Name: microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers at JoVE.com

Questo lavoro è sponsorizzato dalla National Natural Science Foundation of China (21674018), il National Research di chiave e programma di sviluppo della Cina (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) e il "programma di Shuguang" supportato da Shanghai Education Development Fondazione e Shanghai Municipal Education Commission (15SG30), DHU distinto giovane professore programma (A201302), i fondi di ricerca fondamentale per le Università centrale e il progetto 111 (n. 111 / 2 / 04).

Attenzione: si prega di consultare tutte le schede di sicurezza rilevanti prima dell'uso. Molte delle sostanze chimiche utilizzate nella preparazione del modanatura sono acutamente tossici. Si prega di utilizzare dispositivi di protezione individuale (occhiali di sicurezza, guanti, camice da laboratorio, pieno lunghezza pantaloni e scarpe chiuse).
 1. filatura di microfluidica di RSF soluzione acquosa <ol><li>Preparazione di RSF acquosa filatura dope 4</s...

<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. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure-property+relationships+of+artificial+silk+fabricated+by+dry-spinning+process.">The structure-property relationships of artificial silk fabricated by dry-spinning process.</a> J Mater Chem. 22 (35), 18372-18379 (2012).</li><li>Martel, A., 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=Silk+Fiber+Assembly+Studied+by+Synchrotron+Radiation+SAXS/WAXS+and+Raman+Spectroscopy.">Silk Fiber Assembly Studied by Synchrotron Radiation SAXS/WAXS and Raman Spectroscopy.</a> J Am Chem Soc. 130 (50), 17070-17074 (2008).</li><li>Rammensee, S., Slotta, U., Scheibel, T., Bausch, A. 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>

Durante la dialisi della soluzione RSF, il valore del pH è fondamentale per il processo di concentrazione seguente. Se il valore del pH dell'acqua deionizzata è minore di 6, è possibile che la soluzione RSF sarà più facile per gel durante il processo di concentrazione. Per evitare la gelificazione, CaCl2 viene aggiunto alla soluzione di RSF. La concentrazione di CaCl2 è 1 mmol / peso di RSF.
Il nostro lavoro precedente dimostrato la possibilità di microfluidica fil...

Ragno e bachi da seta possono produrre eccezionale fibra di seta dalla soluzione proteica acquosa a temperatura ambiente e pressione. Tosatura ed estensionale flusso può indurre la formazione di cristalli liquidi texture nella ghiandola di seta1. Negli ultimi anni, c'è stato un grande interesse che imita il processo di filatura del ragno per produrre fibre artificiali ad alta resistenza. Tuttavia, grandi quantità di proteine della seta di ragno non può essere prodotto in modo efficiente ed economicamente da allevamento ragni a causa di cannibalismo. Notevoli quantità di seta del baco da seta possono essere ottenuti facilmente dall'agricoltura. In caso contrario, il baco da seta e ragno hanno una composizione simile di processo e dell'amminoacido di filatura. Di conseguenza, seta fibroin baco da seta è selezionato come un sostituto per filare la seta artificiale animale da molti ricercatori.
Ragno e baco da seta è possibile estrudere soluzione proteica attraverso loro condotto di filatura in fibra in aria. Le forze elevate sollecitazioni generate lungo il condotto di filatura più probabile allungare le molecole di seta fibroin per un più esteso di conformazione2. Seta artificiale fibre sono state filate utilizzando convenzionale filatura umido e a secco-filatura processi3,4, che non tengono in conto le forze fluide generate nel dotto di filatura.
In primo luogo, microfluidica approcci sono stati utilizzati per indagare l'assemblaggio di proteine della seta5,6. Quindi, fabbricazione di microfluidica di RSF è stata studiata tramite modellazione la cesoiatura ed estensionale forze7,8. Modulo di Young e diametro delle fibre RSF può essere sintonizzati di microfluidica filatura bagnata, ma la resistenza alla trazione di drawn fibra era inferiore a 100 MPa7. Infine, fibre ad alta resistenza RSF con successo sono stati preparati utilizzando il metodo di filatura a secco di microfluidica, ma il diametro della fibra è solo 2 µm8. Recentemente, filatura bagnata microfluidica è stata utilizzata con successo nella produzione di fibra di seta di ragno ricombinante ad alta resistenza. Il disegno di post-filatura in aria migliorato i difetti di superficie e interni di fibra artificiale9.
In questo studio, sono stato introdotto il microfluidici migliorato processo per fibra di RSF di filatura. Esso mira a imitare il processo di filatura della seta del baco da seta, tra cui la droga di filatura, tosatura delle forze e il processo di filatura a secco. Questo metodo di filatura non solo può produrre fibra di seta artificiale ad alta resistenza, ma anche possibile regolare il diametro della fibra. In primo luogo, il RSF dope di filatura è stato tosato e allungata in un canale di biomimic con un decadimento esponenziale di secondo ordine. In secondo luogo, le influenze di umidità relativa (RH) sulla morfologia delle fibre e le proprietà sono state studiate nel processo di filatura a secco microfluidici10. Rispetto per la filiera di filatura convenzionale, il nostro sistema di microfluidica è altamente biomimetici e può essere utilizzato per produrre fibre ad alta resistenza da soluzioni a temperatura ambiente da asciutto o bagnato metodo di filatura.
Dovuto l'alta risoluzione, ad alta luminosità, ad alta energia di microfocus la radiazione di sincrotrone a raggi x, può essere utilizzato per caratterizzare la microstruttura di una singola fibra con un diametro di parecchi micrometri4,11 , 12 , 13 , 14. qui, SR-WAXD tecnica è stata usata per calcolare la cristallinità, dimensione del cristallite e cristallina orientamento delle fibre 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

Il protocollo viene illustrato un metodo per che imita il processo di filatura del baco da seta. Nel processo di filatura nativo, il dotto di filatura contraenti consente le proteine della seta essere compatto e ordinato dalle forze di taglio e di allungamento. Qui, un canale di microfluidica biomimetici è stato progettato per imitare la geometria specifica del dotto di filatura del baco da seta. Filatura rigenerato seta fibroin (RSF) drogato con alta concentrazione, si è sporto attraverso il microchannel a fibre a secco-spin a temperatura e pressione ambiente. Nel processo di post-trattamento, le fibre come filata erano disegnate e memorizzate in soluzione acquosa di etanolo. Radiazione di sincrotrone grandangolare diffrazione di raggi x (SR-WAXD) tecnologia utilizzata per studiare la microstruttura delle singole fibre RSF, che erano fissati ad un supporto del campione con l'asse di fibra RSF normale microbeam dei raggi x. La cristallinità, dimensione del cristallite e cristallina orientamento della fibra sono stati calcolati dai dati WAXD. Gli archi di diffrazione vicino all'equatore del modello bidimensionale WAXD indicano che la fibra post-trattata di RSF ha un grado elevato di orientamento.

Fibre ad alta resistenza RSF sono state prodotte con successo utilizzando il metodo di filatura di microfluidica. Le curve stress-strain e immagini al SEM delle fibre RSF allungate C44R40 sono mostrati nella Figura 2. Almeno 10 fibre sono stati misurati nella prova di trazione. Curve stress-strain sono stati scelti in base al valore medio di rottura stress e tensione delle fibre. I dati WAXD delle fibre sono mostrati nella Figura 3</stron...

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Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

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