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

Auteurs willen graag bedanken National Science Foundation door middel van Engineering Research Center for radicale Metallic Biomaterialen (ERC-0812348) en Nanotechnologie Undergraduate Education (EEG 1.242.139) voor de financiering van steun.

Alle protocol volgt de richtlijnen van de North Carolina A &amp; T State University Bureau voor Onderzoek Compliance and Ethics. 1. Chemische Voorbereiding voor Keratine Extraction 4 <ol><li> Ter voorbereiding 1000 ml 2% gew / vol oplossing van perazijnzuur (PAS), onder een afzuigkap voeg 20 ml perazijnzuur aan 980 ml gedeïoniseerd (DI) water. </li><li> Tot 1000 ml van 100 mM Tris-base-oplossing (TBS) te bereiden, voeg 12,2 g Tris Base tot 1000 ml DI water en roer tot volledig opgelost. </li><li> B...

<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>

Extractie van keratine van mensenhaar werd met succes bereikt. De perazijnzuur fungeerde als oxidatiemiddel op het menselijk haar, waardoor de keratine te extraheren door de Tris Base. De productie van keratine poeder werd kleinschalig door het feit dat het alleen gedaan voor onderzoeksdoeleinden. Deze procedure is reeds vastgesteld in de industrie voor grootschalige productie. Te onttrekken kleinschalige keratine was verontreiniging, batch variabiliteit en kosteneffectiviteit regelen. Kerat...

Electrospinning wordt erkend als een gangbare methode voor het bereiken polymeer nanovezels. De vezels kunnen worden geproduceerd op nanoschaal en de vezel eigenschappen kunnen worden aangepast 1. Deze ontwikkelingen en de kenmerken van electrospun nanovezels zijn vooral interessant voor hun toepassingen in biomedische engineering geweest vooral in tissue engineering. De electrospun nanovezels bezitten overeenkomsten met de extracellulaire matrix en aldus bevorderen celhechting, migratie en proliferatie 2. Vanwege de gelijkenis van de extracellulaire matrix (ECM), kunnen electrospun vezels worden gebruikt als materialen om te helpen bij wondverbanden, geneesmiddelafgifte en voor engineering weefsels zoals lever, bot, hart, spier en 3. Een grote verscheidenheid aan polymeren van synthetische en natuurlijke oorsprong zijn gebruikt om electrospun vezels voor verschillende biomedische toepassingen 4 maken. Onlangs er is gegroeid inlangstelling in de ontwikkeling van composiet nanovezels door het mengen van synthetische en natuurlijke polymeren 4. In deze preparaten met name de eindproducten erven de mechanische sterkte in verband met het synthetisch polymeer, terwijl ook de vaststelling van biologische signalen en de eigenschappen van de natuurlijke polymeer. In dit experiment, PCL en keratine worden als synthetische en natuurlijke polymeren worden toegepast voor de synthese van een samengestelde nanovezel. Keratine is een natuurlijk polymeer dat wordt gevonden in het haar, wol en nagels. Het bevat vele aminozuurresten; opmerkelijke belangstelling is cysteïne 4,5. Idealiter een natuurlijk voorkomend polymeer zou biorenewable, biocompatibel en biologisch afbreekbaar zijn. Keratine bezit deze drie kenmerken tegelijkertijd verbeteren van celproliferatie en celhechting aan de biomaterialen het is in 6 opgenomen. Polycaprolacton (PCL) is een resorbeerbaar synthetisch polymeer dat significanttissue engineering 4. Dit polymeer is eerder geprezen voor de structurele en mechanische stabiliteit, maar het mist cel affiniteit en vertoont een lang afbraaksnelheid. De hydrofobe aard van PCL is waarschijnlijk verantwoordelijk voor het gebrek aan affiniteit 7 cel. Echter, PCL maakt voor de beperkingen door zich zeer mengbaar met andere polymeren. Een PCL / keratine composiet moet de mechanische eigenschappen van PCL te tonen en op te nemen van de biologische eigenschappen van keratine, waardoor het een ideale keuze voor verschillende biomedische toepassingen.

<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

Electrospinning, vanwege zijn veelzijdigheid en mogelijke toepassingen op diverse gebieden, wordt vaak gebruikt om nanovezels te fabriceren. De productie van deze poreuze nanovezels is van groot belang vanwege hun unieke fysisch-chemische eigenschappen. Hier werken wij de fabricage van keratine bevattende poly (ε-caprolacton) (PCL) nanovezels (dwz PCL / keratine composietvezel). Water oplosbare keratine werd eerst geëxtraheerd uit menselijk haar en gemengd met PCL in verschillende verhoudingen. De gemengde oplossing van PCL / keratine werd getransformeerd in nanofibrous membranen met behulp van een laboratorium ontworpen elektrospinproces opgezet. Vezelmorfologie en mechanische eigenschappen van de verkregen nanovezel waargenomen en gemeten met behulp van scanning elektronenmicroscopie en trekbank. Verder afbreekbaarheid en chemische eigenschappen van de nanovezel bestudeerd met FTIR. SEM beelden vertoonden uniform oppervlak morfologie PCL / keratinevezels van verschillende samenstellingen. De PCL / keratin vezels toonden ook uitstekende mechanische eigenschappen zoals modulus en faalpunt. Fibroblast cellen in staat waren om te bevestigen en te laten groeien en het blijkt een goede levensvatbaarheid van de cellen. Op basis van de kenmerken hierboven besproken, kunnen we stellen dat de sterk gemengde nanovezels van natuurlijke en synthetische polymeren een uitstekende ontwikkeling van composietmaterialen die kunnen gebruikt worden voor verschillende biomedische toepassingen kan vertegenwoordigen.

vezel morfologie SEM beelden van de vezels werden verkregen voor de vezelsamenstelling. Zie figuur 3. Image Fiber bevestigt dat de vezels willekeurig zijn georiënteerd. mechanische testen Mechanisch sterke vezels zijn meestal nodig voor verscheidene toepassingen weefselmanipulatie. Deze vezels moeten voldoende sterkte en flexibiliteit onder bepaalde str...

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

Electrospun nanovezels hebben een hoge oppervlak tot gewichtsverhouding, uitstekende mechanische integriteit gewicht en ondersteunen celgroei en proliferatie. Deze nanovezels hebben een breed scala van biomedische toepassingen. Hier fabriceren we keratine / PCL nanovezels, met behulp van de electrospinning techniek en karakteriseren van de vezels voor mogelijke toepassingen in de tissue engineering.

Synthese van Keratine-gebaseerde Nanovezel voor Biomedische Technologie

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

Procedure voor Lung Techniek

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

Postproduction Verwerking van electrospun Vezels voor 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

Grafeen Coatings voor Biomedische implantaten

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

Fabriceren superhydrophobic polymere materialen voor biomedische toepassingen

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

Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

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

Synthese van Thermogelling Poly (N-isopropylacrylamide) -graft-chondroïtinesulfaat Composites met Alginaatmicrodeeltjes voor 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

Synthese van monocyt-targeting Peptide Amfifiel micellen voor beeldvorming van atherosclerose

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 monolieten bereid door de unidirectionele vriesdrogen van Cellulose Nanofiber gebaseerd Sols: methode en uitbreidingen

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

Twee methoden voor Decellularization van plantaardige weefsels voor Tissue Engineering toepassingen

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

Ontwerp en de synthese van een accordeon herconfigureerbare DNA-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 ...