Name: microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00
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この作品は中国の国家自然科学基金 (21674018)、キー研究と開発中国プログラム (2016YFA0201702/2016YFA0201700) と上海教育開発でサポートされている「曙光プログラム」主催財団と上海市教育委員会 (15SG30)、デュ区別若い教授プログラム (A201302)、中央大学と 111 プロジェクト (No.111-2-04) のための基礎的研究資金です。

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 1 マイクロ RSF 回転水溶液 <ol><li>水溶液のドープを回転の RSF の準備 4 , <sup class="...

<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. 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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>

RSF ソリューションの透析中に pH 値は次の濃度処理にとって重要です。脱イオン水の pH 値が 6 よりも小さい場合、RSF ソリューションはゲル濃度プロセスの間に容易になります。ゲル化を避けるためには、CaCl2は、国境なき記者団のソリューションに追加されます。CaCl2の濃度は、国境なき記者団の重量あたり 1 モルです。
我々 の以前の仕事は、国境なき?...

蜘蛛や蚕は、周囲温度と圧力で水溶液中のタンパク質溶液から卓越した絹繊維を作り出すことができます。せん断と伸張流れは絹糸腺1液晶テクスチャの形成を誘導することができます。近年、高強度人工繊維を生成するためにスパイダーの回転プロセスを模倣することに大きな関心があった。ただし、効率的かつ経済的には共食いによりクモを農業でクモ絹タンパク質の大量の作成ができません。家蚕絹のかなりの量は、農耕によって簡単に取得できます。そうでなければ、カイコとクモと同様回転プロセスとアミノ酸組成があります。したがって、カイコ絹フィブロインは多くの研究者によって動物の人工シルクをスピンする代替として選択されます。
クモとカイコは、空気中の繊維に彼らの回転の管を通して蛋白質の解決を押し出します。最も可能性の高い回転管に沿って発生した高い応力力より拡張された構造2絹フィブロイン分子をストレッチします。人工シルクの繊維は、従来の湿式紡糸とドライ回転プロセス3,4を考慮していないを使用してスピンされているアカウント回転ダクト内流体力。
まず、マイクロのアプローチは、シルクプロテイン5,6のアセンブリを調査する使用されました。国境なき記者団のマイクロ加工をせん断と引張りの力7、8をモデリングによって調べた。ヤング係数と国境なき記者団繊維の繊維径をマイクロ湿式紡糸で調整できますが、描かれた繊維の引張強度は未満 100 MPa7。最後に、国境なき記者団の高強度繊維をマイクロ ドライ回転法を用いた正常に調製が繊維の径は 2 μ m8でだけ。最近では、マイクロ流体湿式紡糸は正常に高強度組換えスパイダー シルク繊維の生産で使用されました。人工繊維9の表面および内部欠陥を改善空気の後回転描画します。
この研究では、国境なき記者団繊維の紡糸改良されたマイクロが登場です。それは家蚕絹、せん断力、及びドライ紡糸紡績ドープを含むの回転プロセスを模倣するように目指しています。この回転メソッドは、高強度人工シルク繊維を作り出すことができるだけでなく、繊維の直径を調整することができますも。まず、ドープを回転国境なき記者団はせん断され第 2 順序の指数関数的減衰で biomimic チャンネルで細長い。第二に、マイクロ ドライ回転プロセス10繊維形態と性質に及ぼす相対湿度 (RH) の影響を調べた。従来回転スピナレットと比較して、マイクロ流体システムは非常に模倣と湿式紡糸法または乾燥による周囲温度でのソリューションから高強度繊維を生成する使用ことができます。
高解像度、高輝度、高エネルギー放射光マイクロ x 線のため直径数 μ m4,11の単一繊維の微細構造の特性評価に使用することができます。,12,13,14します。 ここでは、SR 広角技術は、結晶、結晶子サイズと RSF 線維の配向性の計算に使用されました。

<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

プロトコルは、カイコの回転プロセスを模倣するためのメソッドを示します。ネイティブ紡糸契約紡績ダクトは小型・せん断・伸長力によって順序付けられた絹蛋白質を使用できます。ここでは、生体模倣マイクロ流路は、カイコの回転管の特定の形状を模倣するように設計されました。高濃度ドープした再生絹フィブロイン (RSF) 回転は周囲温度および圧力でドライ スピン繊維マイクロ チャネルを通じて押し出されます。ポスト処理プロセスでとして紡糸繊維が描画され、エタノール水溶液に保存されています。シンクロトロン放射光 (SR 広角) 広角 x 線回折技術は、国境なき記者団の光軸を通常の x 線マイクロビームでサンプル ホルダーに固定された単一の RSF 繊維の微細構造を調査に使用されました。結晶、結晶子サイズと繊維の配向性は、広角のデータから計算されました。広角の 2次元パターンの赤道付近の回折円弧は、ポスト処理の RSF 繊維が高配向度を持っていることを示します。

国境なき記者団の高強度繊維は、紡糸法マイクロを使用して正常に生産されました。応力-ひずみ曲線と伸ばされた国境なき記者団繊維 C44R40 の SEM 像は図 2のとおりです。少なくとも 10 の繊維は、引張試験で測定しました。応力-ひずみ曲線は、繊維の破断応力の平均値によると選ばれました。繊維の広角データは図 3のと?...

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Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

マイクロ流体ドライ回転と再生絹フィブロイン繊維の特性

マイクロ流体回転再生絹フィブロイン モノフィラメントの微細構造キャラクタリゼーションのためのプロトコルが表示されます。

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

Research

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Chemistry

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