Name: preparation of functional silica using a bioinspired method
Uploaded: 2018-08-01T14:45:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method at JoVE.com

Авторы благодарят финансовую поддержку от Департамента химических и биологических Engineering (Университет Шеффилд) на всей территории отеля и в EPSRC (EP/L017059/1 и EP/P006892/1).

1. Подготовка решений прекурсоров (и Факультативный герметиком решения)
<ol><li>В пластиковый контейнер 180 мл измерить 1,5 ммоль пентагидрат Силикат натрия (318.2 мг) и растворяют в 20 мл деионизованной воды.</li>
	<li>Аналогичным образом в второй контейнер, измерения 0,25 ммоль pentaethylene гексамина (Пьеха, 58.1 мг) и растворяют в 20 мл деионизованной воды.<ol>
<li>При использовании альтернативных Амин содержащих соединений например,diethylenetriamine (Дета) или triethylenetetraamine (тета), убедитесь, что общая Si:N моль соотношение остается неизменным на 1 (т.е. соответствующий 0.5 ммоль DETA или 0.375 ммоль тета в Описанная процедура)15.</li>
		<li>При использовании полимерных Амин добавки например,poly(ethyleneimine) (PEI) или poly(allylamine hydrochloride) (ПАУ), поддержание концентрации 1 мг/мл (окончательный реакции объем)15. Предупреждение: Обрабатывайте эти амины только внутри Зонта, поскольку они являются коррозионными или токсичные в их чистых формах (особенно в виде паров).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Выполнять в ситу инкапсуляции во время синтеза, распустить заранее определенной массы белка (здесь 50 мг бычьим сывороточным альбумином, BSA) в 5 мл деионизованной воды. Вычтите этот объем воды из объема деионизированной воды, чтобы использоваться для растворения пентагидрат Силикат натрия.<ol>
<li>Чтобы облегчить распада белка без изменения его структуры, после смешивания с дейонизированной водой, крышка контейнера и хранить при 4 ° C. Проверка иногда прогресс, растворения, желательно без перемешивания.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. кремнезема синтез
<ol><li>Объединить решения пентагидрат силиката натрия и Пьеха в одном из 180 мл контейнер и добавить достаточно деионизированной воды, чтобы сделать окончательный решения объем 41 мл (или 46 Если опущен в situ инкапсуляция).</li>
	<li>Поместите смесь свежеприготовленные силиката натрия и Пьеха решений на вершине пластины мешалкой, добавив баром мешалкой для обеспечения последовательного смешивания.</li>
	<li>В этот сосуд приостановить рН зонд и записывать первоначального рН.<ol>
<li>На данном этапе при необходимости, удалите 750 мкл Алиготе начальной смеси для последующего определения концентрации первоначального [си], используя синяя молибденовый спектрофотометрические assay, как описано в шаге 8.1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Начинается синтез, добавив заранее количество 1 M HCl, рассчитывается из рисунка 1и наблюдать за немедленное эволюции мутность (см. Рисунок 2)</li>
	<li>Как только добавление кислоты закончилась, добавить решение герметиком (если таковые имеются) как можно быстрее. Примечание: Окончательный объем, учитывая эти количества — 50 мл суммарная реакция смеси, приводит к концентрации Си и N 30 мм. Это может быть расширена как пожелано путем умножения все выше количествах на постоянную величину.</li>
	<li>Запишите рН после 5 минут для определения реакции завершения; Убедитесь, что pH 7 ± 0,05.</li>
</ol>3. кислоты элюции материалов
<ol><li>После реакции достиг завершения (или как сделал как сгусток resuspending предыдущих синтезированных образец кремния) путем добавления дальнейших кислоты, измените состав производства кремния.</li>
	<li>Если resuspending кремнезема, смешать примерно 150 мг-подготовила bioinspired кремния с 100 мл обессоленной воды в пластиковый контейнер, 180 мл и место на вершине пластины мешалкой.</li>
	<li>После приостановки хорошо перемешиваются, приостановите рН зонд в сосуде.</li>
	<li>Титруйте в дальнейших HCl, пока не будет достигнуто желаемого pH (между 7 и 2) и позволяют стабилизировать для ca. 1 мин.</li>
	<li>Для обеспечения системы полностью достижение равновесного уровня, а затем приступить к изолировать твердых кремния, подождите еще 5 мин.</li>
</ol>4. кремнезема разделения и сушки
<ol><li>Декант суспензии кремнезема bioinspired в 50 мл пробирок.</li>
	<li>Центрифуга для подвески на 5000 g за 15 мин.</li>
	<li>Удалите супернатант после центрифугирования и хранилище для дальнейшего анализа (например, assay Брадфорд, см. ниже). Пополняйте пробирок с дейонизированной водой и вновь приостановить кремнезема, используя вихревой смеситель.</li>
	<li>Повторите дважды центрифугирования, супернатанта хранения и ресуспендирования.</li>
	<li>После окончательного центрифугирования удалить супернатант и циклюют кремнезема в керамический тигель.</li>
	<li>Сухой в духовке на ночь на 85 ° C.<ol>
<li>Если инкапсуляции имело место, используйте Плаурайта объекта или духовкой, действующих под вакуумом во избежание денатурации белков.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. производство молибдена синий реагента (MBR) для определения [си]
<ol><li>Для пластиковых объемные колба 1 Л добавьте 8 ммоль (10 g) аммония молибдата тетрагидрат в вытяжной шкаф.</li>
	<li>Это растворяют в 500 мл деионизированной воды при помешивании.</li>
	<li>Подкислять раствор, тщательно добавив 60 мл раствора HCl 10 М.</li>
	<li>Окончательного громкость до 1 л.</li>
</ol>6. производство пункт Аминофенол сульфат восстанавливающего агента (RA) для определения [си]
<ol><li>Место стеклянную колбу объемные 500 мл на водяной бане при температуре на плите мешалки в вытяжной шкаф.</li>
	<li>Добавьте 111 ммоль (10 g) безводная щавелевой кислоты, 19,5 ммоль (3.35 g) пункт Аминофенол сульфат, и 16 ммоль (2 g) сульфит натрия и растворяют в 250 мл воды.</li>
	<li>Тщательно и медленно добавить 92 g (50 мл) насыщенные серной кислоты, помешивая и ждать решения для охлаждения.</li>
	<li>Наконец разбавляют до 500 мл деионизированной водой.</li>
</ol>7. Silicomolybdic кислота Assay на виды мономерных кремнезема
<ol><li>В пластиковом флаконе 5 мл разбавляют 300 мкл MBR производится на шаге 5.4 с 3 мл деионизованной воды.</li>
	<li>10 мкл раствора кремниевой кислоты тестирования и трясти смешивать. Примечание: Это решение будет медленно желтеть.</li>
	<li>После ровно 15 мин добавьте 1,6 мл восстанавливающего агента, из раздела 6 готовы сократить желтый silicomolybdate комплекс синий изомер.</li>
	<li>Разрешить синий цвет для разработки для по крайней мере 2, но не более 24 ч.</li>
	<li>Измерение оптической плотности образца на 810 Нм в Спектрофотометр UV-vis и вычислить [си] против калибровочной кривой.</li>
</ol>8. Silico молибденовая кислота Assay на виды полимерных кремнезема
<ol><li>Для измерения концентрации polysilicate видов, с помощью метода синяя молибденовый в пробки microcentrifuge, объедините 750 мкл раствора гидроксида натрия 2 М с 750 мкл суспензии кремнезема.</li>
	<li>Печать и место в microcentrifuge float.<ol>
<li>Убедитесь, что достаточно headspace осталось в трубе, во избежание разрыва за счет повышения давления. Примечание: Headspace 500 мкл обычно достаточно избежать этого. Кроме того процедура может осуществляться в открытые флаконы пока приходится жидкой потери в результате испарения.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Плавать microcentrifuge трубы в ванне с водой, подогретой до 80 ° C и оставить его растворить 1 h.</li>
	<li>По истечении 1 h удалить microcentrifuge трубы и протрите насухо вне.</li>
	<li>После охлаждения, [си] может быть определена как описано выше, как описано в шагах 7.2 до 7,5.</li>
</ol>9. Брэдфорд Assay процедура для определения концентрации белка в кремнезема
<ol><li>Вставить определенное количество реагента (комнатной температуры) Брэдфорд и образец в каждой назначенной кювета (см. в таблице 1 и таблице 2 для определенных томов). Используйте одноразовые наконечники для каждого кювет чтобы избежать изменения объема в связи с характером реагента и повторите каждой точки в трех экземплярах.</li>
	<li>Mix каждый кювет инвертирование 3 раза и оставить для разработки 10 мин.</li>
	<li>Измерение оптической плотности на 595 Нм, с использованием чистого супернатанта как пустой.</li>
	<li>Вычислить оригинальные absorbance каждого кювет путем вычитания из каждого измерения оптической плотности, найденных для управления образца (кювет № 0 в обоих анализов).</li>
	<li>Рассчитайте концентрацию белка неизвестных образца с помощью калибровочной кривой (рис. 3). В случае разведение исходного образца коэффициент разрежения должен учитываться.<ol>
<li>Создайте Калибровочная кривая для каждого набора экспериментов, построения измерения поглощения против концентрации BSA, чтобы избежать случайных колебаний, которые могут повлиять на пробу на чувствительность.</li>
		<li>Хотя этот assay протеина предназначен для использования BSA как стандарт для количественного определения любого типа белка, создайте Калибровочная кривая для каждого конкретного протеин интереса для повышения точности.</li>
		<li>Если содержание белка неизвестный образец, как ожидается, будет выше, чем охватывает спектр калибровочной кривой, развести его при необходимости.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Определите содержание белка для каждой выборки во время ре подвеска для мониторинга возможных протеина потери.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Swaisgood, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+immobilized+enzymes+to+improve+functionality.">The use of immobilized enzymes to improve functionality.</a> Proteins Food Process. , 607-630 (2004).</li><li>Hartmann, M., Kostrov, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilization+of+enzymes+on+porous+silicas+-+benefits+and+challenges.">Immobilization of enzymes on porous silicas - benefits and challenges.</a> Chem Soc Rev. 42 (15), 6277 (2013).</li><li>Hudson, S., Cooney, J., Magner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proteins+in+Mesoporous+Silicates.">Proteins in Mesoporous Silicates.</a> Angew Chemie Int Ed. 47 (45), 8582-8594 (2008).</li><li>Hanefeld, U., Gardossi, L., Magner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+enzyme+immobilisation.">Understanding enzyme immobilisation.</a> Chem Soc Rev. 38 (2), 453-468 (2009).</li><li>Magner, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Immobilisation+of+enzymes+on+mesoporous+silicate+materials.">Immobilisation of enzymes on mesoporous silicate materials.</a> Chem Soc Rev. 42 (15), 6213-6222 (2013).</li><li>Rodrigues, R. C., Ortiz, C., Berenguer-Murcia, &. #. 1. 9. 3. ;., Torres, R., Fern&#225;ndez-Lafuente, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modifying+enzyme+activity+and+selectivity+by+immobilization.">Modifying enzyme activity and selectivity by immobilization.</a> Chem Soc Rev. 42 (15), 6290-6307 (2013).</li><li>Forsyth, C., Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bio-Inspired Silicon-Based Materials. 5, (2014).</li><li>Luckarift, H. R., Spain, J. C., Naik, R. R., Stone, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme+immobilization+in+a+biomimetic+silica+support.">Enzyme immobilization in a biomimetic silica support.</a> Nat Biotechnol. 22 (2), 211-213 (2004).</li><li>Betancor, L., Luckarift, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+enzyme+encapsulation+for+biocatalysis.">Bioinspired enzyme encapsulation for biocatalysis.</a> Trends Biotechnol. 26 (10), 566-572 (2008).</li><li>Livage, J., Coradin, T., Roux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+biomolecules+in+silica+gels.">Encapsulation of biomolecules in silica gels.</a> J Phys Condens Matter. 13 (33), R673-R691 (2001).</li><li>Hartmann, M., Jung, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biocatalysis+with+enzymes+immobilized+on+mesoporous+hosts:+the+status+quo+and+future+trends.">Biocatalysis with enzymes immobilized on mesoporous hosts: the status quo and future trends.</a> J Mater Chem. 20 (5), 844 (2010).</li><li>Carlsson, N., Gustafsson, H., Th&#246;rn, C., Olsson, L., Holmberg, K., &#197;kerman, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzymes+immobilized+in+mesoporous+silica:+A+physical-chemical+perspective.">Enzymes immobilized in mesoporous silica: A physical-chemical perspective.</a> Adv Colloid Interface Sci. 205, 339-360 (2014).</li><li>Manning, J. R. H., Yip, T. W. S., Centi, A., Jorge, M., Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Eco-Friendly,+Tunable+and+Scalable+Method+for+Producing+Porous+Functional+Nanomaterials+Designed+Using+Molecular+Interactions.">An Eco-Friendly, Tunable and Scalable Method for Producing Porous Functional Nanomaterials Designed Using Molecular Interactions.</a> ChemSusChem. 10 (8), 1683-1691 (2017).</li><li>Drummond, C., McCann, R., Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+feasibility+study+of+the+biologically+inspired+green+manufacturing+of+precipitated+silica.">A feasibility study of the biologically inspired green manufacturing of precipitated silica.</a> Chem Eng J. 244, 483-492 (2014).</li><li>Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+and+bioinspired+silica:+recent+developments+and+applications.">Biomimetic and bioinspired silica: recent developments and applications.</a> Chem Commun. 47 (27), 7567-7582 (2011).</li><li>Iler, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica. , (1979).</li><li>Forsyth, C., Yip, T. W. S., Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CO2+sequestration+by+enzyme+immobilized+onto+bioinspired+silica.">CO2 sequestration by enzyme immobilized onto bioinspired silica.</a> Chem Commun (Camb). 49 (31), 3191-3193 (2013).</li><li>Forsyth, C., Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+performance+of+lipase+immobilised+on+bioinspired+silica.">Controlling performance of lipase immobilised on bioinspired silica.</a> J Mater Chem B. 1 (8), 1164 (2013).</li><li>Bradford, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+rapid+and+sensitive+method+for+the+quantitation+of+microgram+quantities+of+protein+utilizing+the+principle+of+protein-dye+binding.">A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.</a> Anal Biochem. 72 (1-2), 248-254 (1976).</li><li>Ewlad-Ahmed, A. M., Morris, M. A., Patwardhan, S. V., Gibson, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Removal+of+formaldehyde+from+air+using+functionalized+silica+supports.">Removal of formaldehyde from air using functionalized silica supports.</a> Environ Sci Technol. 46, 13354-13360 (2012).</li><li>Yang, S. H., Ko, E. H., Jung, Y. H., Choi, I. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+functionalization+of+silica-encapsulated+yeast+cells.">Bioinspired functionalization of silica-encapsulated yeast cells.</a> Angew Chemie. 50 (27), 6239-6242 (2011).</li><li>Alotaibi, K. M., 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=Iron+supported+on+bioinspired+green+silica+for+water+remediation.">Iron supported on bioinspired green silica for water remediation.</a> Chem Sci. 8 (1), 567-576 (2017).</li><li>Davidson, S., Lamprou, D. A., Urquhart, A. J., Grant, M. H., Patwardhan, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+Silica+Offers+a+Novel,+Green,+and+Biocompatible+Alternative+to+Traditional+Drug+Delivery+Systems.">Bioinspired Silica Offers a Novel, Green, and Biocompatible Alternative to Traditional Drug Delivery Systems.</a> ACS Biomater Sci Eng. 2 (9), 1493-1503 (2016).</li><li>Patwardhan, S. V., Perry, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+enzyme+and+quantum+dot+in+silica+by+combining+continuous+flow+and+bioinspired+routes.">Synthesis of enzyme and quantum dot in silica by combining continuous flow and bioinspired routes.</a> Silicon. 2 (1), 33-39 (2010).</li><li>Nozawa, K., 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=Smart+control+of+monodisperse+st&#246;ber+silica+particles:+Effect+of+reactant+addition+rate+on+growth+process.">Smart control of monodisperse st&#246;ber silica particles: Effect of reactant addition rate on growth process.</a> Langmuir. 21 (4), 1516-1523 (2005).</li><li>Belton, D. J., Patwardhan, S. V., Annenkov, V. V., Danilovtseva, E. N., Perry, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+biosilicification+to+tailored+materials:+optimizing+hydrophobic+domains+and+resistance+to+protonation+of+polyamines.">From biosilicification to tailored materials: optimizing hydrophobic domains and resistance to protonation of polyamines.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (16), 5963-5968 (2008).</li><li>de &#193;vila, S. G., Silva, L. C. C., Matos, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimisation+of+SBA-15+properties+using+Soxhlet+solvent+extraction+for+template+removal.">Optimisation of SBA-15 properties using Soxhlet solvent extraction for template removal.</a> Microporous Mesoporous Mater. 234, 277-286 (2016).</li><li>Cassiers, K., Van Der Voort, P., Vansant, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+stable+and+directly+usable+hexagonal+mesoporous+silica+by+efficient+amine+extraction+in+acidified+water.">Synthesis of stable and directly usable hexagonal mesoporous silica by efficient amine extraction in acidified water.</a> Chem Commun. (24), 2489-2490 (2000).</li><li>Tanev, P. T., Pinnavaia, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoporous+Silica+Molecular+Sieves+Prepared+by+Ionic+and+Neutral+Surfactant+Templating:+A+Comparison+of+Physical+Properties.">Mesoporous Silica Molecular Sieves Prepared by Ionic and Neutral Surfactant Templating: A Comparison of Physical Properties.</a> Chem Mater. 8 (8), 2068-2079 (1996).</li></ol>

Авторы заявляют не конкурирующие финансового интереса.

В текущей работе мы представляем метод для быстрого осаждения bioinspired кремнеземные материалы и инкапсуляции биомолекул нем. Мы демонстрируем важные шаги в рамках процедуры, а именно количество инициирования реакции кислоты, чтобы быть добавлены и сроков введения в биомолекулы герметиком. Мы Показать эффект кислоты дополнение суммы на реакции прогрессии и урожайности (рис. 4 и 5 рисунок, соответственно) и продемонстрировал метод для жесткого контроля над условий синтеза, позволяя для обеспечения согласованности, несмотря на эту чувствительность. Что касается активных видов инкапсуляции, хотя простой с точки зрения процедуры, инкапсуляции показано быть чувствительным к условиям эксперимента (порядок добавления, рН сложения, условия окружающей среды), однако, последовательность в материал свойств снова достижимо.
Условия синтеза могут быть изменены с помощью различных добавок, многие из которых были опубликованы в другом месте,15 , предоставляя широкий спектр морфологии и пористости. Кроме того, после синтетические методы для изменения и химически портной bioinspired кремнеземные материалы поступили такие украшения Амин13 и поверхность мягкой очистки. 20 наконец, благодаря мягким, водный характер синтеза, в situ инкапсуляции возможно более широкий спектр субстратов, чем те, которые продемонстрировали здесь, начиная от ферментов17,18 до целых ячеек,21 Металлические соли, активных фармацевтических ингредиентов22 ,23 и квантовых точек. 24
В отличие от других синтезы органических опосредованной кремнезема (например, MCM-41 или SBA-15 материалов) полифункциональный характер bioinspired, что добавки не может производить приказал поровой структуры, ни высоко монодисперсных распределения размера частиц характеристика кремния Stöber типа. 25 это из-за отсутствия четко определенных мицеллообразования поведение bioinspired добавки (вне особых случаев)26 в сочетании с их возросшая активность катализатора над монофункциональный Амин содержащих добавки. 26
С другой стороны этот полифункциональных добавок характер позволяет использовать короче время реакции и мягкие температуры и давления по сравнению с другими синтезы органических опосредованной кремнезема. Это также приводит к возможности комнатной температуре добавка элюции как описано выше, которых предстоит достичь для этих других семей кремнезема из-за специфики их химии поверхности. 27 , 28 , 29 следовательно, bioinspired кремнеземные материалы было показано более практичный и экономичный производить в более широком масштабе, приводит к легче коммерциализации и развития. 14
В резюме bioinspired кремнезема синтез представляет метод быстрым, легким для производства активных видов поддерживает или газ сорбента СМИ. Через жесткий контроль pH во время и после реакции широкий спектр кремнезема аминов композиты могут быть синтезированы с различными свойствами, который далее дополняется возможность на месте инкапсуляции массива различных органических, неорганические, или био органические материалы. Хотя независимый пост синтетических модификации bioinspired присадок и герметиком концентрации еще предстоит достичь, эти методы представляют собой многообещающий шаг на пути к экологически безопасные химические процессы.

Использование силики как структурную поддержку для промышленных катализаторов хорошо организованной, позволяя для улучшения катализатора деятельности, стабильности и технологичность,1 , следовательно, потенциально уменьшая эксплуатационные затраты. Эти пособия усугубляются в случае иммобилизации фермента, как хранения в рамках системы пор кремния может придать значительные выгоды на фермент жизни над его бесплатно коллегой. Соответственно много усилий было потрачено в поиске лучший способ прикрепить ферменты кремнезема видов, с несколько отзывов, сравнивая расследований с использованием различных методов иммобилизации на кремниевые твердых поддержках. 2 , 3 , 4
Ферментов обычно крепятся через physisorption или ковалентного, помимо инкапсуляции внутри пористого материала. 5 тем не менее, есть существенные недостатки, связанные с каждым методом: physisorption опирается на переходные поверхности взаимодействия между кремнезема и биомолекулы, который очень легко может быть ослаблена в результате условий реакции, ведущие к неприемлемым фермент выщелачивания. Гораздо сильнее ковалентных вложение обычно приводит к нижней активности из-за снижения конформационные свободу активных видов. Инкапсуляция может привести к снижение активности фермента недоступность или диффузионным ограничения. 6
Недавние события в области синтезов мягкий кремний (часто называют «bioinspired») создали в situ инкапсуляции биомолекул и других активных видов во время синтеза материала. 7 , 8 , 9 этот метод устраняет многие из недостатков обычных иммобилизации - в отличие от подходов химисорбция конформационные свободу биомолекулы поддерживается использование слабых нековалентных взаимодействий, но как поры полости формы вокруг биомолекулы, выщелачивание является по-прежнему мешают. Действительно инкапсуляции была продемонстрирована возможность работать для ряда биомолекул и даже целые клетки,10 и путем инкапсуляции в bioinspired кремнезема эффекты, такие как отключение из-за суровых процесса можно избежать условий. 7 , 11
Цель метода, описанного в настоящем документе – подготовить пористого кремния с управляемыми свойствами, при температуре окружающей среды, с помощью bioinspired органические добавки. Метод может быть легко изменен для включения инкапсуляции биоорганических или неорганических молекул, выбор которого должны быть показаны. Далее мы покажем снисходительный метод для изменения как синтезированных материалов для достижения желаемого объемных свойств и очистки путем удаления органических шаблон через кислоты элюции.
По сравнению с традиционными синтез шаблонного пористого кремния поддерживает (например,кремнеземные материалы шаблонного через супрамолекулярные ПАВ сборки как MCM-41 или SBA-15)12 , которую этот метод значительно быстрее и мягче, позволяя с учетом, в situ инкапсуляции без необходимости многочисленные шаги иммобилизации и трудоемкий очистки. Кроме того использование кислотных элюции вместо прокаливания открывает возможность органических Функционализация поверхности.
Этот метод является весьма применима для тех, кто работает в иммобилизации активных видов, которые нашли physisorption или ковалентной иммобилизации оказались неэффективными. Это также полезно для тех, кто исследования процесса наращивания как синтез bioinspired располагает уникальными возможностями для индустриализации, по сравнению с обычными шаблонного кремнеземные материалы. 13 , 14 этот метод не рекомендуется использовать для приложений, которые требуют упорядоченный массив поры внутри материала например,фотоники, как структура материала неупорядоченных несмотря на любое сходство в объемных свойств.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:672px;" width="670">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:139px;">Silica synthesis</td>
			<td style="width:223px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td style="width:188px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Sodium silicate pentahydrate</td>
			<td style="width:223px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:123px;">10070470</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Pentaethylene hexamine (PEHA)</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>292753</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Diethylenetriamine (DETA)</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">D93856</td>
			<td>Toxic</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Triethylenetetraamine (TETA)</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">90460</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Poly(ethyleneimine) (PEI)</td>
			<td style="width:223px;">Polysciences</td>
			<td style="width:123px;">6088</td>
			<td>1.2K MW</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:139px;">Poly(allylamine hydrochloride) (PAH)</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">283215</td>
			<td>17.5k MW</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Bovine Serum Albumin (BSA)</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">A2153</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:139px;">Hydrochloric acid (HCl) 1M</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:123px;">10487830</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Silicomolybdic acid assay</td>
			<td style="width:223px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:139px;">Ammonium molybdate tetrahydrate</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">A7302</td>
			<td>Product replaced by M1019</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Hydrochloric acid (HCl) 37.0%wt</td>
			<td style="width:223px;">Fluka Analytical</td>
			<td>84436</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Anhydrous oxalic acid</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">75688</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Para-aminophenol sulphate</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:123px;">10446880</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:139px;">Sodium sulphite</td>
			<td style="width:223px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:123px;">10234400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">Sulphuric acid</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">84727</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:139px;">Bradford assay</td>
			<td style="width:223px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">Bradford reagent</td>
			<td style="width:223px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">B6916</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:139px;">Equipment</td>
			<td style="width:223px;"></td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Autotitrator Titrando 902</td>
			<td style="width:223px;">Metrohm</td>
			<td style="width:123px;">2.902.0010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">801 magnetic stirrer plate</td>
			<td style="width:223px;">Metrohm</td>
			<td style="width:123px;">2.801.0040</td>
			<td>For use with above</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:139px;">800 Dosino</td>
			<td style="width:223px;">Metrohm</td>
			<td style="width:123px;">2.800.0010</td>
			<td>For use with above</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:139px;">Aquatrode Plus</td>
			<td style="width:223px;">Metrohm</td>
			<td style="width:123px;">6.0253.100</td>
			<td>For use with above</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">Centrifuge Sorvall ST16</td>
			<td style="width:223px;">Thermo Scientific</td>
			<td style="width:123px;">11814243</td>
			<td>Code is for Fisher scientific</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:139px;">UV-Vis spectrophotometer Genesys 10A</td>
			<td style="width:223px;">Thermo scientific</td>
			<td style="width:123px;">12104972</td>
			<td>Code is for Fisher scientific</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of functional silica using a bioinspired method

Цель протоколов, описанные здесь является синтезировать bioinspired кремнеземные материалы, выполнять инкапсуляцию фермента нем и частично или полностью очистить то же самое, кислоты элюции. Объединив силиката натрия с полифункциональных bioinspired добавка, кремнезема быстро формируется в условиях окружающей среды после нейтрализации.
Изучено влияние нейтрализации скорость и биомолекулы Добавление точки на урожайность кремнезема, и биомолекулы иммобилизации эффективность сообщается на различные добавления точки. В отличие от других методов синтеза пористых кремнезема показано, что мягкая условия, необходимые для синтеза bioinspired кремнезема полностью совместимы с инкапсуляцией деликатный биомолекул. Кроме того мягкий условия используются во всех синтез и модификация шаги, делая bioinspired кремнезема перспективных мишенью для масштабирования и коммерциализации как голые материал и активной поддержке среднего.
Синтез показано очень чувствительна к условиям, т.е. показатель нейтрализации и окончательного синтеза рН, однако плотный контроль над этими параметрами проявляется посредством использования методов автоматического титрования, приводит к высокой воспроизводимости в реакция прогрессии путь и урожайность.
Таким образом bioinspired кремнезема-выбор отличный активный материальной поддержки, показывая универсальность многих текущих приложений, не ограничиваясь теми показали здесь, и потенции в будущих приложений.

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method at JoVE.com

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

Здесь мы представляем протокол синтезировать bioinspired кремнеземные материалы и иммобилизации ферментов в нем. Кремний синтезируется путем объединения силиката натрия и Амин «добавка», которые нейтрализуют руемой скорости. Свойства материалов и функции могут быть изменены в situ иммобилизации фермента или пост синтетических кислотных элюции инкапсулированные добавок.

Подготовка функциональной кремнезема, с помощью метода Bioinspired

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Подготовка Silica наночастиц Через СВЧ-помощь кислотно-катализа

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

Подготовка аэрогеля диоксида кремния Монолиты через Быстрое сверхкритической экстракции методом

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Real-time Monitoring of Reactions Performed Using Continuous-flow Processing: The Preparation of 3-Acetylcoumarin as an Example

В режиме реального времени мониторинг реакций осуществляется с помощью обработки прямоточного: Получение 3-Acetylcoumarin как пример

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible ...

Preparation of Biopolymer Aerogels Using Green Solvents

Приготовление биополимера аэрогели с помощью зеленого Растворители

Although the first reports on aerogels made by Kistler1 in the 1930s dealt with aerogels from both inorganic oxides (silica and others) and biopolymers ...

Sediment Core Extrusion Method at Millimeter Resolution Using a Calibrated, Threaded-rod

Отложения сердечника Экструзия Метод на миллиметровых Разрешение с помощью калиброванного, резьбовой стержень

Aquatic sediment core subsampling is commonly performed at cm or half-cm resolution. Depending on the sedimentation rate and depositional environment, ...

Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method

Определение карбонильных функциональных групп в биомасла потенциометрическим титрованием: The Faix метод

Carbonyl compounds present in bio-oils are known to be responsible for bio-oil property changes upon storage and during upgrading. Specifically, carbonyls ...

Preparation and Evaluation of 99mTc-labeled Tridentate Chelates for Pre-targeting Using Bioorthogonal Chemistry

Preparation and Evaluation of 99mTc-labeled Tridentate Chelates for Pre-targeting Using Bioorthogonal Chemistry

Подготовка и оценка<sup&gt; 99m</sup&gt; Tc меченных тридентатной хелатов для предварительной ориентации Использование биоортогональные реакции

Pre-targeting combined with bioorthogonal chemistry is emerging as an effective way to create new radiopharmaceuticals. Of the methods available, the ...

Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices

Свойств поверхности синтезированных нанопористого углерода и кремния матрицы

In this work, we report the synthesis and characterization of ordered nanoporous carbon material (also called ordered mesoporous carbon material [OMC]) ...

A Facile Synthetic Method to Obtain Bismuth Oxyiodide Microspheres Highly Functional for the Photocatalytic Processes of Water Depuration

Снисходительный синтетический метод для получения висмута Oxyiodide микросферы высокофункциональная фотокаталитический процессов очистки воды

Bismuth oxyhalide (BiOI) is a promising material for sunlight-driven-environmental photocatalysis. Given that the physical structure of this kind of ...

Imine Metathesis by Silica-Supported Catalysts Using the Methodology of Surface Organometallic Chemistry

Имин Метатез с помощью поддерживаемых Силикой катализаторов с использованием методологии поверхностной органометрической химии

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared ...