provide humidity and temperature control, which minimized sample drying and cooling17. As a result, the mechanical characteristics of the explanted sample closely reflect those of the sample just prior to explantation.
The overall goal of this method is to quantitatively assess the in vivo mechanical properties, specifically the Young's modulus, of stimuli-responsive, mechanically-adaptive polymer-based materials. This is accomplished by first establishing the environmental conditions that will minimize a change in sample mechanical properties after explantation without contributing to a reduction in stiffness independent of that resulting from implantation. Samples are then prepared for implantation, handling, and testing (Figure 1A). Each sample is implanted into the cerebral cortex of rats, which is represented here as an explanted rat brain, for a specified duration (Figure 1B). At this point, the sample is explanted and immediately loaded into the microtensile tester, and then subjected to tensile testing (Figure 1C). Subsequent data analysis provides insight into the mechanical behavior of these innovative materials in the environment of the cerebral cortex.

Environmentally-controlled Microtensile Testing of Mechanically-adaptive Polymer Nanocomposites for ex vivo Characterization

A method is discussed by which the in vivo mechanical behavior of stimuli-responsive materials is monitored as a function of time. Samples are tested ex vivo using a microtensile tester with environmental controls to simulate the physiological environment. This work further promotes understanding the in vivo behavior of our material.

에 대한 기계적 적응 고분자 나노 복합 재료의 환경 제어 Microtensile 테스트<em&gt; 생체</em&gt; 특성

Implantable microdevices are gaining significant attention for several biomedical applications1-4. Such devices have been made from a range of materials, ...

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an additional application for these instruments- viewing viral assemblies in a liquid environment. This exciting and novel method of visualizing biological structures utilizes a recently developed microfluidic-based specimen holder. Our video article demonstrates how to assemble and use a microfluidic holder to image liquid specimens within a TEM. In particular, we use simian rotavirus double-layered particles (DLPs) as our model system. We also describe steps to coat the surface of the liquid chamber with affinity biofilms that tether DLPs to the viewing window. This permits us to image assemblies in a manner that is suitable for 3D structure determination. Thus, we present a first glimpse of subviral particles in a native liquid environment.

In situ TEM of Biological Assemblies in Liquid

Here we describe a procedure to image viral complexes in liquid at nanometer resolution using a transmission electron microscope.

시투에서 액체에 있는 생물학 어셈블리의 TEM

Researchers regularly use Transmission Electron Microscopes (TEMs) to examine biological entities and to assess new materials. Here, we describe an ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

의 생명 공학에 대한 각질 기반의 나노 섬유의 합성

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of smart soft devices for biomedical applications. Although a number of magnetically-responsive drug delivery systems have demonstrated efficacies through either in vitro proof of concept studies or in vivo preclinical applications, their use in clinical settings is still limited by their insufficient biocompatibility or biodegradability. Additionally, many of the existing platforms rely on sophisticated techniques for their fabrications. We recently demonstrated the fabrication of biodegradable, gelatin-based thermo-responsive microgel by physically entrapping poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) chains as a minor component within a three-dimensional gelatin network. In this study, we present a facile method to fabricate a biodegradable drug release platform that enables a magneto-thermally triggered drug release. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and thermo-responsive polymers within gelatin-based colloidal microgels, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

We present a facile method to fabricate a biodegradable gelatin-based drug release platform that is magneto-thermally responsive. This was achieved by incorporating superparamagnetic iron oxide nanoparticles and poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) within a spherical gelatin micro-network crosslinked by genipin, in conjunction with an alternating magnetic field application system.

제어 약물 릴리스에 대한 자기장 응답 하이브리드 젤라틴 마이크로 겔을 교류

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

Preparation of Monodomain Liquid Crystal Elastomers and Liquid Crystal Elastomer Nanocomposites

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and as soft robots. Here, we demonstrate the preparation of shape-responsive liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites along with characterization of their shape-responsiveness, mechanical properties, and microstructure. Two types of LCEs &#8212; polysiloxane-based and epoxy-based &#8212; are synthesized, aligned, and characterized. Polysiloxane-based LCEs are prepared through two crosslinking steps, the second under an applied load, resulting in monodomain LCEs. Polysiloxane LCE nanocomposites are prepared through the addition of conductive carbon black nanoparticles, both throughout the bulk of the LCE and to the LCE surface. Epoxy-based LCEs are prepared through a reversible esterification reaction. Epoxy-based LCEs are aligned through the application of a uniaxial load at elevated (160 &#176;C) temperatures. Aligned LCEs and LCE nanocomposites are characterized with respect to reversible strain, mechanical stiffness, and liquid crystal ordering using a combination of imaging, two-dimensional X-ray diffraction measurements, differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis. LCEs and LCE nanocomposites can be stimulated with heat and/or electrical potential to controllably generate strains in cell culture media, and we demonstrate the application of LCEs as shape-responsive substrates for cell culture using a custom-made apparatus.

We demonstrate the preparation of siloxane-based and epoxy-based liquid crystal elastomers (LCEs) and LCE nanocomposites. The LCEs are characterized with respect to reversible strain, liquid crystal ordering, and stiffness. As a potential application, we demonstrate their use as shape-responsive substrates in a custom device for active cell culture.

모노 도메인 액정 탄성체 및 액정 엘라스토머 나노 복합 재료의 제조

LCEs are shape-responsive materials with fully reversible shape change and potential applications in medicine, tissue engineering, artificial muscles, and ...

A Novel Technique for Generating and Observing Chemiluminescence in a Biological Setting

Intraoperative imaging techniques have the potential to make surgical interventions safer and more effective; for these reasons, such techniques are quickly moving into the operating room. Here, we present a new approach that utilizes a technique not yet explored for intraoperative imaging: chemiluminescent imaging. This method employs a ruthenium-based chemiluminescent reporter along with a custom-built nebulizing system to produce ex vivo or in vivo images with high signal-to-noise ratios. The ruthenium-based reporter produces light following exposure to an aqueous oxidizing solution and re-reduction within the surrounding tissue. This method has allowed us to detect reporter concentrations as low as 6.9 pmol/cm2. In this work, we present a visual guide to our proof-of-concept in vivo studies involving subdermal and intravenous injections in mice. The results suggest that this technology is a promising candidate for further preclinical research and might ultimately become a useful tool in the operating room.

This protocol describes a new intraoperative imaging technique that uses a ruthenium complex as a source of chemiluminescent light emission, thereby producing high signal-to-noise ratios during in vivo imaging. Intraoperative imaging is an expanding field that could revolutionize the way that surgical procedures are performed.

생물학적 설정에서 생성 및 관측 화학 발광위한 새로운 기술

Intraoperative imaging techniques have the potential to make surgical interventions safer and more effective; for these reasons, such techniques are ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

모듈형 DNA 장치 조립 로봇 액체 처리 자동화

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Synthesis of Biocompatible Liquid Crystal Elastomer Foams as Cell Scaffolds for 3D Spatial Cell Cultures

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block co-polymers featuring cholesterol units as side-chain pendant groups, resulting in smectic-A (SmA) liquid crystal elastomers (LCEs). Foam-like scaffolds, prepared using metal templates, feature interconnected microchannels, making them suitable as 3D cell culture scaffolds. The combined properties of the regular structure of the metal foam and of the elastomer result in a 3D cell scaffold that promotes not only higher cell proliferation compared to conventional porous templated films, but also better management of mass transport (i.e., nutrients, gases, waste, etc.). The nature of the metal template allows for the easy manipulation of foam shapes (i.e., rolls or films) and for the preparation of scaffolds of different pore sizes for different cell studies while preserving the interconnected porous nature of the template. The etching process does not affect the chemistry of the elastomers, preserving their biocompatible and biodegradable nature. We show that these smectic LCEs, when grown for extensive time periods, enable the study of clinically relevant and complex tissue constructs while promoting the growth and proliferation of cells.

This study presents a methodology to prepare 3D, biodegradable, foam-like cell scaffolds based on biocompatible side-chain liquid crystal elastomers (LCEs). Confocal microscopy experiments show that foam-like LCEs allow for cell attachment, proliferation, and the spontaneous alignment of C2C12s myoblasts.

3D 공간 세포 배양을위한 세포 발판으로 생체 적합성 액정 엘라스토머 거품의 합성

Here, we present a step-by-step preparation of a 3D, biodegradable, foam-like cell scaffold. These scaffolds were prepared by cross-linking star block ...

Databases to Efficiently Manage Medium Sized, Low Velocity, Multidimensional Data in Tissue Engineering

Science relies on increasingly complex data sets for progress, but common data management methods such as spreadsheet programs are inadequate for the growing scale and complexity of this information. While database management systems have the potential to rectify these issues, they are not commonly utilized outside of business and informatics fields. Yet, many research labs already generate "medium sized", low velocity, multi-dimensional data that could greatly benefit from implementing similar systems. In this article, we provide a conceptual overview explaining how databases function and the advantages they provide in tissue engineering applications. Structural fibroblast data from individuals with a lamin A/C mutation was used to illustrate examples within a specific experimental context. Examples include visualizing multidimensional data, linking tables in a relational database structure, mapping a semi-automated data pipeline to convert raw data into structured formats, and explaining the underlying syntax of a query. Outcomes from analyzing the data were used to create plots of various arrangements and significance was demonstrated in cell organization in aligned environments between the positive control of Hutchinson-Gilford progeria, a well-known laminopathy, and all other experimental groups. In comparison to spreadsheets, database methods were enormously time efficient, simple to use once set up, allowed for immediate access of original file locations, and increased data rigor. In response to the National Institutes of Health (NIH) emphasis on experimental rigor, it is likely that many scientific fields will eventually adopt databases as common practice due to their strong capability to effectively organize complex data.

Many researchers generate "medium-sized", low-velocity, and multi-dimensional data, which can be managed more efficiently with databases rather than spreadsheets. Here we provide a conceptual overview of databases including visualizing multi-dimensional data, linking tables in relational database structures, mapping semi-automated data pipelines, and using the database to elucidate data meaning.

조직 공학에서 중간 크기의 저속, 다차원 데이터를 효율적으로 관리하는 데이터베이스

Science relies on increasingly complex data sets for progress, but common data management methods such as spreadsheet programs are inadequate for the ...