Name: microfluidic dry-spinning and characterization of regenerated silk fibroin fibers
Uploaded: 2017-09-04T14:00:00
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Este trabalho é patrocinado pela Fundação Nacional de ciências naturais da China (21674018), a pesquisa nacional de chave e programa de desenvolvimento da China (2016YFA0201702 /2016YFA0201700) e o "programa de Shuguang" suportado pelo desenvolvimento da educação de Shanghai Fundação e Shanghai Comissão Municipal de educação (15SG30), DHU distinto jovem Professor programa (A201302), os fundos de investigação Fundamental para as universidades Central e o projeto 111 (No.111-2-04).

atenção: favor consultar todas as fichas de dados de segurança relevantes antes do uso. Vários dos produtos químicos utilizados na preparação do molde são extremamente tóxicos. Por favor, use equipamento de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça comprida e sapatos fechados).
 1. Microfluidic fiação de RSF solução aquosa <ol><li>Preparação de RSF aquoso girando droga 4 , 15</su...

<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. 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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. 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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 a diálise da solução RSF, o valor de pH é essencial para o processo de concentração a seguir. Se o valor de pH da água deionizada é menor que 6, a solução RSF será mais fácil do gel durante o processo de concentração. Para evitar a gelificação, CaCl2 é adicionado à solução RSF. A concentração de CaCl2 é 1 mmol / peso da RSF.
Nosso trabalho anterior demonstrou a possibilidade de microfluidic seco-fiação de uma solução aquosa de RSF<sup cl...

Aranha e bicho da seda podem produzir fibra de seda pendente de solução aquosa de proteína à temperatura e pressão. Fluxo de cisalhamento e extensional pode induzir a formação de cristais líquidos textura na glândula de seda1. Nos últimos anos, tem havido um grande interesse em imitar o processo de fiação da aranha para produzir fibras artificiais de alta resistência. No entanto, grandes quantidades de proteína de seda de aranha não podem ser produzidas com eficiência e economicamente pela agricultura aranhas devido ao canibalismo. Quantidades substanciais de seda do bicho da seda podem ser obtidas facilmente pela agricultura. Caso contrário, o bicho da seda e a aranha tem uma composição semelhante de processo e aminoácido de fiação. Portanto, seda fibroin bicho da seda é selecionado como um substituto para fiam seda artificial de animais por muitos pesquisadores.
Aranha e bicho-da-extrude solução da proteína através de seu duto de fiação em fibra no ar. As forças de alto estresse geradas ao longo do duto de fiação mais provável Estiquem as moléculas da fibroína de seda para um mais alargado de conformação2. Seda artificial fibras têm sido giradas usando fiação convencional de molhado e seco-fiação processos3,4, que não levam em conta as forças fluidas geradas no duto de fiação.
Primeiro, microfluidic abordagens foram usadas para investigar o conjunto de proteínas de seda5,6. Então, estudou-se através do corte e extensional forças7,8de modelagem microfluidic fabricação da RSF. Módulo de Young e diâmetro das fibras RSF podem ser sintonizados por microfluidic girando molhado, mas a resistência à tração da fibra desenhada foi inferior a 100 MPa7. Finalmente, fibras de alta resistência RSF foram preparadas com sucesso usando o método de fiação seca microfluídicos, mas o diâmetro da fibra é apenas de 2 µm8. Recentemente, girando molhado microfluidic foi utilizado com sucesso na produção de fibra de seda de aranha recombinante alta resistência. O desenho pós-girando no ar melhorou os defeitos superficiais e internos de fibra artificial9.
Neste estudo, é introduzido o melhorado microfluidic girando o processo para a fibra da RSF. Destina-se a imitar o processo de fiação de seda do bicho da seda, incluindo a droga de fiação, corte as forças e processo de fiação seca. Este método de fiação não só pode produzir a fibra de seda artificial de alta resistência, mas também pode ajustar o diâmetro da fibra. Em primeiro lugar, a RSF girando a droga foi cortado e alongado em um canal de biomimic com um decaimento exponencial de ordem segundo. Em segundo lugar, as influências de umidade relativa (RH) sobre a morfologia das fibras e propriedades foram estudadas no processo seco-fiação microfluidic10. Em comparação com a fieira de fiação convencional, nosso sistema microfluídicos é altamente biomimetic e pode ser usado para produzir fibra de alta resistência de soluções à temperatura ambiente pelo seco ou molhado, girando o método.
Devido a alta resolução, alto brilho e alta energia do radiação síncrotron microfoco raio-x, ele pode ser usado para caracterizar a microestrutura de uma única fibra com um diâmetro de vários micrômetros4,11 , 12 , 13 , 14. aqui, SR-WAXD técnica foi usada para calcular a cristalinidade, tamanho do cristalite e orientação cristalina das fibras da 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

O protocolo demonstra um método para imitar o processo de fiação do bicho da seda. No processo de fiação nativo, o duto de fiação contratantes permite que as proteínas de seda ser compacto e ordenada pelas forças de cisalhamento e alongamento. Aqui, um canal de microfluidic biomimetic foi projetado para imitar a geometria específica do duto de fiação do bicho da seda. Fiação da fibroína seda regenerada (RSF) dopada com alta concentração, foi expulso através da microchannel para fibras de spin e seco à temperatura e pressão. No processo de pós-Tratado, as fibras como-fiado foram desenhadas e armazenadas em solução aquosa de etanol. Radiação síncrotron difração de raios x de grande angular (SR-WAXD) tecnologia foi usada para investigar a microestrutura do única fibras RSF, que foram fixados a um suporte de amostra com o eixo de fibra RSF normal para o microbeam de raio-x. A cristalinidade, tamanho do cristalite e orientação cristalina da fibra foram calculadas a partir dos dados WAXD. Os arcos de difração perto do Equador do padrão bidimensional WAXD indicam que a fibra RSF pós-Tratado tem um grau elevado de orientação.

Fibras de alta resistência RSF foram produzidas com êxito usando o microfluidic girando o método. As curvas tensão-deformação e imagens SEM das fibras esticadas RSF C44R40 são mostradas na Figura 2. Pelo menos 10 fibras foram medidas no teste de tração. Curvas tensão-deformação foram escolhidas de acordo com o valor médio da quebra de tensão e deformação das fibras. Os dados WAXD das fibras são mostrados na Figura 3</stro...

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Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

Microfluidic seco-fiação e caracterização de fibras regeneradas da fibroína de seda

Um protocolo para a fiação microfluidic e caracterização da microestrutura do monofilamento da fibroína seda regenerada é apresentado.

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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