Name: microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00
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Ce travail est parrainé par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (21674018), la recherche de clés nationaux et programme de développement de Chine (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) et le « programme de Shuguang » soutenue par le développement de l’éducation de Shanghai Fondation et Shanghai Municipal Education Commission (15SG30), DHU distingué professeur Young programme (A201302), les fonds de la recherche fondamentale pour les universités de la centrale et le projet 111 (n° 111-2-04).

attention : veuillez consulter tous les fiches signalétiques avant utilisation. Plusieurs des produits chimiques utilisés dans la préparation de la moulure présentent une toxicité aiguë. S’il vous plaît utiliser les équipements de protection individuelle (lunettes, gants, blouse, pleine longueur pantalons et chaussures fermées).
 1. microfluidique filature de RSF Solution aqueuse <ol><li>Préparation de RSF aqueuse filature dope 4 ,...

<ol>
	<li>Asakura, T., 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=Some+observations+on+the+structure+and+function+of+the+spinning+apparatus+in+the+silkworm+Bombyx+mori.">Some observations on the structure and function of the spinning apparatus in the silkworm Bombyx mori.</a> Biomacromolecules. 8 (1), 175-181 (2007).</li><li>Vollrath, F., Knight, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystalline+spinning+of+spider+silk.">Liquid crystalline spinning of spider silk.</a> Nature. 410 (6828), 541-548 (2001).</li><li>Zhou, G. Q., Shao, Z. Z., Knight, D. P., Yan, J. P., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silk+Fibers+Extruded+Artificially+from+Aqueous+Solutions+of+Regenerated+Bombyx+mori+Silk+Fibroin+are+Tougher+than+their+Natural+Counterparts.">Silk Fibers Extruded Artificially from Aqueous Solutions of Regenerated Bombyx mori Silk Fibroin are Tougher than their Natural Counterparts.</a> Adv Mater. 21 (3), 366-370 (2009).</li><li>Sun, M. J., Zhang, Y. P., Zhao, Y. M., Shao, H. L., Hu, X. 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R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+mechanism+of+recombinant+spider+silk+proteins.">Assembly mechanism of recombinant spider silk proteins.</a> P Natl Acad Sci USA. 105 (18), 6590-6595 (2008).</li><li>Kinahan, M. E., 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=Tunable+silk:+using+microfluidics+to+fabricate+silk+fibers+with+controllable+properties.">Tunable silk: using microfluidics to fabricate silk fibers with controllable properties.</a> Biomacromolecules. 12 (5), 1504-1511 (2011).</li><li>Luo, J., 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=Tough+silk+fibers+prepared+in+air+using+a+biomimetic+microfluidic+chip.">Tough silk fibers prepared in air using a biomimetic microfluidic chip.</a> Int J Biol Macromol. 66, 319-324 (2014).</li><li>Peng, Q. F., 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=Recombinant+spider+silk+from+aqueous+solutions+via+a+bio-inspired+microfluidic+chip.">Recombinant spider silk from aqueous solutions via a bio-inspired microfluidic chip.</a> Sci Rep. 6, (2016).</li><li>Peng, Q. F., Shao, H. L., Hu, X. C., Zhang, Y. P. <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+humidity+on+the+structures+and+properties+of+regenerated+silk+fibers.">Role of humidity on the structures and properties of regenerated silk fibers.</a> Prog Nat Sci-Matter. 25 (5), 430-436 (2015).</li><li>Sampath, S., 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=X-ray+diffraction+study+of+nanocrystalline+and+amorphous+structure+within+major+and+minor+ampullate+dragline+spider+silks.">X-ray diffraction study of nanocrystalline and amorphous structure within major and minor ampullate dragline spider silks.</a> Soft Matter. 8 (25), 6713-6722 (2012).</li><li>Martel, A., Burghammer, M., Davies, R. J., Riekel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+Behavior+of+Bombyx+mori+silk:+Evolution+of+crystalline+parameters,+molecular+structure,+and+mechanical+properties.">Thermal Behavior of Bombyx mori silk: Evolution of crystalline parameters, molecular structure, and mechanical properties.</a> Biomacromolecules. 8 (11), 3548-3556 (2007).</li><li>Pan, H., 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=Nanoconfined+crystallites+toughen+artificial+silk.">Nanoconfined crystallites toughen artificial silk.</a> J Matter Chem B. 2 (10), 1408-1414 (2014).</li><li>Zhang, C., 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=Microstructural+evolution+of+regenerated+silk+fibroin/graphene+oxide+hybrid+fibers+under+tensile+deformation.">Microstructural evolution of regenerated silk fibroin/graphene oxide hybrid fibers under tensile deformation.</a> Rsc Adv. 7 (6), 3108-3116 (2017).</li><li>Wei, 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=Bio-inspired+capillary+dry+spinning+of+regenerated+silk+fibroin+aqueous+solution.">Bio-inspired capillary dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> Mat Sci Eng C-Mater. 31 (7), 1602-1608 (2011).</li><li>Jin, Y., Zhang, Y. P., Hang, Y. C., Shao, H. L., Hu, X. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+process+for+dry+spinning+of+regenerated+silk+fibroin+aqueous+solution.">A simple process for dry spinning of regenerated silk fibroin aqueous solution.</a> J Mater Res. 28 (20), 2897-2902 (2013).</li><li>Jin, Y., Hang, Y. C., Zhang, Y. P., Shao, H. L., Hu, X. C. <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+Ca2++on+structures+and+properties+of+regenerated+silk+fibroin+aqueous+solutions+and+fibres.">Role of Ca2+ on structures and properties of regenerated silk fibroin aqueous solutions and fibres.</a> Mater Res Innov. 18, 113-116 (2014).</li><li>Koh, L. D., 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=Structures,+mechanical+properties+and+applications+of+silk+fibroin+materials.">Structures, mechanical properties and applications of silk fibroin materials.</a> Prog Polym Sci. 46, 86-110 (2015).</li><li>McDonald, J. C., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(dimethylsiloxane)+as+a+material+for+fabricating+microfluidic+devices.">Poly(dimethylsiloxane) as a material for fabricating microfluidic devices.</a> Accounts Chem Res. 35 (7), 491-499 (2002).</li><li>Knight, D. P., Vollrath, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid+crystals+and+flow+elongation+in+a+spider's+silk+production+line.">Liquid crystals and flow elongation in a spider's silk production line.</a> P Roy Soc B-Biol Sci. 266 (1418), 519-523 (1999).</li></ol>

Au cours de la dialyse de la solution RSF, la valeur du pH est essentielle pour la suite du processus de concentration. Si la valeur du pH de l’eau désionisée est inférieure à 6, la solution RSF sera plus facile de gel au cours du processus de concentration. Pour éviter la gélification, CaCl2 est ajouté à la solution RSF. La concentration de CaCl2 est de 1 mmol / poids de RSF.
Nos travaux antérieurs a démontré la possibilité de microfluidique sec-rotation d?...

Araignée et le ver à soie peuvent produire exceptionnelle fibre de soie de la solution aqueuse de protéine à température et pression ambiantes. Flux de cisaillement et extensionnel peut induire la formation de cristaux liquides texture dans la glande de soie1. Ces dernières années, il y a eu un grand intérêt en imitant le filage de l’araignée afin de produire des fibres artificielles de haute résistance. Cependant, de grandes quantités de protéine de soie araignée ne peut pas être issues efficacement et économiquement de l’agriculture araignées en raison de cannibalisme. Des quantités substantielles de soie du ver à soie peuvent être obtenues facilement par l’agriculture. Dans le cas contraire, le ver à soie et l’araignée ont une composition similaire de processus et d’acides aminés du filage. Par conséquent, fibroïne de soie silkworm est sélectionné comme un substitut à filer la soie animale artificielle par de nombreux chercheurs.
Araignée et le ver à soie extruder une solution protéique par le biais de leur gaine de filature en fibres dans l’air. Les forces de contraintes élevées produites le long de la gaine de filature probablement s’étendent les molécules de fibroïne de soie pour une plus longue de la conformation2. Soie artificielle des fibres ont été filés en utilisant conventionnel filage humide et sec-filage procédés3,4, qui ne prennent pas en compte les forces fluides générés dans le conduit de la filature.
Tout d’abord, microfluidique approches ont été utilisées pour étudier l’Assemblée de la protéine de soie5,6. Puis, fabrication de microfluidique de RSF a été étudiée par modélisation en traction et de cisaillement forces7,8. Module Young et le diamètre des fibres RSF peuvent être affinés en microfluidique filage humide, mais la résistance à la traction de fibre dessiné était inférieur à 100 MPa7. Enfin, les fibres RSF haute résistance ont été préparés avec succès en utilisant la méthode de filage sec microfluidique, mais le diamètre de la fibre est seulement 2 µm8. Récemment, microfluidique filage humide a été utilisé avec succès dans la production de fibres de soie haute résistance araignée recombinante. Le dessin d’après rotation dans l’air amélioré les défauts internes et surfaces de fibre artificielle9.
Dans cette étude, la microfluidique améliorée tourne PROCEDE de fibre de RSF est introduit. Il a pour but d’imiter le processus de filature de soie de ver à soie, y compris la dope de filature, forces et sec-filage de cisaillement. Cette méthode de rotation non seulement peut produire des fibres de soie artificielle haute résistance, mais également peut ajuster le diamètre de la fibre. Tout d’abord, le FSR filature dope a été cisaillé et allongé dans un canal de biomimic avec une décroissance exponentielle de deuxième ordre. Deuxièmement, l’influence de l’humidité relative (HR) sur la morphologie de la fibre et les propriétés ont été étudiées dans la microfluidique sec-filature processus10. Par rapport à la filière de la filature conventionnelle, notre système microfluidique est hautement biomimétique et peut être utilisé pour produire des fibres de haute résistance de solutions à la température ambiante par la sec ou humide méthode de filature.
En raison de la haute résolution, haute luminosité et haute énergie de la microfocus de rayonnement synchrotron aux rayons x, il peut être utilisé pour caractériser la microstructure d’une fibre unique avec un diamètre de plusieurs micromètres4,11 , 12 , 13 , 14. ici, SR-WAXD technique a été utilisée pour calculer la cristallinité, la taille des cristallites et l’orientation cristalline des fibres RSF.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>B. mori Cocoons</td>
			<td>Farmer in Tongxiang, Zhejiang Province, China</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonate, anhydrous, 99.8%</td>
			<td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lithium bromide, 99.1%</td>
			<td>Shanghai China Lithium Industrial Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride, anhydrous, 96.0%</td>
			<td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol, anhydrous, 99.7%</td>
			<td>Sinopharm Group Chemical Reagent Co.,Ltd., China</td>
			<td>10009218</td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SU-8 photoresist</td>
			<td>MicroChem Corp., USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Developing solution</td>
			<td>MicroChem Corp., USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard 184</td>
			<td>Dow Corning, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol</td>
			<td>Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concentrated sulfuric acid</td>
			<td>Pinghu Chemical Reagent Factory, China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 vol% hydrogen peroxide</td>
			<td>Shanghai Jinlu Chemical reagent Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Shanghai Zhengxing Chemical Reagent Factory, China</td>
			<td></td>
			<td>Analytically Pure</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen plasma treatment</td>
			<td>DT-01, Suzhou Omega Machinery Electronic Technology Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>&#160;KD Scientific, USA</td>
			<td></td>
			<td>KDS 200P</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Humidifier</td>
			<td>SEN electric</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Driller</td>
			<td>Hangzhou Bo Yang Machinery Co., Ltd., China</td>
			<td></td>
			<td>bench drilling machine Z406c</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Material testing system</td>
			<td>Instron, USA</td>
			<td></td>
			<td>Model: 5565</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PeakFit</td>
			<td>Systat Software, Inc., USA</td>
			<td></td>
			<td>Version 4.12</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers

Le protocole montre une méthode pour imiter le filage vers à soie. Dans le processus de filature native, l’adjudicateur conduit filature permet les protéines de soie être compact et ordonné par les forces de cisaillement et de l’allongement. Ici, un canal de microfluidique biomimétique a été conçu pour imiter la géométrie spécifique de la gaine de la filature du ver à soie. Filature de fibroïne de soie régénérée (RSF) dopé à forte concentration, a été extrudé à travers le microcanaux aux fibres sèches-spin à température et pression ambiantes. Dans le processus des traités, les fibres filées comme tirés et stockées dans une solution aqueuse d’éthanol. Technologie de diffraction des rayons x grand angle (SR-WAXD) de rayonnement synchrotron a permis d’étudier la microstructure des fibres isolées de RSF, qui ont été fixés à un porte-échantillon avec l’axe de fibre RSF normal le microfaisceaux des rayons x. La cristallinité, la taille des cristallites et orientation cristalline de la fibre ont été calculés d’après les données WAXD. Les arcs de diffraction près de l’Équateur du modèle bidimensionnel WAXD indiquent que la fibre après traitée de RSF a un degré élevé d’orientation.

Fibres de haute résistance RSF ont réussi à produire à l’aide de la microfluidique filature méthode. Les courbes contrainte-déformation et les images de la SEM des fibres étirées RSF C44R40 sont indiquées à la Figure 2. Au moins 10 fibres ont été mesurés dans l’essai de traction. Les courbes effort-déformation ont été choisis selon la valeur moyenne de la contrainte et la déformation rupture de fibres. Les données WAXD des fibres sont in...

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Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Microfluidique sec-spinning et caractérisation des fibres régénérées fibroïne de soie

Un protocole pour la filature de microfluidique et la caractérisation de la microstructure de monofilament de fibroïne de soie régénérée est présenté.

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

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