Name: air filter devices including nonwoven meshes of electrospun recombinant spider silk proteins
Uploaded: 2013-05-08T13:00:00
Duration: 9 min 51 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins at JoVE.com

نحن امتنانهم للدعم التقني والعلمي لانجا في Lauterbach (Lehrstuhl Biomaterialien)، لورينز الخلاصه (ساندلر AG) وارمين بيك (B / S / H / G). تم تنفيذ SEM-التصوير من قبل يوهانس ديل (Lehrstuhl Biomaterialien). وقد اشتق التمويل من BMBF (01RB0710).

1. الغزل تحضير المخدر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خذ مجفف بالتجميد eADF4 (C16) البروتين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزن 20 ملغ من eADF4 (C16) في 1 مل عاء التفاعل باستخدام مقياس عالية الدقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة 200 ميكرولتر من hexafluoroisopropanol (HFIP) وختم السفينة مع parafilm. ملاحظة: HFIP متقلبة للغاية وضارة. لأنها يمكن أن تسبب ضررا في المسار التنفسي، والعمل تحت غطاء السلامة، ماصة بعناية، وكاب الأنبوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دوامة تعليق لمدة 1 دقيقة ومواصلة التخلص منه لمسح الحل. لضمان أن كامل المبلغ من البروتين يذوب تماما، ننتظر أكثر من ليلة. </li></ol> 2. Electrospinning <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد جهاز electrospinning (الشكل 1): ضع مواد المرشحات على رأس القطب المضاد ومحددة مسبقا من الجهد من كلا القطب (-22.5 كيلو فولت) والقطب المضاد (+2.5 كيلو فولت). ضبط تدفق حجم إلى 315 ميكرولتر / ساعة. ملاحظة: Wسيتم تبخرت hile electrospinning، HFIP السامة. تأكد من توصيل جهاز electrospinning لغطاء الدخان. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نلقي المتاحة تجاريا G 20 إبرة وطحن طرف حاد مع طاحونة اليد على طول المتبقية من 30 ملم. ربط الإبرة إلى حقنة 1 مل. ملاحظة: مطلوب رأس إبرة الطائرة من أجل توليد تايلور مخروط محددة جيدا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحميل مخدر الغزل كامل (200 ميكرولتر) في حقنة. تراكب مخدر مع 100 ميكرولتر من الهواء، من أجل السماح الحل الكامل ليكون مقذوف أثناء عملية الغزل. ملاحظة: من أجل تجنب انسداد الإبرة، تأكد من أنه لا توجد جسيمات (المجاميع أو الشوائب) في مخدر الغزل. العمل تحت غطاء الدخان! </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق حقنة مليئة إلى ضخ حقنة من الجهاز electrospinning واضغط بعناية المكبس على الحقنة حتى تظهر قطرات على رأس الإبرة. قفل المكبس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المسافةبين رأس الإبرة والقطب العداد إلى 8-20 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء ضخ حقنة وإزالة (المجففة عادة) قطيرة من افتتاح إبرة. تفعيل جميع المنشآت سلامة الجهاز electrospinning فورا والبدء مصدر الجهد العالي في أقرب وقت يظهر القطيرات جديدة. سوف Electrospinning من مخدر الغزل تبدأ في وقت لاحق. استخدام ساعة توقيت للسيطرة على مدة الغزل. ملاحظة: من أجل تجنب تجفيف من الحل، وبالتالي انسداد الإبرة، فمن الضروري لبدء عملية الغزل فورا بعد إزالة الحبرية المجففة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> منذ electrospinning المؤتلف بروتينات الحرير العنكبوت يعتمد على الرطوبة ودرجة الحرارة، للتكيف من المعلمات عملية نحو ظروف المختبر الفردية قد يكون من الضروري (الشكل 2). ملاحظة: لمنع قطرات من تجفيف (الشكل 2B) تمكين معدل تدفق كاف. إذا كان هناك humidi منخفضتاي في الجو المحيط، وضبط الرطوبة النسبية أو رفع معدل التدفق. خفض الجهد حتى يحدث تايلور مخروط السليم (الشكل 2A). عندما لا يكون هناك حل في الطرف (الشكل 2C)، ورفع معدل التدفق وخفض الجهد حتى يحدث الحبرية. ثم ضبط الجهد من أجل إقامة منتظمة ومستقرة تايلور المخروط (الشكل 2A). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 30 ثانية / 60 ثانية / 90 ثانية من electrospinning إيقاف ضخ حقنة. من أجل تجنب الوقوع قطرات، الانتظار 10 ثانية قبل إيقاف مصدر الجهد العالي للافراج عن الضغط المتبقية في المحقنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الخطوات 6-8 لا يمكن أن يؤديها على أنواع مختلفة من مواد التصفية، مثل مادة البولي بروبيلين، البولي بروبلين والبوليستر تنسجم محبوكة، وكذلك ورقة سوداء للمقارنة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لإنتاج شبكة محبوكة للتجارب الاستقرار اللاحقة، استخدم ورقة سوداء بدلا من تصفية المواد وتنفيذ الخطوات 5-7. بعد 5 دقائق من electrospinning، ووقفعملية كما هو موضح في الخطوة 8. </li></ol> 3. آخر معاملة تنسجم محبوكة الحرير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل الحرارة فرن إلى 60 درجة مئوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع ركائز مرشح مع eADF4 (C16) تنسجم محبوكة عموديا مع وجود مسافة لا تقل عن 2 سم في وعاء زجاجي قابل لل. يجب أن يكون حاوية فتحتين التي سيتم استخدامها لاحقا لإدخال الايثانول والماء. ملاحظة: عند تحديد المواد التصفية، تأكد من أن المساحات اللازمة لتجارب النفاذية غير معطوب بواسطة المشابك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط اثنين من 60 مل المحاقن، واحدة مليئة الايثانول واحدة مملوءة بالماء، مع أنابيب سيليكون لافتا إلى أسفل داخل الحاوية بعد المعالجة (الشكل 3). ملاحظة: من أجل أن تكون قادرة على إزالة السائل من الحاوية بعد العلاج، ووضع فتحات الأنابيب في أقرب وقت ممكن إلى أسفل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الحاوية بعد العلاج في اوفEN وإضافة 60 مل من الايثانول بواسطة البثق الحقنة. استخدام ساعة توقيت للسيطرة على مدة العلاج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 90 دقيقة من الايثانول العلاج بخار، وإزالة الايثانول مع المحقنة من الزجاج، وإضافة 60 مل من الماء من الحقنة الثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الانتظار لمدة 90 دقيقة أخرى، ثم إزالة المياه وإيقاف الفرن. من أجل تجنب قطرات عن طريق التكثيف، وترك الحاوية في الفرن حتى يبرد تماما عليه. </li></ol> 4. تحليل العنكبوت الحرير محبوكة تنسجم <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد تنسجم محبوكة الحرير لاختبارات الثبات على الورق الأسود أو أي دعم أخرى قابلة للإزالة. قطع إطارين من الورق المقوى وضبط شريط لاصق مزدوج لزجة. اضغط على إطار واحد على شبكة محبوكة الحرير المودعة على الورق الأسود واستخدام مشرط لقطع الزائدة من ألياف الحرير (الحفاظ على الألياف الزائدة لاحقة SEM-التصوير). بعناية إزالة الإطار من أجل فصل محبوكة من ورقة. كرر هذه الخطوة مع الإطار الثاني(الشكل 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عملية اختبار مجمع دبي للاستثمار: قطع قطعة (1 سم 2) من كل، وبعد المعالجة وغير المعالجة الحرير شبكة محبوكة وتراجع في الماء منزوع الأيونات. فإن غير المعالجة الحرير شبكة محبوكة حل على الفور، في حين أن شبكة محبوكة المعالجة سوف تكون مستقرة (الشكل 5). بعد غمس، تجف العينة انخفض وإعدادها للSEM التصوير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) قياس واللاحقة فورييه deconvolution النفس (FSD): من أجل الحصول على معلومات حول التغييرات الهيكلية للبروتينات الحرير على مرحلة ما بعد العلاج من تنسجم محبوكة، ويمكن تطبيقها FTIR باستخدام المعلمات: النفاذية واسطة، والمسح الضوئي من 800 إلى 4،000 سم -1، ويتم قياس 60 تراكمات وبلغ متوسط ​​لكل الطيف، يتم قياس مرجعية واحدة لكل الطيف. للتحليل الكمي للبيانات، FSD يمكن استخدامها (الشكل 6 والشكل 7). وبالتالي، يتم تخفيض منحنيات إلى ع البياناتيتم تنفيذ EA بين 1،590 و 1،705 سم -1 وتصحيح خط الأساس. يتم احتساب المحلية مناسبا الأقل مربع وفقا لمواقف الذروة مأخوذة من دراسات سابقة (1611، 1619، 1624، 1630، 1640، 1650، 1659، 1666 و 1680 (1691) (1698) سم -1) 22. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SEM التصوير: SEM يمكن تطبيقها على التحقيق في أقطار الألياف ومورفولوجية ألياف الحرير على ركائز مختلفة وتصفية لتحليل تأثير مرحلة ما بعد العلاج على مورفولوجيا الألياف (الشكل 8). استخدام تكبير من 5،000 إلى 25،000 X X من أجل الحصول على صور مفصلة بما فيه الكفاية. </li></ol> 5. تحديد نفاذية الهواء <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع جزء السليم المناسب للمواد تصفية على منطقة قياس عبوة نفاذية الهواء Akustron. ملاحظة :: إذا كنت تستخدم نوع آخر من جهاز نفاذية الهواء، تأكد من أنه يفي بمتطلبات DIN 53 887، DIN 53 120، ISO 9237 وASTM D 737-96 المعايير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl">توظيف جهاز نفاذية الهواء Akustron (أو أي دولة أخرى كما هو مبين في 5.1). إذا لزم الأمر حساب بيانات الوحدة الطبية النرويجية [L / (م 2 × ثانية)]. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوتين 1 و 2 10 مرات على الأقل مع أجزاء مختلفة من عينتك وحساب الوسط الحسابي (الشكل 9). ملاحظة: نفاذية الهواء قياس يتطلب الاتصال من الجهاز وشبكة محبوكة. وهكذا، فإن معالجة متأنية من العينات ضروري لمنع تمزق حساسة الحرير شبكة محبوكة. </li></ol> 6. تقرير من تصفية الكفاءة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام جهاز السليم مع السيطرة على ضغط ومكافحة الجسيمات، مثل بحجم الجسيمات العالمي (بالاس محدودة، كارلسروه، المانيا). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينات في جهاز فلتر وقياس الاحتفاظ الجسيمات (الشكل 10). الهباء الجوي: دي إيثيل هكسيل--sebacat (DEHS)؛ أحجام الجسيمات: 0،3-3 ميكرومتر؛ المدة: 30 ثانية؛ سرعة السائل: 2،350 سم / ثانية؛ تدفق الهواء: 3،400 م 3 / ساعة. <br/&gt; ملاحظة: التعامل مع عينة مع الرعاية وعدم لمس السطح لمنع تدمير شبكة محبوكة وتجنب أي تلوث. تأكد من إنشاء عينات كافية من نوعية متساوية لقياس الأداء. </li></ol>

<ol>
	<li>Gosline, J. M., Guerette, P. A., Ortlepp, C. S., Savage, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanical+design+of+spider+silks:+From+fibroin+sequence+to+mechanical+function.">The mechanical design of spider silks: From fibroin sequence to mechanical function.</a> J. Exp. Biol. 202, 3295-3303 (1999).</li><li>Vollrath, F., Basedow, A. B. P., Engstr&#246;m, W., List, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+tolerance+to+spider+silks+and+protein+polymers+in+vivo.">Local tolerance to spider silks and protein polymers in vivo.</a> In Vivo. 16, 229-234 (2002).</li><li>Allmeling, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spider+silk+fibres+in+artificial+nerve+constructs+promote+peripheral+nerve+regeneration.">Spider silk fibres in artificial nerve constructs promote peripheral nerve regeneration.</a> Cell Prolif. 41, 408-420 (2008).</li><li>Huemmerich, D., Helsen, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Primary+structure+elements+of+spider+dragline+silks+and+their+contribution+to+protein+solubility.">Primary structure elements of spider dragline silks and their contribution to protein solubility.</a> Biochemistry. 43, 13604-13612 (2004).</li><li>Huemmerich, D., Slotta, U., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+and+modification+of+films+made+from+recombinant+spider+silk+proteins.">Processing and modification of films made from recombinant spider silk proteins.</a> Appl. Phys. a-Mater. 82, 219-222 (2006).</li><li>Leal-Egana, A., Lang, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+of+Fibroblasts+with+Different+Morphologies+Made+of+an+Engineered+Spider+Silk+Protein.">Interactions of Fibroblasts with Different Morphologies Made of an Engineered Spider Silk Protein.</a> Adv. Eng. Mater. 14, 67-75 (2012).</li><li>Wohlrab, S., Spiess, K., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Varying+surface+hydrophobicities+of+coatings+made+of+recombinant+spider+silk+proteins.">Varying surface hydrophobicities of coatings made of recombinant spider silk proteins.</a> J. Mater. Chem. 22, 22050-22054 (2012).</li><li>Hermanson, K. D., Huemmerich, D., Scheibel, T., Bausch, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+microcapsules+fabricated+from+reconstituted+spider+silk.">Engineered microcapsules fabricated from reconstituted spider silk.</a> Adv. Mater. 19, 1810-1815 (2007).</li><li>Spiess, K., Wohlrab, S., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+characterization+and+functionalization+of+engineered+spider+silk+films.">Structural characterization and functionalization of engineered spider silk films.</a> Soft Matter. 6, 4168-4174 (2010).</li><li>Slotta, U. K., Rammensee, S., Gorb, S., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+engineered+spider+silk+protein+forms+microspheres.">An engineered spider silk protein forms microspheres.</a> Angew. Chem.-Int. Edit. 47, 4592-4594 (2008).</li><li>Schacht, K., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+hydrogel+formation+of+a+recombinant+spider+silk+protein.">Controlled hydrogel formation of a recombinant spider silk protein.</a> Biomacromolecules. 12, 2488-2495 (2011).</li><li>Exler, J. H., Hummerich, D., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+amphiphilic+properties+of+spider+silks+are+important+for+spinning.">The amphiphilic properties of spider silks are important for spinning.</a> Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 3559-3562 (2007).</li><li>Sundaray, B., Subramanian, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospinning+of+continuous+aligned+polymer+fibers.">Electrospinning of continuous aligned polymer fibers.</a> Appl. Phys. Lett. 84, 1222 (2004).</li><li>Van Hulle, S. W. H., Bjorge, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+assessment+of+electrospun+nanofibers+for+filter+applications.">Performance assessment of electrospun nanofibers for filter applications.</a> Desalination. 249, 942-948 (2009).</li><li>Zhou, S. B., Peng, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+characterization+of+a+novel+electrospun+spider+silk+fibroin/poly(D,L-lactide)+composite+fiber.">Preparation and characterization of a novel electrospun spider silk fibroin/poly(D,L-lactide) composite fiber.</a> J. Phys. Chem. B. 112, 11209-11216 (2008).</li><li>Stephens, J. S., Fahnestock, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+electrospinning+and+solution+casting+protocols+on+the+secondary+structure+of+a+genetically+engineered+dragline+spider+silk+analogue+investigated+via+fourier+transform+Raman+spectroscopy.">Effects of electrospinning and solution casting protocols on the secondary structure of a genetically engineered dragline spider silk analogue investigated via fourier transform Raman spectroscopy.</a> Biomacromolecules. 6, 1405-1413 (2005).</li><li>Greiner, A., Wendorff, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospinning:+a+fascinating+method+for+the+preparation+of+ultrathin+fibers.">Electrospinning: a fascinating method for the preparation of ultrathin fibers.</a> Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 5670-5703 (2007).</li><li>Smit, E., Buttner, U., Sanderson, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+yarns+from+electrospun+fibers.">Continuous yarns from electrospun fibers.</a> Polymer. 46, 2419-2442 (2005).</li><li>Teo, W. E., Ramakrishna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+electrospinning+design+and+nanofibre+assemblies.">A review on electrospinning design and nanofibre assemblies.</a> Nanotechnology. 17, 89-106 (2006).</li><li>Greiner, A., Wendorff, J. H., Yarin, A. L., Zussman, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biohybrid+nanosystems+with+polymer+nanofibers+and+nanotubes.">Biohybrid nanosystems with polymer nanofibers and nanotubes.</a> Appl. Microbiol. Biotechnol. 71, 387-393 (2006).</li><li>Spiess, K., Lammel, A., Scheibel, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recombinant+spider+silk+proteins+for+applications+in+biomaterials.">Recombinant spider silk proteins for applications in biomaterials.</a> Macromolecular Biosciences. 10, 998-1007 (2010).</li><li>Hu, X., Kaplan, D., Cebe, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+beta-sheet+crystallinity+in+fibrous+proteins+by+thermal+analysis+and+infrared-+spectroscopy.">Determining beta-sheet crystallinity in fibrous proteins by thermal analysis and infrared- spectroscopy.</a> Macromolecules. 39, 6161-6170 (2006).</li></ol>

ليس لدينا شيء في الكشف عنها.

أجهزة تصفية جديد يجب أن يسمح خفض استهلاك الطاقة عموما في تنقية الهواء في الكفاءة مرشح ثابت، أو ما يفوقها. هنا، تم إنشاء مثل هذه الأجهزة التي تستخدم منسوجات مصنوعة من حرير العنكبوت. بسبب التوتر سطحه المنخفضة وارتفاع في معدل التذبذب، وقد تم اختيار HFIP كمذيب مناسبة لعملية electrospinning. وعلاوة على ذلك، تم اختبار حلول الحرير المائي في التجارب السابقة، ولكن يمكن إنشاء أية ألياف. هنا، سيكون من الأهمية بمكان استخدام مواد مضافة من أجل خفض التوتر السطحي وبالتالي تحسين خصائص الغزل من الحل. الخطوة الأكثر أهمية هو لضبط الأوضاع وتركيز المواد المستخدمة والمذيبات من الحل الغزل، والغزل ارتفاع، والجهد وسرعة قذف. أثناء الأداء، على سبيل المثال انسداد طرف يمكن منعها من خلال تزويد طرف الإبرة مع الرطوبة في شكل بخار الماء، ولكن أي نوع من الإضافات في إعداد electrospinning قد تخل في وقت لاحقعملية حساسة والحقل الكهربائي. تم المعلمات عملية أساسية (تركيز، والجهد، وبعد المسافة، الرطوبة) تحدد بشكل فردي تنفيذ سلسلة تجريبية منفصلة (لا تظهر البيانات). مع الأخذ بعين الاعتبار جميع المعلمات من الأهمية بمكان أن تأخذ الرعاية من تايلور مخروط الغزل المستمر وعملية لإنشاء ألياف موحدة. كفاءة المرشح هو واحد من أهم المعايير للمواد التصفية. ويتأثر هذه المعلمة أساسا من هيكل من المواد التصفية. فينس ترث أحجام المسام موحدة ونفاذية الهواء احقا التي تتماشى. ومن الأهمية بمكان خلق تنسجم محبوكة متجانسة على هذه المواد قالب لملء المسام وتوليد مرشح صفر من العيوب. كفاءة المرشح في المرشحات لدينا يظهر الاعتماد المباشر على مدة الغزل (من بروتينات الحرير)، وبالتالي، على عدد من طبقات شبكة محبوكة. يتم ملء الفجوات بين الألياف واحد باستمرار، وتمكن من الاحتفاظ Oو جسيمات أصغر. في هذا العمل الذي نقوم بعرض طريقة لإنتاج مواد المرشحات رواية تنسجم مع العنكبوت محبوكة الحرير، والتي تبين كفاءة فلتر عالية. لذلك، هذه الفلاتر هي المرشحين واعدة للاستخدام في المستقبل في أنظمة تنقية الهواء.

بسبب الجمع بينهما من القوة والتمدد، يمكن أن ألياف حرير العنكبوت استيعاب المزيد من الطاقة الحركية من معظم الألياف الطبيعية أو الاصطناعية الأخرى 1. وعلاوة على ذلك، على عكس المواد البوليمرية معظم المواد الاصطناعية الحرير هي غير سامة وحيويا ويسبب أي رد فعل حساسية عندما تدمج 2،3. المخاطر الصحية المفترضة يمكن منعها باستخدام حرير العنكبوت. هذه الميزات تجعل حرير العنكبوت جذابة للغاية لمجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية والتقنية. منذ العناكب لا يمكن أن تكون تربيتها بسبب سلوكهم أكل لحوم البشر، وقد تم تطوير أساليب التكنولوجيا الحيوية لإنتاج البروتينات حرير العنكبوت، سواء من حيث التكلفة بكفاءة وبكميات كافية 4. فقد تم تصميمها على بروتين الحرير المؤتلف eADF4 (C16) على أساس التسلسل الطبيعي للعنكبوتية diadematus الفبرويين 4 (ADF4). eADF4 (C16) لديه الوزن الجزيئي لل48kDa 5 وقابل للذوبان في المذيبات المختلفة (hexafluoroisopropanol (HFIP) 6، حمض الفورميك 7 و مخازن مائي) 8. eADF4 (C16) يمكن معالجتها في الأشكال التضاريسية مختلفة مثل الأفلام 9، 8 كبسولات، والجسيمات 10، 11 الهلاميات المائية، طلاء 7، ألياف 12 و تنسجم محبوكة 6. بسبب استقرارها الكيميائي، وهذه الأخيرة توفير إمكانات عالية في تطبيقات مرشح. هنا، نقدم بروتوكول لصنع أجهزة فلتر الهواء بما في ذلك شبكة محبوكة من electrospun المؤتلف بروتينات حرير العنكبوت. الغزل Electrospinning أو كهرباء هي تقنية تستخدم عادة لإنتاج ألياف البوليمر بأقطار في حدود 10 نانومتر -10 ميكرومتر 13، وتنسجم محبوكة وقد تم بالفعل التحقيق لتطبيقات فلتر 14. في الماضي، وقد electrospinning تم تطبيقها بنجاح لمعالجة مجدد 15 وكذلك أنتجت recombinantly 16 حرير العنكبوتالبروتينات. عادة يتم تطبيق الجهد الكهربائي العالي (5-30 كيلو فولت) إلى حقنة والقطب المضاد (0-20 كيلو فولت) وضعت في مسافة 8-20 سم. الحقل الكهربائي قوي يدفع قوى التنافر داخل حل مشحونة. إذا تم تجاوز التوتر السطحي، ويتكون مخروط تايلور، وطائرة رقيقة يثور من طرف 17،18. بعد تشكيل، تحدث عدم الاستقرار الانحناء داخل الطائرة مما تسبب في مزيد تمتد كما يتبخر المذيب، ويتم تشكيل الألياف الصلبة. وأخيرا، وتودع الألياف عشوائيا على القطب المضاد باعتبارها محبوكة شبكة 19. خصائص الألياف مثل قطر وسطح طوبولوجيا (نحو سلس، والتي يسهل اختراقها) تعتمد بشكل أساسي على معلمات حل مثل التركيز، واللزوجة، سطح الطاقة الحرة والموصلية الكهربائية الجوهرية المذيب ونفاذية 20. Electrospinning من eADF4 (C16) الذائب في نتائج HFIP في ألياف ناعمة بأقطار من 80-1،100 نانومتر اعتمادا على تركيز البروتين في المحلول.eADF4 (C16) electrospun من HFIP يعرض هيكل الثانوي في الغالب α-حلزونية والألياف هي للذوبان في الماء 6. من أجل تحقيق الاستقرار في ألياف الحرير، والهياكل β ورقة يتعين الناجمة عن معالجة لاحقة مع الايثانول. وعلى النقيض من أساليب المعالجة اللاحقة المحددة سابقا 21، في هذه الدراسة eADF4 (C16) منسوجات تم التعامل مع بخار الإيثانول من أجل الحفاظ على التشكل من ألياف الحرير. تم إجراء تحليل هيكل الثانوية باستخدام تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) واللاحقة فورييه deconvolution النفس (FSD) كما هو موضح في الأدب 22. FSD هو أداة معالجة الإشارات التي تسمح قرار من FTIR أطياف تتكون من عدة نطاقات متداخلة. وبالتالي، فإن نطاقات غير واضحة من واسع وسط المنطقة أنا يمكن تضييق باستخدام فلتر تمريرة عالية للحصول على الطيف deconvoluted مع تحسين القرارات الذروة. من أجل تقييم EFFiciency من ركائز مرشح تستكمل مع تنسجم محبوكة الحرير، وأجريت اختبارات نفاذية الهواء باستخدام جهاز Akustron وفقا لبروتوكولات القياسية. تم قياس معدلات ترسيب باستخدام بالاس عالمي بحجم الجسيمات.

air filter devices including nonwoven meshes of electrospun recombinant spider silk proteins

على أساس تسلسل الطبيعي للعنكبوتية diadematus الفبرويين 4 (ADF4)، والمؤتلف العنكبوت بروتين الحرير eADF4 (C16) وقد تم تصميم. هذا البروتين المتكررة للغاية لديه الوزن الجزيئي لل48kDa وقابل للذوبان في المذيبات المختلفة (hexafluoroisopropanol (HFIP)، حمض الفورميك ومخازن مائي). eADF4 (C16) يوفر قدرة عالية على التطبيقات التقنية المختلفة عندما معالجتها في الأشكال التضاريسية مثل الأفلام، وكبسولات، والجسيمات، الهلاميات المائية، والطلاء والألياف وتنسجم محبوكة. بسبب استقرارها الكيميائي والتشكل للرقابة، وهذه الأخيرة يمكن استخدامها لتحسين مواد التصفية. في هذا البروتوكول، ونحن تقديم إجراء لتعزيز كفاءة مختلف أجهزة تصفية الجو، عن طريق ترسب تنسجم محبوكة من electrospun المؤتلف بروتينات حرير العنكبوت. Electrospinning من eADF4 (C16) الذائب في نتائج HFIP في ألياف ناعمة. الاختلاف في تركيز البروتين (5-25٪ ث / ت) النتائج في أقطار مختلفة من الألياف (80-1،100 نانومتر) ووبالتالي أحجام المسام من شبكة محبوكة. آخر معاملة eADF4 (C16) electrospun من HFIP ضروري لأن البروتين يعرض هيكل الثانوي في الغالب α-حلزونية في نسج الألياف طازجة، وبالتالي فإن الألياف هي للذوبان في الماء. معالجة لاحقة مع الإيثانول بخار يدفع تشكيل مقاومة للماء، والهياكل β ورقة مستقرة، والحفاظ على التشكل من ألياف الحرير وتنسجم. تم إجراء تحليل هيكل الثانوية باستخدام تحويل فورييه الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR) واللاحقة فورييه deconvolution النفس (FSD). وكان الهدف الأساسي لتحسين كفاءة مرشح من ركائز مرشح القائمة عن طريق إضافة طبقات محبوكة الحرير على القمة. لتقييم تأثير electrospinning المدة وبالتالي محبوكة سماكة طبقة على كفاءة المرشح، أجرينا اختبارات نفاذية الهواء في تركيبة مع القياسات ترسب الجسيمات. وأجريت التجارب طبقا للمواصفة القياسيةالبروتوكولات.

Electrospinning المؤتلف حلول حرير العنكبوت مع تركيزات 10٪ ث / ت من HFIP أسفرت عن ألياف ناعمة مع بأقطار تتراوح ما 80-120 نانومتر، مما يسمح بتشكيل تنسجم محبوكة. لم آخر المعاملة مع بخار الايثانول لا تؤدي إلى تغيرات شكلية واضح، والتي كانت، بالتالي، على النحو المنصوص عليه بطريقة سليمة من الحرير محبوكة بعد المعالجة (الشكل 8). تم الكشف عن التغييرات الهيكلية باستخدام FT-IR وFSD اللاحقة من وسط I العصابات أجريت لتحليل قمم مساهمة واحدة (الشكل 6). ويمكن أن يتبين أنه بعد العلاج يؤدي إلى زيادة في الهياكل β ورقة، في حين أن محتوى α-حلزونية اوند هياكل لفائف عشوائي النقصان (الشكل 7). وهذا يمكن أن تكون النتيجة ثبت عمليا عن طريق غمس في مرحلة ما بعد المعالجة محبوكة في الماء (الشكل 5). حتى بعد أسبوع واحد، سوف تحدث لا حل شبكة محبوكة. الغزل دوالتموينية هو المعلمة الأكثر أهمية فيما يتعلق بتطبيق منسوجات الحرير في مواد التصفية ويرجع ذلك إلى انخفاض الضغط استنادا إلى الكثافة المتزايدة للألياف electrospun. تمديد فترات الغزل اوند بالتالي عدد أكبر من الألياف طبقات نتيجة في الانخفاض الهائل من نفاذية الهواء. يمكن أن يتم الكشف عن هذا التأثير لجميع المواد الركيزة مرشح مختلفة قبل وبعد المعالجة اللاحقة (الشكل 9). وبالمثل، فإن كفاءة الترشيح من المواد التي تحتوي على الحرير مرشح من بين ميكرومتر الفرعية جسيمات زيادات (الشكل 10). في حين فترات قصيرة الغزل (30 ثانية) اكتساب مزيد من الكفاءة مرشح منخفض، فترات الغزل أعلى (90 ثانية) تؤدي إلى زيادة الكفاءة. <img alt="الشكل 1" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig1.jpg" /> الشكل 1. الجهد العالي الكهربائية (0-30 كيلو فولت) ط<html> و تطبيقها على حقنة مليئة حل الحرير، ويوضع القطب المضاد (0-20 كيلو فولت) في مسافة 8-20 سم. هذا الإعداد يؤدي إلى الحقل الكهربائي القوي، الأمر الذي أدى قوى التنافر داخل حل مشحونة. إذا تم تجاوز التوتر السطحي، ويتكون مخروط تايلور، وطائرة رقيقة يثور من غيض. بعد تشكيل، تحدث عدم الاستقرار الانحناء داخل الطائرة مما تسبب في مزيد تمتد كما يتبخر المذيب، ويتم تشكيل الألياف الصلبة. وأخيرا، وتودع الألياف عشوائيا على القطب العداد في شكل شبكة محبوكة. <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig2.jpg" /> الشكل 2. صور لتايلور مخروط العادية (A)، قطرات المجففة (B)، والإعداد دون قطرة (C). iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg &quot;/&gt; الشكل (3). الإجراء التخطيطي خلال بخار مرحلة ما بعد العلاج. في الخطوة الأولى، يتم ملء الغرفة مع الإيثانول، وعلى البخار العينة في 60 درجة مئوية لمدة 90 دقيقة. من أجل تليين تنسجم محبوكة لمعالجة اللاحقة، تتم إزالة الإيثانول وعلى البخار الألياف مع بخار الماء لمدة 90 دقيقة عند 60 درجة مئوية. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig3large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . <img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig4.jpg" /> الشكل 4. صورة لإطار من الورق المقوى مع المرفقة تنسجم محبوكة الحرير لاستخدامها في مرحلة ما بعد العلاج. <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig5.jpg" /> الشكل 5. Electrospالأمم المتحدة وبعد ذلك في مرحلة ما بعد المعالجة محبوكة في الحالة الجافة (A) وتحت سطح الماء (B). <img alt="الشكل (6)" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig6.jpg" /> الشكل (6). فورييه deconvoluted النفس الطيف الامتصاصية من أميد أنا الفرقة من دون علاج (A) وبعد المعالجة (B) حرير العنكبوت محبوكة شبكة. يعرض خط الصلبة الفرقة الامتصاصية الناجمة عن قمم مساهمة واحدة (الخطوط المنقطة) على النحو المستمد بعد deconvolution. واستند تعيين منحنيات منهما على القيم التي تم نشرها مسبقا من الأدب 22. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig6large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . <img alt="الرقم 7" fo:conten<html> تي العرض = &quot;5IN&quot; FO: SRC = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg&quot; SRC = &quot;/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg&quot; /&gt; الرقم 7. المحتوى هيكل الثانوية من تنسجم محبوكة غير المعالجة والمعالجة eADF4 آخر (C16). <img alt="الرقم 8" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig8.jpg" /> الشكل 8 صور SEM من electrospun eADF4 (C16) ألياف على ركائز مرشح مختلفة: مادة البولي أميد (PA)، بوليستر (PE) والبولي بروبيلين (PP) ونقية eADF4 (C16) ألياف قبل (S1) وبعد (S2) في مرحلة ما بعد العلاج مع بخار الإيثانول. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/50492/50492fig8large.jpg" target="_blank">انقر هنا لعرض أكبر شخصية</a> . / ftp_upload/50492/50492fig9.jpg &quot;/&gt; الرقم 9. اختبارات نفاذية الهواء، قبل (A) وبعد مرحلة ما بعد العلاج (B) من شبكات محبوكة الحرير مع بخار الإيثانول، وزيادة مرات الغزل تؤدي إلى طبقات أكثر محبوكة خفض في وقت لاحق من نفاذية الهواء. <img alt="الرقم 10" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/50492/50492fig10.jpg" /> الرقم 10. كفاءة فلتر من الهباء الجوي ثنائي إيثيل هكسيل-sebacat على electrospun حرير العنكبوت تنسجم محبوكة على مواد التصفية مادة البولي أميد في فترات مختلفة الغزل، والتأثير على كمية طبقة من الحرير، وبعد مرحلة ما بعد العلاج مع الايثانول.

Watch this Scientific Journal Video about Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins at JoVE.com

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

ألياف حرير العنكبوت عرض خصائص ميكانيكية استثنائية. هندستها<em&gt; عنكبوتية diadematus</em&gt; الفبرويين 4 (eADF4) يمكن معالجتها في تنسجم محبوكة باستخدام electrospinning. هنا، يتم استخدام eADF4 تنسجم محبوكة لتحسين أداء أجهزة تصفية الهواء.

تصفية الهواء بما فى ذلك الأجهزة تنسجم محبوكة من Electrospun المؤتلف بروتينات حرير العنكبوت

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

Silk Film Culture System for in vitro Analysis and Biomaterial Design

نظام الحرير ثقافة السينما ل في المختبر تحليل وتصميم مادة بيولوجية

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

Postproduction Processing of Electrospun Fibres for Tissue Engineering

المعالجة بعد الإنتاج من الألياف Electrospun للهندسة الأنسجة

Electrospinning is a commonly used and versatile method to produce  scaffolds (often biodegradable) for 3D tissue engineering.1, 2, 3 Many tissues in vivo ...

Synthetic Spider Silk Production on a Laboratory Scale

الاصطناعية إنتاج حرير العنكبوت على نطاق المختبر

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

Biosensor for Detection of Antibiotic Resistant Staphylococcus Bacteria

جهاز الاستشعار البيولوجي للكشف عن المضادات الحيوية البكتيريا العنقودية الذهبية المقاومة لل

A structurally transformed lytic bacteriophage having a broad host range of Staphylococcus aureus strains and a penicillin-binding protein (PBP 2a) ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

تصميم بروتين الحرير الحرير المواد سبيكة للتطبيقات الطبية الحيوية

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

Electrospun Fibrous Scaffolds of Poly(glycerol-dodecanedioate) for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

Electrospun Fibrous Scaffolds of Polyglycerol-dodecanedioate for Engineering Neural Tissues From Mouse Embryonic Stem Cells

Electrospun الليفية سقالات بولي (الجلسرين-dodecanedioate) للهندسة الأنسجة العصبية من الخلايا الجذعية الجنينية الماوس

For tissue engineering applications, the preparation of biodegradable and biocompatible scaffolds is the most desirable but challenging task. &#160;Among ...

Optimizing Attachment of Human Mesenchymal Stem Cells on Poly(&#949;-caprolactone) Electrospun Yarns

Optimizing Attachment of Human Mesenchymal Stem Cells on PolyÃƒÅ½Ã‚Âµ-caprolactone Electrospun Yarns

تحسين مرفق من الوسيطة الإنسان الخلايا الجذعية على بولي (ε-caprolactone) خيوط Electrospun

Research into biomaterials and tissue engineering often includes cell-based in vitro investigations, which require initial knowledge of the starting cell ...

Electrospun Nanofiber Scaffolds with Gradations in Fiber Organization

Electrospun ألياف نانوية السقالات مع التدريجات ​​في منظمة الألياف

The goal of this protocol is to report a simple method for generating nanofiber scaffolds with gradations in fiber organization and test their possible ...

Engineered 3D Silk-collagen-based Model of Polarized Neural Tissue

استنادا الحرير الكولاجين المهندسة 3D نموذج الاستقطاب العصبية الأنسجة

Despite huge efforts to decipher the anatomy, composition and function of the brain, it remains the least understood organ of the human body. To gain a ...

Fabricating Cotton Analytical Devices

افتعال القطن الأجهزة التحليلية

A robust, low-cost analytical device should be user-friendly, rapid, and affordable. Such devices should also be able to operate with scarce samples and ...