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

Arbetet finansieras delvis av USDA Institutet för livsmedel och jordbruk, Nationella Konkurrenskraftiga Grants Program, National Research Initiative Program 71,1 FY 2007 som Grant nr 2007-35503-18392 och National Institutes of Health, Institutet för Allergi och Smittskydds , R33AI94514-03.

1 Spinning Dope Förberedelse <ol><li> Förbered en rad biopolymera koncentrationer som skall undersökas (0,1% till 30%, vikt / volym) och se till att överväga fukthalt biopolymeren pulvret i dessa beräkningar. För varje koncentration, väga biopolymeren (stärkelse eller pullulan) pulvret i en 50 ml provrör. Lägg vattenhaltig dimetylsulfoxid (DMSO)-lösning och en omrörarstav. </li><li> Placera röret i kokande vatten under konstant omrörning på en magnetisk omrörare värmeplatta. </li><li> Efter ca 1 h, s...

<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 är ett viktigt verktyg för att studera behandlingen av polymerer, inklusive konventionell fiberspinning och electro 13. Från de stadiga skjuvning reologiska studier, polymerkonforma och deras interaktioner i olika lösningsmedel kan lösas (figur 2 och 3). Vid koncentrationer inte tillräckligt höga för biopolymera molekyler för att överlappa varandra, deras koncentration beroende var cirka 1,4 (figur 3), vilket var i god överensstämmelse med...

Electro är en teknik som är kapabel att producera kontinuerlig mikro-till nanoskala fibrer från en mängd olika material. Det har fått allt akademiskt och industriellt intresse 1. Även om installationen och praktik av electro verka okomplicerat, fortfarande förmågan att förutsäga electrospinnability och styra fiberegenskaper en utmaning. Orsaken kan ligga i det faktum att det finns många faktorer som påverkar electrospinning process 2 och processen, i synnerhet den bana av fibrer, är kaotisk 1. Ofta en empirisk &quot;cook-and-look&quot; metod används för screening av potentiella electrospinnable material. Men för att få bättre kontroll över electroprocessen och resulterande fiberegenskaper, en mer fullständig förståelse av de mekanismer som styr electrospinnability krävs. Flera forskare har funnit att molekyl intrassling av polymerer i spinnvätskan är en essential förutsättning för framgångsrika electro 3 5. Reologi är ett kraftfullt verktyg för att undersöka molekylära konformation och interaktion i polymerdispersioner. Exempelvis McKee et al. sökte den molekylära konformationen av rak och grenad poly (etylentereftalat-sam-etylenisoftalat) sampolymerer i ett lösningsmedel innehållande kloroform / dimetyltereftalat (7/3, vol / vol), och fastställt att polymerkoncentrationen var tvungen att vara 2-2.5x snärj koncentration för framgångsrik electro 4. Det finns idag ett förnyat intresse för fiber från biopolymerer grund av deras fördelar i biologisk nedbrytbarhet, biokompatibilitet och förnybarhet gentemot deras syntetiska motsvarigheter. Ändå utövare konfrontera många utmaningar som i allmänhet från deras strukturella komplexitet, svårigheter att termisk behandling och sämre mekaniska egenskaper. Stärkelse, som finns i växtvävnader, är among den mest förekommande och billiga biopolymerer på jorden. Rena stärkelsefibrer tillverkas med användning av en elektro-våtspinning anordning beskrevs nyligen 6. Pullulan är en linjär polysackarid som produceras extracellulärt av vissa bakterier. Den regelbundna växlingen av (1 → 4) och (1 → 6) glukosidbindningar tros vara ansvarig för flera särskiljande egenskaper pullulan, inklusive utmärkt fiber / filmbildande förmåga 7,8. Elektrospinning av pullulan fibrer från vattendispersion har rapporterats av flera forskare 9,10. I våra tidigare publikationer, electrospinnability två biopolymerer, stärkelse 11 och pullulan 12, varit har diskuterats. Denna rapport fokuserar på att visa protokollet för att utnyttja reologiska principer i utredningen av electrospinnability av dessa två 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

Electro är en fascinerande teknik för att tillverka mikro-till nanoskala fibrer från en mängd olika material. För biopolymerer, var molekylär sammanflätning av de ingående polymererna i spinnvätskan visat sig vara en viktig förutsättning för framgångsrik electro. Reologi är ett kraftfullt verktyg för att undersöka den molekylära konformation och interaktion av biopolymerer. I denna rapport visar vi protokollet för att utnyttja reologi att utvärdera electrospinnability två biopolymerer, stärkelse och pullulan, från deras dimetylsulfoxid (DMSO) / vatten dispersioner. Välformulerade stärkelse och pullulan fibrer med medeldiametrar i submikron till mikron erhölls. Electrospinnability utvärderades genom visuell och mikroskopisk observation av de bildade fibrerna. Genom att korrelera de reologiska egenskaperna hos dispersionerna till deras electrospinnability, visar vi att molekylkonformation, molekylär hoptrassling och skjuwiskositet alla påverka utvaldarospinning. Reologi är inte bara användbara i lösningsmedelssystem urval och processoptimering, men också för att förstå mekanismen för fiberbildning på en molekylär nivå.

Flödeskurvor för biopolymeren dispersioner såsom en funktion av biopolymer koncentration och DMSO-koncentrationen i lösningsmedlet erhölls. Två representativa siffror visar flödeskurvorna för stärkelse (Figur 2A) och pullulan (figur 2B) som funktion av deras koncentration i ren DMSO lösningsmedel. De specifika viskositeter avsattes mot biopolymerer koncentration (figur 3A för stärkelse och figur 3B för pullulan). Från dessa tomter var intr...

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

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

Electro är en fascinerande teknik som används för att tillverka mikro-till nanoskala fibrer från en mängd olika material. Molekylär sammanflätning av de ingående polymererna i spinnvätskan är avgörande för framgångsrik electro. Vi presenterar ett protokoll för att utnyttja reologi att utvärdera electrospinnability två biopolymerer, stärkelse och pullulan.

Molekylär fastna och Electrospinnability av biopolymerer

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 levande 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-konstgjorda molekylär maskin och dess användning för detektion av DNA-skador

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

Låg molekylvikt protein Anrikning av mesoporösa kvarts tunna filmer för biomarkörer

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

Böjstyvhet Mätningar av Biopolymerer Använda Gliding Analyser

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 (aplysi) Ganglier förberedelse för elektrofysiologiska och molekylära analyser av enskilda nervceller

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

Micro Vortex-assisted Electroporator för sekventiell Molekylär Leverans

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 Nanopartiklar för Multimodal Molecular bildåtergivning

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 Molekylär igenkänning med Bio-mimetiska Polymers på Single vägg kolnanorör

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 för själv integrationen av Megamolecular Biopolymerer på torkluft LC-gränssnitt

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

Biopartikel Mikroarrayer för chemotaktisk och molekylär analys av human neutrophil svärma in vitro

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