Name: molecular entanglement and electrospinnability of biopolymers
Uploaded: 2014-09-03T15:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers at JoVE.com

Dette arbeidet er finansiert delvis av USDA National Institute for Food and Agriculture, nasjonal konkurranse Grants Program, National Research Initiative Program 71.1 FY 2007 som Grant No. 2007-35503-18392, og National Institutes of Health, Institutt for allergi og smittsomme sykdommer , R33AI94514-03.

1. Spinning Dope Forberedelse <ol><li> Tilbered en rekke konsentrasjoner biopolymer som skal undersøkes (0,1% til 30%, w / v), og være sikker på å vurdere fuktighetsinnholdet i pulveret biopolymer i disse beregningene. For hver konsentrasjon, vekt-biopolymer (stivelse eller pullulan) pulver i et 50 ml testrør. Legg vandig dimetylsulfoksyd (DMSO) løsning og en rørestav. </li><li> Anbring røret i kokende vann under konstant omrøring på en magnetrører kokeplate. </li><li> Etter omtrent 1 time, slå av varmen o...

<ol>
	<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=Functional+self-assembled+nanofibers+by+electrospinning.">Functional self-assembled nanofibers by electrospinning.</a> Self-aseembled nanomaterials. 1, 107-171 (2008).</li><li>Ramakrishna, S., Fujihara, K., Teo, W. E., Lim, T. C., Ma, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> An Introduction to Electrospinning and Nanofibers. , (2005).</li><li>Klossner, R. R., Queen, H. A., Coughlin, A. J., Krause, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+Chitosan&#8217;s+Rheological+Properties+and+Its+Ability+to+Electrospin.">Correlation of Chitosan&#8217;s Rheological Properties and Its Ability to Electrospin.</a> Biomacromolecules. 9 (10), 2947-2953 (2008).</li><li>McKee, M. G., Wilkes, G. L., Colby, R. H., Long, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlations+of+Solution+Rheology+with+Electrospun+Fiber+Formation+of+Linear+and+Branched+Polyesters.">Correlations of Solution Rheology with Electrospun Fiber Formation of Linear and Branched Polyesters.</a> Macromolecules. 37 (5), 1760-1767 (2004).</li><li>McKee, M. G., Hunley, M. T., Layman, J. M., Long, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+rheological+behavior+and+electrospinning+of+cationic+polyelectrolytes.">Solution rheological behavior and electrospinning of cationic polyelectrolytes.</a> Macromolecules. 39 (2), 575-583 (2006).</li><li>Kong, L., Ziegler, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+pure+starch+fibers+by+electrospinning.">Fabrication of pure starch fibers by electrospinning.</a> Food Hydrocolloids. 36, 20-25 (2014).</li><li>Singh, R. S., Saini, G. K., Kennedy, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pullulan:+microbial+sources,+production+and+applications.">Pullulan: microbial sources, production and applications.</a> Carbohydrate Polymers. 73 (4), 515-531 (2008).</li><li>Leathers, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biotechnological+production+and+applications+of+pullulan.">Biotechnological production and applications of pullulan.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 62 (5), 468-473 (2003).</li><li>Karim, M. R., Lee, H. 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=Preparation+and+characterization+of+electrospun+pullulan/montmorillonite+nanofiber+mats+in+aqueous+solution.">Preparation and characterization of electrospun pullulan/montmorillonite nanofiber mats in aqueous solution.</a> Carbohydrate Polymers. 78 (2), 336-342 (2009).</li><li>Stijnman, A. C., Bodnar, I., Hans Tromp, R. <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+food-grade+polysaccharides.">Electrospinning of food-grade polysaccharides.</a> Food Hydrocolloids. 25 (5), 1393-1398 (2011).</li><li>Kong, L., Ziegler, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+molecular+entanglements+in+starch+fiber+formation+by+electrospinning.">Role of molecular entanglements in starch fiber formation by electrospinning.</a> Biomacromolecules. 13 (8), 2247-2253 (2012).</li><li>Kong, L., Ziegler, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rheological+aspects+in+fabricating+pullulan+fibers+by+electro-wet-spinning.">Rheological aspects in fabricating pullulan fibers by electro-wet-spinning.</a> Food Hydrocolloids. 38, 220-226 (2014).</li><li>Han, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fiber Spinning Rheology and Processing of Polymeric Materials: Volume 2: Polymer Processing. , 257-304 (2007).</li><li>Morris, E. R., Cutler, A. N., Ross-Murphy, S. B., Rees, D. A., Price, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concentration+and+shear+rate+dependence+of+viscosity+in+random+coil+polysaccharide+solutions.">Concentration and shear rate dependence of viscosity in random coil polysaccharide solutions.</a> Carbohydrate Polymers. 1 (1), 5-21 (1981).</li><li>Thompson, C. J., Chase, G. G., Yarin, A. L., Reneker, D. H. <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+parameters+on+nanofiber+diameter+determined+from+electrospinning+model.">Effects of parameters on nanofiber diameter determined from electrospinning model.</a> Polymer. 48 (23), 6913-6922 (2007).</li></ol>

Reologi er et viktig verktøy for å studere behandlingen av polymerer, inkludert konvensjonelle fiber spinning og 13 elektrospinning. Fra den stadige skjær reologiske studier, polymer konformasjon og deres interaksjoner i ulike løsemidler kan løses (figur 2 og 3). Ved konsentrasjoner ikke er høye nok for biopolymer molekyler til å overlappe med hverandre, deres konsentrasjon avhengighet var omkring 1.4 (figur 3), som var i god overensstemmelse med verdi...

Elektrospinning er en teknikk som er i stand til å produsere kontinuerlig mikro-til nano-skala fibre fra et bredt spekter av materialer. Det har fått økende akademisk og industriell interesse en. Selv om oppsett og praktisering av electro virke grei, evnen til å forutsi electrospinnability og kontrollere fiberegenskaper er fortsatt en utfordring. Grunnen til dette kan ligge i det faktum at det er mange faktorer som påvirker elektrospinning prosess 2, og prosessen, spesielt banen tilbakelagt av fiber, er en kaotisk. Ofte en empirisk &quot;cook-and-look&quot; tilnærming blir brukt for screening potensielle electrospinnable materialer. Men for å få bedre kontroll over prosessen, og elektrospinning resulterende fiberegenskaper, en mer fullstendig forståelse av mekanismene som styrer electrospinnability er nødvendig. Flere forskere har funnet at molekylær sammenfiltring av polymerer i spinning dop er en vesentl forutsetning for vellykket electro 3- fem. Rheology er et kraftig verktøy for å sondere molekylær konformasjon og samhandling i polymerdispersjoner. For eksempel, McKee et al. undersøkte molekyl konformasjon av lineære og forgrenede poly (etylen-tereftalat-co-etylen-isoftalat) kopolymerer i et oppløsningsmiddel inneholdende kloroform / dimetyl-tereftalat (7/3, volum / volum), og bestemt til at polymerkonsentrasjonen måtte være 2-2.5x forviklinger konsentrasjon for vellykket electro fire. Det er for tiden fornyet interesse for fiber fra biopolymerer grunn av sine fordeler i nedbrytbarhet, biokompatibilitet, og fornybarhet vis-à-vis sine syntetiske motstykker. Likevel utøvere konfrontere mange utfordringer som oppstår vanligvis fra deres strukturelle kompleksitet, problemer med termisk prosessering og dårligere mekaniske egenskaper. Stivelse, som finnes i plantemateriale, er among de mest tallrike og rimelige biopolymerer på jorden. Pure stivelsesfibre fremstilt ved hjelp av en elektro-våt-spinneapparat ble nylig beskrevet 6.. Pullulan er et lineært polysakkarid produsert ekstracellulært av visse bakterier. Det vanlige veksling av (1 → 4) og (1 → 6) glukosidiske obligasjoner antas å være ansvarlig for flere særegne egenskaper pullulan, inkludert utmerket fiber / filmdannende evne 7,8. Elektrospinning av pullulan fibre fra vandige dispersjon har blitt rapportert av flere forskere 9,10. I våre tidligere publikasjoner, er electrospinnability av to biopolymerer, stivelse 11 og pullulan 12, har blitt diskutert. Denne rapporten fokuserer på å demonstrere protokollen for å utnytte reologiske prinsipper i etterforskningen av electrospinnability av disse to biopolymerer.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="762">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:253px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:175px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gelose 80 starch</td>
			<td style="width:253px;">Ingredion</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Used as it is</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pullulan</td>
			<td style="width:253px;">Hayashibara Co. Ltd</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Used as it is</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Dimethyl Sulfoxide</td>
			<td style="width:253px;">BDH Chemicals</td>
			<td style="width:119px;">BDH1115-4LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:253px;">VWR International</td>
			<td style="width:119px;">89125-172</td>
			<td>200 proof</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:253px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Rheometer</td>
			<td style="width:253px;">TA Instruments</td>
			<td style="width:119px;">ARES&#160;</td>
			<td>50 mm cone and plate geometry</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe (10 mL)</td>
			<td style="width:253px;">Becton, Dickinson and Company</td>
			<td style="width:119px;">309604</td>
			<td>Syringe with Luer-Lok&#174; Tip</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:216px;">High voltage generator</td>
			<td style="width:253px;">Gamma High Voltage Research, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">ES40P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe pump</td>
			<td style="width:253px;">Hamilton Company</td>
			<td style="width:119px;">81620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Environmental scanning electron microscope</td>
			<td style="width:253px;">FEI Company</td>
			<td style="width:119px;">Quanta 200</td>
			<td>for starch fibers</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Environmental scanning electron microscope</td>
			<td style="width:253px;">Phenom-World</td>
			<td style="width:119px;">Phenom G2 Pro</td>
			<td>for pullulan fibers</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

molecular entanglement and electrospinnability of biopolymers

Elektrospinning er en fascinerende teknikk for å fremstille mikro-til nano-skala fibre fra et bredt spekter av materialer. For biopolymerer, ble molekylær sammenfiltring av de konstituerende polymerer i spinning dope seg å være en viktig forutsetning for vellykket electrospinning. Rheology er et kraftig verktøy for å undersøke molekylære konformasjon og samhandling av biopolymerer. I denne rapporten viser vi protokollen for å utnytte rheology å evaluere electrospinnability av to biopolymerer, stivelse og pullulan, fra deres dimethylsulfoxyd (DMSO) / vanndispersjoner. Vel-dannet stivelse og pullulan fibre med en gjennomsnittlig diameter i submikrometer-til mikrometer område ble oppnådd. Electrospinnability ble evaluert ved visuell og mikroskopisk observasjon av de dannede fibre. Ved å korrelere de reologiske egenskapene til de dispersjoner til deres electrospinnability demonstrerer vi at molekylær konformasjon, molekylær sammenfiltring, og skjærkraftviskositet alle påvirker utvalgterospinning. Reologi er ikke bare anvendbare i oppløsningsmiddelsystem utvalg og prosessoptimalisering, men også for å forstå mekanismen for fiberdannelse på et molekylært nivå.

Strømnings kurver av biopolymer dispersjoner som funksjon av biopolymer konsentrasjon og DMSO-konsentrasjonen i løsningsmidlet ble det erholdt. To representative tall viser strømnings kurver av stivelse (figur 2A) og pullulan (figur 2B) som en funksjon av deres konsentrasjon i ren DMSO oppløsningsmiddel. De spesifikke viscosities ble plottet mot biopolymer konsentrasjon (figur 3A for stivelse og Figur 3B for pullulan). Fra disse tomter, ble sammenfi...

Watch this Scientific Journal Video about Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers at JoVE.com

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

Elektrospinning er en fascinerende teknikk som brukes til å fremstille mikro-til nano-skala fibre fra et bredt spekter av materialer. Molecular filtring av de konstituerende polymerer i spinning dop er avgjørende for vellykket electrospinning. Vi presenterer en protokoll for anvendelse av reologi for å evaluere electrospinnability av to biopolymerer, stivelse og pullulan.

Molecular Forviklinger og Electrospinnability av Biopolymere

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Fluorescence Lifetime Imaging of Molecular Rotors in Living Cells

Fluorescens Lifetime Imaging of Molecular Rotorer i levende celler

Diffusion is often an important rate-determining step in chemical reactions or biological processes and plays a role in a wide range of intracellular ...

In vitro Assembly of Semi-artificial Molecular Machine and its Use for Detection of DNA Damage

In vitro Assembly of Semi-artificial Molecular Machine and its Use for Detection of DNA Damage

In vitro Montering av Semi-kunstig Molecular Machine og dens bruk for påvisning av DNA Damage

Naturally occurring bio-molecular machines work in every living cell and display a variety of designs 1-6. Yet the development of artificial molecular ...

Low Molecular Weight Protein Enrichment on Mesoporous Silica Thin Films for Biomarker Discovery

Lavmolekylært Protein berikelse på mesoporous silika Thin Films for biomarkører

The identification of circulating biomarkers holds great potential for non invasive approaches in early diagnosis and prognosis, as well as for the ...

Flexural Rigidity Measurements of Biopolymers Using Gliding Assays

Microtubules are cytoskeletal polymers which  play a role in cell division, cell mechanics, and intracellular transport. Each of these functions requires ...

Aplysia Ganglia Preparation for Electrophysiological and Molecular Analyses of Single Neurons

Aplysia Ganglia Preparation for Electrophysiological and Molecular Analyses of Single Neurons

Aplysia Ganglia Forberedelse for elektrofysiologiske og molekylære analyser av enkelt neuroner

A major challenge in neurobiology is to understand the molecular underpinnings of neural circuitry that govern a specific behavior. Once the specific ...

Microscale Vortex-assisted Electroporator for Sequential Molecular Delivery

Mikro Vortex-assistert Electroporator for sekvensiell Molecular Levering

Electroporation has received increasing attention in the past years, because it is a very powerful technique for physically introducing non-permeant ...

Biofunctionalized Prussian Blue Nanoparticles for Multimodal Molecular Imaging Applications

Biofunctionalized Prussian Blue Nanopartikler for Multimodal Molecular Imaging Applications

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

Engineering Molecular Recognition with Bio-mimetic Polymers on Single Walled Carbon Nanotubes

Engineering Molecular Recognition med Bio-mimetiske Polymers på enkelt Walled karbonnanorør

Semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWNTs) are a class of optically active nanomaterial that fluoresce in the near infrared, coinciding with the ...

Methods for the Self-integration of Megamolecular Biopolymers on the Drying Air-LC Interface

Metoder for Self-integrering av Megamolecular Biopolymere på Tørking Air-LC-grensesnitt

Living organisms that use water are always prone to drying in the environment. Their activities are driven by biopolymer-based micro- and ...

Bioparticle Microarrays for Chemotactic and Molecular Analysis of Human Neutrophil Swarming in vitro

Biopartikkel Mikroarrayer for kjemotaktisk og molekylær analyse av human nøytrofil svermer in vitro

Neutrophil swarming is a cooperative process by which neutrophils seal off a site of infection and promote tissue reorganization. Swarming has classically ...