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

Forfatterne ønsker å takke National Science Foundation gjennom Engineering Research Center for revolusjonerer Metallic biomaterialer (ERC-0812348) og nanoteknologi Undergraduate Education (EØF 1242139) for å finansiere støtte.

Alle protokollen følger retningslinjene fra North Carolina A &amp; T State University Office of Forskning Compliance og etikk. 1. Kjemisk Forberedelse til Keratin Extraction 4 <ol><li> For å fremstille 1000 ml 2% vekt / vol pereddiksyre oppløsning (PAS), under en avtrekkshette tilsettes 20 ml av pereddiksyre til 980 ml avionisert (DI) vann. </li><li> For å forberede 1000 ml 100 mM Tris-base-løsning (TBS), tilsett 12,2 g Tris Base til 1000 ml DI vann og rør til det er helt oppløst. </li><li> F...

<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>

Utvinning av keratin fra menneskehår ble vellykket oppnådd. Pereddiksyre fungerte som et oksidasjonsmiddel i menneskehår, slik at keratin som skal trekkes ut av Tris-base. Produksjonen av keratin pulver var liten skala på grunn av det faktum at det ble bare gjort for forskningsformål. Denne prosedyren er allerede etablert i bransjen for storskala produksjon. Hensikten med å trekke ut småskala keratin var å kontrollere forurensning, batch variasjon, og kostnadseffektivitet. Keratin ut...

Electro er anerkjent som en utbredt metode for å oppnå polymer nanofibers. Fibrene kan produseres på et nanoskala og fiberegenskaper kan tilpasses en. Denne utviklingen og hva som kjennetegner elektrospunnede nanofibers har vært spesielt interessant for sine applikasjoner i biomedisinsk teknikk, spesielt i tissue engineering. De elektrospunnede nanofibers har likheter med den ekstracellulære matrise og dermed fremme celle adhesjon, migrasjon og spredning 2. På grunn av denne likheten til den ekstracellulære matriks (ECM), kan elektrospunnede fibrene bli benyttet som materialer for å bistå i sårforbindinger, medikamentavgivelse, og for tekniske vev som lever, ben, hjerte, muskel og tre. En rekke forskjellige polymerer av syntetisk og naturlig opprinnelse er blitt brukt til å lage elektrospunnede fibre for forskjellige biomedisinske tekniske anvendelser 4. Nylig har det vært økende iinteresse i utviklingen av kompositt nanofibers ved å blande syntetiske og naturlige polymerer 4. I disse preparater sluttproduktene vanligvis arve den mekaniske styrke i forbindelse med den syntetiske polymer og samtidig innta biologiske signaler og egenskaper fra den naturlige polymer. I dette eksperimentet blir PCL og keratin presentert som de syntetiske og naturlige polymerer som skal brukes for syntese av en kompositt nanofiber. Keratin er en naturlig polymer som er funnet i hår, ull og negler. Den inneholder flere aminosyrerester; av bemerkelsesverdige interesse er cystein 4,5. Ideelt en naturlig forekommende polymer som ville være biorenewable, biokompatible og biologisk nedbrytbare. Keratin besitter alle tre av disse egenskapene samtidig styrke celleproliferasjon og vedlegg til biomaterialer det har blitt innlemmet i seks. Polykaprolakton (PCL) er en absorberbare, syntetisk polymer som er betydelig itissue engineering fire. Denne polymer har tidligere blitt rost for sin strukturelle og mekanisk stabilitet, men det mangler celle tilhørighet og viser en langvarig nedbrytningshastigheten. Den hydrofobe natur av PCL er sannsynligvis ansvarlig for mangelen på affinitet cellen 7. Men gjør PCL opp for sine begrensninger ved å være svært blandes med andre polymerer. En PCL / keratin kompositt bør vise de mekaniske egenskapene til PCL og innlemme de biologiske egenskaper av keratin, noe som gjør det til et ideelt valg for ulike biomedisinske applikasjoner.

<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 grunn av sin fleksibilitet og muligheter for anvendelser på forskjellige områder, blir ofte brukt for å fremstille nanofibers. Produksjonen av disse porøse nanofibers er av stor interesse på grunn av deres unike fysio egenskaper. Her rede vi på fabrikasjon av keratin inneholdende poly (ε-kaprolakton) (PCL) nanofibers (dvs. PCL / keratin fibersammensatte). Vannoppløselige keratin ble først ekstrahert fra humant hår og blandet med PCL i forskjellige forhold. Den blandede løsning av PCL / keratin ble forvandlet til nanofibrous membraner ved hjelp av et laboratorium designet electro satt opp. Fiber morfologi og mekaniske egenskaper av det oppnådde nanofiber ble observert og målt ved hjelp av scanning elektronmikroskopi og strekk-tester. Videre ble nedbrytbarhet og kjemiske egenskaper til nanofiber studert ved FTIR. SEM bilder viste jevn overflatemorfologi av PCL / keratin fibre av forskjellige sammensetninger. Disse PCL / keratin fibre viste også gode mekaniske egenskaper som Youngs modul og fiasko punkt. Fibroblast celler var i stand til å feste og sprer dermed beviser god celle levedyktighet. Basert på egenskapene som er diskutert ovenfor, kan vi sterkt hevde at de blandede nanofibers av naturlige og syntetiske polymerer kan representere en god utvikling av komposittmaterialer som kan brukes for forskjellige biomedisinske anvendelser.

fiber Morfologi SEM bilder av fibrene ble oppnådd for alle fiberblandinger. Se figur 3. Fiber bilde bekrefter at fibrene er tilfeldig orientert. mekanisk testing Mekanisk sterke fibre er vanligvis nødvendig for forskjellige vev tekniske anvendelser. Disse fibrene bør beholde tilstrekkelig styrke og fleksibilitet under visse stress og ...

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

Elektrospunnede nanofibers har et stort overflateareal i forhold til vekt, god mekanisk integritet, og understøtte cellevekst og proliferasjon. Disse nanofibers har et bredt spekter av biomedisinske anvendelser. Her dikte vi keratin / PCL nanofibers, ved hjelp av electro teknikk, og karakteriserer fibrene for mulige anvendelser i tissue engineering.

Syntese av Keratin-baserte 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

Postproduction Behandling av Electrospun Fibre for 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 Belegg for Biomedical 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

Fabrikere superhydrophobic polymere materialer for Biomedical Applications

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

Fabrikasjon av mekanisk Tunable og Bioaktive Metal Stillas for Biomedical Applications

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 av Thermogelling Poly (N-isopropylakrylamid) -graft-chondroitin sulfate Composites med Alginat Mikropartikler 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 av Monocyte målretting peptid Amphiphile Micelles for Imaging for 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 Monoliths utarbeidet av den enveis Frysetørring av Cellulose Nanofiber basert Sols: metoden og utvidelser

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 for Decellularization av anlegget vev for Tissue Engineering programmer

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 av en rekonfigurerbare DNA trekkspill 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 ...