Name: synthesis of keratin-based nanofiber for biomedical engineering
Uploaded: 2016-02-07T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering at JoVE.com

Forfattere vil gerne takke National Science Foundation gennem Engineering Research Center for at revolutionere Metallic Biomaterials (ERC-0.812.348) og Nanoteknologi Undergraduate Education (EØF 1.242.139) til finansiering support.

Alle protokol følger retningslinjerne fra North Carolina A &amp; T State University Office of Research Compliance og Etik. 1. Kemisk Forberedelse til Keratin Extraction 4 <ol><li> Til fremstilling 1.000 ml 2% vægt / volumen pereddikesyre opløsning (PAS), under en emhætte tilsættes 20 ml pereddikesyre til 980 ml deioniseret (DI) vand. </li><li> Til fremstilling 1000 ml 100 mM Tris-base opløsning (TBS), der tilsættes 12,2 g Tris-base til 1.000 ml DI-vand og omrøres indtil fuldstændig opløsni...

<ol>
	<li>Huang, Z. -. M., Zhang, Y. Z., Kotaki, M., 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+polymer+nanofibers+by+electrospinning+and+their+applications+in+nanocomposites.">A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites.</a> Compos Sci Technol. 63, (2003).</li><li>Li, W. J., Laurencin, C. T., Caterson, E. J., Tuan, R. S., Ko, F. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibrous+structure:+a+novel+scaffold+for+tissue+engineering.">Electrospun nanofibrous structure: a novel scaffold for tissue engineering.</a> J Biomed Mater Res. 60, 613-621 (2002).</li><li>Liu, W., Thomopoulos, S., Xia, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+nanofibers+for+regenerative+medicine.">Electrospun nanofibers for regenerative medicine.</a> Adv Healthc Mater. 1, 10-25 (2012).</li><li>Edwards, A., Jarvis, D., Hopkins, T., Pixley, S., Bhattarai, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(-caprolactone)/keratin-based+composite+nanofibers+for+biomedical+applications.">Poly(-caprolactone)/keratin-based composite nanofibers for biomedical applications.</a> J Biomed Mater Res B. 103, 21-30 (2015).</li><li>Dowling, L. M., Crewther, W. G., Parry, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+structure+of+component+8c-1+of+alpha-keratin.+An+analysis+of+the+amino+acid+sequence.">Secondary structure of component 8c-1 of alpha-keratin. An analysis of the amino acid sequence.</a> Biochem J. 236, 705-712 (1986).</li><li>Yamauchi, K., Maniwa, M., Mori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cultivation+of+fibroblast+cells+on+keratin-coated+substrata.">Cultivation of fibroblast cells on keratin-coated substrata.</a> J Biomat Sci-Polymer. 9, 259-270 (1998).</li><li>Shea, L. D., Wang, D., Franceschi, R. T., Mooney, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+Bone+Development+from+a+Pre-Osteoblast+Cell+Line+on+Three-Dimensional+Scaffolds.">Engineered Bone Development from a Pre-Osteoblast Cell Line on Three-Dimensional Scaffolds.</a> Tissue E. 6, 605-617 (2000).</li><li>Fortin, M. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Biological+Software.">New Biological Software.</a> Q Rev Biol. 71, 169-170 (1996).</li><li>Bhattarai, N., Edmondson, D., Veiseh, O., Matsen, F. A., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrospun+chitosan-based+nanofibers+and+their+cellular+compatibility.">Electrospun chitosan-based nanofibers and their cellular compatibility.</a> Biomaterials. 26, 6176-6184 (2005).</li><li>Yang, S., Leong, K. F., Du, Z., Chua, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+design+of+scaffolds+for+use+in+tissue+engineering.+Part+I.+Traditional+factors.">The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional factors.</a> Tissue E. 7, 679-689 (2001).</li><li>Bhattarai, N., 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=Natural-Synthetic+Polyblend+Nanofibers+for+Biomedical+Applications.">Natural-Synthetic Polyblend Nanofibers for Biomedical Applications.</a> Adv Mater. 21, 2792-2797 (2009).</li></ol>

Ekstraktion af keratin fra menneskehår blev succes opnået. Den pereddikesyre fungerede som et oxidationsmiddel på menneskehår, hvilket tillader keratin, der skal ekstraheres ved Tris Base. Produktionen af ​​keratin pulver var lille målestok på grund af det faktum, at det kun blev gjort til forskningsformål. Denne procedure er allerede etableret i industrien til produktion i stor målestok. Formålet med at udtrække den lille skala keratin var at kontrollere forurening, batch variation, og omkostningseffektiv...

Elektrospinning er anerkendt som en fremherskende metode til at opnå polymernanofibrene. Fibrene kan produceres på nanoskala og fiber egenskaber kan tilpasses en. Denne udvikling og de særlige kendetegn ved elektrospundne nanofibre har været særlig interessant for deres ansøgninger i medicoteknik især i tissue engineering. De elektrospundne nanofibers besidder ligheder med den ekstracellulære matrix og således fremme celleadhæsion, migrering og proliferation 2. På grund af denne lighed til den ekstracellulære matrix (ECM), kan elektrospundne fibre anvendes som materialer til at hjælpe med sårbandage, drug delivery, og til tekniske væv, såsom lever, knogler, hjerte og muskel 3. En række forskellige polymerer af syntetisk og naturlig oprindelse er blevet brugt til at skabe elektrospundne fibre til forskellige biomedicinske tekniske formål 4. For nylig har der været stigende iinteresse for udviklingen af sammensatte nanofibre ved at blande syntetiske og naturlige polymerer 4. I disse sammensætninger slutprodukterne typisk arver den mekaniske styrke af den syntetiske polymer samtidig vedtagelse biologiske signaler og egenskaber fra den naturlige polymer. I dette forsøg er PCL og keratin præsenteret som de syntetiske og naturlige polymerer, der skal anvendes til syntesen af ​​en sammensat nanofiber. Keratin er en naturlig polymer, der findes i hår, uld og negle. Den indeholder mange aminosyrerester; af bemærkelsesværdige interesse er cystein 4,5. Ideelt en naturligt forekommende polymer ville være biorenewable, biokompatible og biologisk nedbrydeligt. Keratin besidder alle tre af disse egenskaber samtidig øge celledeling og tilknytning til de biomaterialer er blevet indarbejdet i seks. Polycaprolacton (PCL) er en resorberbar, syntetisk polymer, der er betydelig itissue engineering 4. Denne polymer er tidligere blevet rost for dets strukturelle og mekaniske stabilitet, mangler imidlertid den celle affinitet og udviser en langvarig nedbrydningshastighed. Den hydrofobe karakter af PCL er sandsynligvis ansvarlig for den manglende celle affinitet 7. Imidlertid PCL gør for sine begrænsninger ved at være yderst blandbar med andre polymerer. En PCL / keratin komposit skal demonstrere de mekaniske egenskaber af PCL og indarbejde de biologiske egenskaber af keratin, hvilket gør det til et ideelt valg til forskellige biomedicinske anvendelser.

<table >
	
		
		
		
		
	
	<tbody>
		<tr >
			<td >Human Hair&#160;</td>
			<td >N/A</td>
			<td >N/A</td>
			<td >Obtained from Local Barber Shop in Greensboro</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Peracetic acid</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PCL (e-caprolactone polymer)</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td >502-44-3</td>
			<td>Mn 70-90 kDa</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Trifluoroethanol (TFE)</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td >75-89-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tris Base (TrizmaTM Base Powder)</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td >N/A</td>
			<td>&#62; 99.9% crystalline</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hydrochloric Acid</td>
			<td >Fischer Scientific</td>
			<td >A144C-212 Lot 093601</td>
			<td>Waltham, MA</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Kwik-Sil</td>
			<td >World Precision Instruments</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Sarasota, FL</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Cellulose membrane</td>
			<td >Sigma Aldrich</td>
			<td >N/A</td>
			<td>12-14 kDa molecular cutoff</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >optical microscope</td>
			<td >Olympus BX51M</td>
			<td >BX51M</td>
			<td>Japan</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >scanning electron microscope</td>
			<td >Hitachi SU8000</td>
			<td >SU8000</td>
			<td>Japan</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Table-Top Shimadzu machine</td>
			<td >North America Analytical and Measuring Instruments AGS-X series</td>
			<td >AGS-X Series&#160;</td>
			<td>Columbia, MD</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Fourier transform infrared spectroscopy</td>
			<td >Bruker Tensor 2 Instrument&#160;</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Billerica, MA</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Microcal Origin software</td>
			<td >N/A</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Northampton, MA</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >X-ray diffraction (XRD)</td>
			<td >Bruker AXS D8 Advance X-ray Diffractometer</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Madison, WI</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Fibroblast 3T3&#160; cell</td>
			<td >American Tissue Type Culture Collection</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Manassas, VA</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM</td>
			<td >Invitrogen</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Grand Island, NY</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Spectra max Gemini XPS microplate reader</td>
			<td >Molecular Devices</td>
			<td >N/A</td>
			<td>Sunnyvale, CA</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Student- Newman-Keuls post hoc test</td>
			<td >SigmaPlot 12 software</td>
			<td >N/A</td>
			<td>N/A</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of keratin-based nanofiber for biomedical engineering

Elektrospinning, på grund af sin alsidighed og potentielle anvendelser på forskellige områder, bliver ofte anvendt til at fabrikere nanofibre. Produktion af disse porøse nanofibre er af stor interesse på grund af deres unikke fysisk-kemiske egenskaber. Her uddybe vi på fremstillingen af keratin indeholdende poly (ε-caprolacton) (PCL) nanofibre (dvs. PCL / keratin sammensatte fiber). Vandopløselig keratin blev først ekstraheret fra menneskehår og blandes med PCL i forskellige forhold. Den blandede opløsning af PCL / keratin blev transformeret ind nanofibrous membraner ved anvendelse et laboratorium designet elektrospinning oprettet. Fiber morfologi og mekaniske egenskaber af det opnåede nanofiber blev observeret og målt ved anvendelse af scanningselektronmikroskopi og trækprøveapparat. Endvidere blev nedbrydelighed og kemiske egenskaber af nanofiber undersøgt ved FTIR. SEM billeder viste ensartet overflade morfologi for PCL / keratin fibre af forskellige sammensætninger. Disse PCL / keratin fibre viste også fremragende mekaniske egenskaber, såsom Youngs modul og svigt. Fibroblastceller kunne bindes og opformeres hvilket beviser god cellelevedygtighed. Baseret på de karakteristika som beskrevet ovenfor, kan vi kraftigt argumentere for, at de blandede nanofibre af naturlige og syntetiske polymerer kan repræsentere en fremragende udvikling af kompositmaterialer, der kan anvendes til forskellige biomedicinske anvendelser.

fiber Morfologi SEM billeder af fibrene blev opnået for alle fibersammensætninger. Se figur 3. Fiber billede bekræfter, at fibrene tilfældigt orienteret. Mekanisk testning Mekanisk stærke fibre er generelt påkrævet for forskellige vævsdyrkningsapplikationer. Disse fibre bør bevare tilstrækkelig styrke og fleksibilitet under visse stress og milj...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering at JoVE.com

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Elektrospundet nanofibers har et højt overfladeareal i forhold til vægten, fremragende mekanisk integritet, og støtte cellevækst og proliferation. Disse nanofibers har en bred vifte af biomedicinske anvendelser. Her fabrikere vi keratin / PCL nanofibre, ved hjælp af elektrospinningsteknik, og karakterisere fibrene for mulige anvendelser i tissue engineering.

Syntese af Keratin-baserede 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 ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Bioengineering

Genetics

Biotechnology

SCIENTISTS IN ACTION

Procedure for Lung Engineering

Lung tissue, including lung cancer and chronic lung diseases such as chronic obstructive pulmonary disease, cumulatively account for some 280,000 deaths ...

Postproduction Processing of Electrospun Fibres for Tissue Engineering

Postproduktion Behandling af Electrospun Fibre til Tissue Engineering

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

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Graphene Maling til biomedicinske implantater

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Opdigte superhydrofobe Polymere materialer til biomedicinske anvendelser

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Fabrikation af mekanisk Tunable og bioaktive Metal Stilladser til biomedicinske anvendelser

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Synthesis of Thermogelling Poly(N-isopropylacrylamide)-graft-chondroitin Sulfate Composites with Alginate Microparticles for Tissue Engineering

Synthesis of Thermogelling PolyN-isopropylacrylamide-graft-chondroitin Sulfate Composites with Alginate Microparticles for Tissue Engineering

Syntese af termogelerende Poly (N-isopropylacrylamid) X-graft-chondroitinsulfat Composites med alginatmikropartikler for Tissue Engineering

Injectable biomaterials are defined as implantable materials that can be introduced into the body as a liquid and solidify in situ. Such materials offer ...

Synthesis of Monocyte-targeting Peptide Amphiphile Micelles for Imaging of Atherosclerosis

Syntese af monocyt-targeting peptid Amphiphile Micelles til billeddannelse af åreforkalkning

Atherosclerosis is a major contributor to cardiovascular disease, the leading cause of death worldwide, which claims 17.3 million lives annually. ...

Microhoneycomb Monoliths Prepared by the Unidirectional Freeze-drying of Cellulose Nanofiber Based Sols: Method and Extensions

Microhoneycomb Monoliter udarbejdet af den ensrettede frysetørring af Cellulose Nanofiber baseret Sols: metode og udvidelser

Monolithic honeycomb structures have been attractive to multidisciplinary fields due to their high strength-to-weight ratio. Particularly, microhoneycomb ...

Two Methods for Decellularization of Plant Tissues for Tissue Engineering Applications

To metoder til Decellularization af plantevæv til Tissue Engineering applikationer

The autologous, synthetic, and animal-derived grafts currently used as scaffolds for tissue replacement have limitations due to low availability, poor ...

Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack

Design og syntese af en omkonfigurerbare DNA harmonika Rack

DNA nanostructure-based mechanical systems or DNA nanomachines, which produce complex nanoscale motion in 2D and 3D in the nanometer to &#229;ngstr&#246;m ...