Name: reactive inkjet printing and propulsion analysis of silk-based self-propelled micro-stirrers
Uploaded: 2019-04-26T13:00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Reactive Inkjet Printing and Propulsion Analysis of Silk-based Self-propelled Micro-stirrers at JoVE.com

Авторы хотели бы отметить поддержку со стороны ЕПКЗ через X. Чжао реактивный струйной печати наград шелковых материалов (EP/N007174/1 и EP/N023579/1), S. J. Ebbens карьера ускорение стипендий, и здравоохранения технологии влияние стипендий (EP/J002402/ 1 и EP/N033736/1). Авторы также поблагодарить д-р Цинвы ся из государственной ключевой лабораторией шелкопряда биологии генома, Юго-Западный университет, Китай за предоставление шелковые коконы.

<ol>
	<li>Gregory, D. A., Campbell, A. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Catalyst+Distribution+on+Spherical+Bubble+Swimmer+Trajectories.">Effect of Catalyst Distribution on Spherical Bubble Swimmer Trajectories.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 119 (27), 15339-15348 (2015).</li><li>Paxton, W. 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=Catalytic+Nanomotors:+Autonomous+Movement+of+Striped+Nanorods.">Catalytic Nanomotors: Autonomous Movement of Striped Nanorods.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (41), 13424-13431 (2004).</li><li>Gao, 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=Seawater-driven+magnesium+based+Janus+micromotors+for+environmental+remediation.">Seawater-driven magnesium based Janus micromotors for environmental remediation.</a> Nanoscale. 5 (11), 4696-4700 (2013).</li><li>Li, 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=Water-Driven+Micromotors+for+Rapid+Photocatalytic+Degradation+of+Biological+and+Chemical+Warfare+Agents.">Water-Driven Micromotors for Rapid Photocatalytic Degradation of Biological and Chemical Warfare Agents.</a> ACS Nano. 8 (11), 11118-11125 (2014).</li><li>Gregory, D. A., Zhang, Y., Smith, P. J., Zhao, X., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+Inkjet+Printing+of+Biocompatible+Enzyme+Powered+Silk+Micro-Rockets.">Reactive Inkjet Printing of Biocompatible Enzyme Powered Silk Micro-Rockets.</a> Small. 12 (30), 4048-4055 (2016).</li><li>Ismagilov, R. F., Schwartz, A., Bowden, N., 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=Autonomous+movement+and+self-assembly.">Autonomous movement and self-assembly.</a> Angewandte Chemie-International Edition. 41 (4), 652-654 (2002).</li><li>Li, 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=Highly+Efficient+Freestyle+Magnetic+Nanoswimmer.">Highly Efficient Freestyle Magnetic Nanoswimmer.</a> Nano Letters. 17 (8), 5092-5098 (2017).</li><li>Barbot, A., Decanini, D., Hwang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controllable+Roll-to-Swim+motion+transition+of+helical+Nanoswimmers.">Controllable Roll-to-Swim motion transition of helical Nanoswimmers.</a> 2014 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. , 4662-4667 (2014).</li><li>Xuan, 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=Near+Infrared+Light-Powered+Janus+Mesoporous+Silica+Nanoparticle+Motors.">Near Infrared Light-Powered Janus Mesoporous Silica Nanoparticle Motors.</a> Journal of the American Chemical Society. 138 (20), 6492-6497 (2016).</li><li>Garcia-Gradilla, V., 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=Functionalized+ultrasound-propelled+magnetically+guided+nanomotors:+toward+practical+biomedical+applications.">Functionalized ultrasound-propelled magnetically guided nanomotors: toward practical biomedical applications.</a> ACS Nano. 7 (10), 9232-9240 (2013).</li><li>Baraban, L., 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=Catalytic+Janus+Motors+on+Microfluidic+Chip:+Deterministic+Motion+for+Targeted+Cargo+Delivery.">Catalytic Janus Motors on Microfluidic Chip: Deterministic Motion for Targeted Cargo Delivery.</a> ACS Nano. 6 (4), 3383-3389 (2012).</li><li>Ghalanbor, Z., Marashi, S. -. A., Ranjbar, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotechnology+helps+medicine:+Nanoscale+swimmers+and+their+future+applications.">Nanotechnology helps medicine: Nanoscale swimmers and their future applications.</a> Medical Hypotheses. 65 (1), 198-199 (2005).</li><li>Lu, Q., 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=Water-Insoluble+Silk+Films+with+Silk+I+Structure.">Water-Insoluble Silk Films with Silk I Structure.</a> Acta Biomaterialia. 6 (4), 1380-1387 (2010).</li><li>Wilson, D., Valluzzi, R., Kaplan, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformational+Transitions+in+Model+Silk+Peptides.">Conformational Transitions in Model Silk Peptides.</a> Biophysical Journal. 78 (5), 2690-2701 (2000).</li><li>Fink, T. D., Zha, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silk+and+Silk-Like+Supramolecular+Materials.">Silk and Silk-Like Supramolecular Materials.</a> Macromolecular Rapid Communications. , 1700834 (2018).</li><li>Chelikani, P., Fita, I., Loewen, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diversity+of+structures+and+properties+among+catalases.">Diversity of structures and properties among catalases.</a> Cellular and Molecular Life Sciences CMLS. 61 (2), 192-208 (2004).</li><li>Ajisawa, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dissolution+of+silk+fibroin+with+calciumchloride/ethanol+aqueous+solution.">Dissolution of silk fibroin with calciumchloride/ethanol aqueous solution.</a> Journal of Sericultural Science of Japan. 67 (2), 91-94 (1998).</li><li>Zhang, Y., Gregory, D. A., Smith, P. J., Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regenerated+silk+fibroin+as+an+inkjet+printable+biomaterial.">Regenerated silk fibroin as an inkjet printable biomaterial.</a> Printing For Fabrication (NIP). , 406-409 (2016).</li><li>Gregory, D. A., Zhang, Y., Smith, P. J., Ebbens, S. J., Zhao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altering+the+Bubble+Release+of+Reactive+Inkjet+Printed+Silk+Micro-rockets.">Altering the Bubble Release of Reactive Inkjet Printed Silk Micro-rockets.</a> Printing For Fabrication (NIP). , 452-456 (2016).</li><li>Zhang, Y., 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=Reactive+Inkjet+Printing+of+Functional+Silk+Stirrers+for+Enhanced+Mixing+and+Sensing.">Reactive Inkjet Printing of Functional Silk Stirrers for Enhanced Mixing and Sensing.</a> Small. , e1804213 (2018).</li></ol>

Авторам нечего раскрывать.

Ключевой особенностью СМСС производится в этом протоколе является способность быстро и легко разрабатывать различные формы и структуры через RIJ шелка легированных с ферментами, такими как каталаза и достижения химически приводом движения через пузырь двигательной силой5. Это вместе с высокой биосовместимостью18 из этих мешалки делает их весьма желательным для будущих приложений для водных проблем восстановления, а также для лабораторий-на-чип-приложений для медицинских диагностирования устройств.
Здесь двигательная способность демонстрируется с помощью простого дизайна линии с машинной частью, напечатанной на стороне, как показано на рисунке 1. Красные точки представляют собой каталитически активные каталазы, легированные части двигателя, а синие точки представляют неактивные части. Чтобы иметь возможность генерировать 3D фигуры через RIJ, необходимо печатать несколько слоев, чтобы генерировать высоту оси z. Здесь, количество слоев, депонированных на Si-вафельные были 100 и 200. Меняя количество слоёв, можно найти разницу в скорости движения/вращения, сравнимую с депонированием вдвое большего количества материала. Для того чтобы иметь четко определенные структуры во время струйной печати, важно, чтобы были выбраны правильные параметры, чтобы достичь четко определенной капли, как показано на рисунке 2. Эти параметры будут варьироваться в зависимости от используемых чернил и струйной устройств. Если чернила не производят стабильных капель, то чернила, скорее всего, больше не подходит для печати и, скорее всего, начинает превращаться в гель. Важно отметить, что предел разрешения сильно зависит от размера используемой насадки, и меньшие насадки позволяют для более высокого разрешения и более мелких структур/частиц печататься.
Пример RIJ печатных шелковая мешалка показан на рисунке 4, где каталаза легированного двигателя часть (как указано красным отмечены области) можно увидеть прилагается к стороне основного тела (также см. схема на рисунке 1 для деталей). Печатные шелковых лесов является материалом, который позволяет топлива решение диффузного всей структуры 3D, и, таким образом пузырьки кислорода образуются при разложении перекиси водорода через каталазы. Пузырьки кислорода, выпущенные генерировать микрон масштаба поры в шелковом конструкции эшафот, как можно увидеть путем сравнения МДж микрографов перед воздействием H2o2 топлива (рис. 5A) и после H2o2 экспозиции ( Рисунок 5B). Для того, чтобы обеспечить, что движение связано с разложением H2O2 топлива, но не поверхностное натяжение приводом через выпуск колышек400, важно, что мешалки изначально погружаются в воду в течение по крайней мере 10 мин и испытаны в di воды для движения поверхностного натяжения до двигательной установки в топливном растворе.
Использование ПЭГ400 позволяет лучше выпускать пузыри из шелковой поверхности19 , как было ранее объяснено Грегори et al.5 но может также привести к поверхностной напряженности приводом движения, которые могут быть желательны в зависимости от применения, как ранее описанные20. Этот второй механизм также дает возможность производить СМСС с двумя механизмами, которые зависят от времени и могут быть выгодны для определенных приложений, которые, например, ожидали бы первоначального энергичного перемешивания в начале, а затем медленнее продолжали перемешивании в течение длительных периодов времени20.
В заключение, с помощью RIJ для производства автономных самоходных устройств, широкий спектр форм и размеров могут быть легко разработаны и напечатаны. Шелк в качестве базового материала для устройств дает возможность легко инкапсулировать ферменты и другие пряностей в структуры, дающие возможности добавлять функции к этим устройствам.

Искусственные самоходные микро мешалки (СМСС) используют различные двигательные механизмы для производства движения, которые могут быть классифицированы как либо химические движения1,2,3,4, 5 , 6 или физическое внешнее движение. Общий химический механизм движения является использование каталитической или ферментативной активности либо генерировать движения градиентов или генерировать пузыри, которые придают импульс к объекту, когда они отделяются. Предыдущие исследования исследовали несколько каталитических и химических СМСС, в том числе полистирола бусы с наночастицами платины и хромом адсорбином на поверхности1, золото-Платина бряталлик Янус нано-стержни2, магний Янус микро мешалки3, микро-мешалки изготовлены из магния ядра и диоксида титана с встроенным наночастиц золота4, и шелка Фиброин Янус микро-ракет с каталазы встроенных в эшафот5. Физические двигательные механизмы включают магнитные7,8, оптические9, и ультразвуковые10 двигательных установок, все контролируется внешним физическим источником. В зависимости от предполагаемого применения размер SPMS может варьироваться от нескольких нанометров до нескольких сотен микрометров. Примерами потенциального применения этих вышеупомянутых и других СМСС являются медицинская диагностика заболеваний с лабораторно-на-чип устройств11, Загрузка и в естественных условиях целенаправленной доставки терапии12, экологической реабилитации3 (например, Очистка нефтяных разливов) и фотокаталитическую деградацию химических и биологических агентов, таких как бацилла анграакис и нервные агенты4. Целевой зависимости приложения, поэтому желательно, чтобы иметь возможность производить СМСС, которые проходят конкретные траектории, такие как длинные линейные траектории для транспортных проблем или вращательных траекторий для микро смешивания приложений. Акцент здесь делается на вращательное движение для перемешивания приложений.
Существует не один установленный метод для изготовления СМСС, но и для медицинских и экологических приложений, важно использовать материал, который является биосовместимым, биологически, экологически чистые, легко доступны, дешево и позволяет легко изготовления сложных СМСС без необходимости сложного оборудования. Восстановленный шелк Фиброин (РЕПОРТЕРЫ) является одним из таких материалов, который выполняет все эти параметры наряду с быть также одобрен пищевых продуктов и медикаментов (FDA).
Шелк является общим термином, используемым для нескольких естественных волокнистых белков, из которых, наиболее широко известный является тот, сделанный личинками шелковая моль, Bombyx Мори, до его окупукания. Эти коконы изготовлены из Фиброин, волокнистого белка, застрял вместе с другой белок, называемый Серицин. Шелк Фиброин (SF) было установлено, что отличные механические свойства, биосовместимость, и биоразлагаемость13, что делает его идеальным выбором для изготовления СМСС. SF существует в трех Полиморфные формы, а именно: шелк I, II, и III. Шелк I является водорастворимой метаводной формой, содержащей в основном гелисы и случайные катушки; шелк II представляет собой нерастворимый в воде вид, содержащий в основном антипараллельные, с кристаллизованным шелком; и шелк III представляет собой тройной полиглицин II спиральная структура, которая существует в водно-воздушном интерфейсе Шелкового раствора. Как и другие волокнистые белки, SF имеет повторяющиеся единицы аминокислотных последовательностей. Естественный SF кокона состоит из трех основных доменов гексапептида таких повторяющихся единиц (ГАГАГКС), в то время как X может быть A, S, или Y. Через связывание водорода, (GA) n мотивы из антипараллельных структур b листа далее стек через ван-дер-Ваальса сил и образуют гидрофобные нано кристаллизаций14,15.
Биосовместимость может быть улучшена путем поиска двигательных установок с использованием естественных ферментов для генерации градиента концентрации или пузырьков газа в жидкой среде (топливо). Следовательно, в этом исследовании, фермент каталаза используется в качестве "двигателя" для выработки двигательной установки с перекиси водорода используется как водный носитель. Каталаза-это фермент, который содержится почти во всех живых организмах. Оно катализирует Разложение перекиси водорода (H2O2) в воду и кислород16. Высвобождение пузырьков кислорода из ферментов сайтов СМСС генерирует силы на объект, заставляя его пройти движение в противоположном направлении пузыря релиз5 (рис. 1).
В каталитически управляемой SPMS, различное расположение каталитического участка приводит к различным поведению движения и траекториям1. В погоне за генератором эффективных микро-мешалки, поэтому, необходимо, чтобы изготовить мешалки с четко определенными геометрическими формами и позиции двигателя и сравнить различные полномочия двигателя. Здесь, чтобы облегчить эти исследования, он описал, как регенерированный шелка фиброна СМСС изготавливаются в миллиметровой шкале с использованием реактивных струйной печати (RIJ) технологии. Струйной печати не контактный метод для осаждения материалов. Это делает изготовление малых сложных структур с высокой точностью в формировании различных форм просто. RIJ происходит, когда два или более различных реагирующих материалов откладываются и реагируют на подложку для получения желаемого продукта материала. Таким образом, СМСС напечатаны с одной каталитической мешалкой сайт от центра дает объект асимметрия, что приводит к вращательной движения. Этот подход также упрощает изготовление микро-мешалки в различных формах и конфигурациях дизайна, определенных с помощью автоматизированного проектирования (CAD), таким образом, позволяя легче и точнее управляемости на желаемое движение во время практического Приложений. Наконец, демонстрируется способность полиграфических устройств различной толщины, которые демонстрируют различные двигательные свойства.
Это исследование предоставляет план для производства СМСС с "РЕПОРТЕРЫ против" на микрометра до миллиметрового масштаба. Использование технологии RIJ для изготовления "Репортеры без границ" открывает двери для весьма разностороннего производства микро-мешалки из материалов, таких как на месте производства строительных лесов или гидрогелей, которые иначе не могут быть сданы на хранение или изготовлены через других средств, таких как испарение. После соответствующей дальнейшей функционализации (например, ферменты), эти СМСС могут быть пригодны для экологической реабилитации3, таких как очистка биологических токсинов, органических загрязнителей, а также химические и биологические агенты войны4.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:944px;" width="943">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Carbonate</td>
			<td style="width:277px;">Alfa Aesar</td>
			<td align="right" style="width:140px;">11552</td>
			<td style="width:311px;">anhydrous, 99.5%, granular</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Calcium Chloride</td>
			<td style="width:277px;">Fluka Analytical</td>
			<td>C1016</td>
			<td>anhydrous, &#62;93%, granular</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:277px;">Fisher Scientific</td>
			<td align="right" style="width:140px;">10542382</td>
			<td>HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PEG-400</td>
			<td style="width:277px;">Aldrich Chemistry</td>
			<td align="right" style="width:140px;">202398</td>
			<td>average Mn 400, tetramer mol wt ~250 kDa&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Catalase</td>
			<td style="width:277px;">Sigma Life Science</td>
			<td style="width:140px;">E3289</td>
			<td>&#62;20K units</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Methanol</td>
			<td style="width:277px;">Acros Organics</td>
			<td align="right" style="width:140px;">268280025</td>
			<td>HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr height="27">
			<td height="27" style="height:27px;width:216px;">Hydrogen Peroxide</td>
			<td style="width:277px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:140px;">31642</td>
			<td>30% (w/w)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silk</td>
			<td style="width:277px;">Southwest University, China</td>
			<td style="width:140px;">NA</td>
			<td>Raw Cleaned Silk Cocoons, Bombox Mori</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dialysis Tubes</td>
			<td style="width:277px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:140px;">D9777</td>
			<td style="width:311px;">Cellulose, avg, flat width 25 mm, Typical molecular weight cut-off = 14000</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Fisherbrand Hoffman Clips&#160;</td>
			<td style="width:277px;">Fisher Scientific</td>
			<td align="right">12744396</td>
			<td style="width:311px;">Clips used to close the ends of the dialysis tubes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Si-Wafer</td>
			<td style="width:277px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right">647535</td>
			<td style="width:311px;">Used as printing substrate</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Balance</td>
			<td style="width:277px;">OHAUS Pioneer&#160;</td>
			<td style="width:140px;">PA214C&#160;</td>
			<td>Analytical Balance</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Conductivity meter</td>
			<td style="width:277px;">Mettler Toledo</td>
			<td>FG3</td>
			<td style="width:311px;">Mettler Toledo FiveGo Portable conductivity meter</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Centrifuge</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>10355052</td>
			<td style="width:311px;">Heraeus Biofuge fresco sold by Thermo Scientific</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hotplate</td>
			<td style="width:277px;">Stuart</td>
			<td style="width:140px;">US152</td>
			<td>Stuart US152 Magnetic Stirrer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Camera</td>
			<td style="width:277px;">PixeLink</td>
			<td style="width:140px;">PL-D732CU-T</td>
			<td>High Speed Colour Camera</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lens</td>
			<td style="width:277px;">Navitar</td>
			<td style="width:140px;">Navitar 1-60135</td>
			<td>Macro Zoom Lens</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:216px;">Jetting Devices</td>
			<td rowspan="2" style="width:277px;">Microfab Technologies Inc.</td>
			<td style="width:140px;">MJ-AT-01-40-8MX</td>
			<td>80um nozzle diameter Jetting device</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:140px;">MJ-AT-01-80-8MX</td>
			<td>80um nozzle diameter Jetting device</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lightpad</td>
			<td style="width:277px;">AGPTEK</td>
			<td style="width:140px;">UN-HL0245-EUUN</td>
			<td>Light for the swimming experiment</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:216px;">Pipettors</td>
			<td rowspan="2" style="width:277px;">Eppendorf</td>
			<td>3123000063</td>
			<td>single-channel, variable, &#160;100&#160;&#8211;&#160;1,000&#160;&#181;L, blue</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">3123000055</td>
			<td>single-channel, variable, 20&#160;&#8211;&#160;200&#160;&#181;L, yellow</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microscope</td>
			<td style="width:277px;">Nikon</td>
			<td>LV100ND</td>
			<td>Manual, upright microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">SEM</td>
			<td style="width:277px;">Fei</td>
			<td style="width:140px;">F50</td>
			<td>Used for Scanning electron micrographs</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reactive inkjet printing and propulsion analysis of silk-based self-propelled micro-stirrers

В этом исследовании сообщается о протоколе использования реактивной струйной печати для изготовления ферментиматически самоходных шелковых пловцов с четко определенными формами. В результате устройства являются примером самоходных объектов, способных генерировать движение без внешнего срабатывания и имеют потенциальные применения в медицине и экологических наук для различных целей, начиная от микро-перемешивания, целевые лечебную доставку для очистки воды (например, Очистка нефтяных разливов). Этот метод использует реактивную струйной печати для создания четко определенных мелкомасштабных твердых шелковых конструкций путем преобразования водорастворимый регенерированный шелк Фиброин (шелк I) для нерастворимых шелка Фиброин (шелк II). Эти структуры также выборочно легированных в конкретных регионах с фермента каталазы для того, чтобы производить движение через пузырь поколения и отряд. Количество напечатанных слоев определяет трехмерную (3D) структуру устройства, и здесь сообщается о влиянии этого параметра на движные траектории. Результаты демонстрируют способность настраивать движение, меняя размеры печатных конструкций.

После кипячения шелка ожидается, что высохшие волокна будут примерно на треть легче, чем раньше, что указывает на успешное удаление серацина. Во время растворения шелка в реагенте Ajisawa, волокна должны быть полностью растворены, и желтая вязкая жидкость должна быть восстановлена. После диализа, шелковое раствор должен быть менее вязким, но по-прежнему демонстрировать слегка желтый цвет. Если шелк превратился в гель, это означает, что растворение не было сделано успешно.
Стабильные капельки, сформированные из струющихся устройств, позволят более высокое определение печатных образцов. Рисунок 2 показывает пример стабильной одной капли, чтобы дать хорошие результаты печати, такие как печатные шелковых мешалки показано на рисунке 4. Это нормально, в зависимости как вязкость чернил, что распространение происходит на подложке.
В зависимости от используемого струйных принтеров и размера капель расстояние между каждой печатной капельками должно корректироваться таким образом, чтобы они перекрываются для создания подключенных линий. Если капли слишком далеки друг от друга, то распечатанная структура будет распаваться. В дополнение к этому, если не хватает слоев печатаются, есть шанс, микро-мешалки разорвать, когда помещается в топливном растворе. После мешалки были удалены от подложки и промывают, поместив их в раствор для топлива перекиси водорода должна мгновенно привести к пузырьков формируется. Коэффициент успеха хорошего выпуска пузыря сильно зависит от активности фермента; Если активность фермента низка, меньше пузырьков сформируйте таким образом, что приводит к плохим результатам движения. На рисунке 5 показано, как изменяется поверхностная морфология мешалки из-за того, что пузырьки освобождаются от внутренних структур, генерирующих небольшие поры. Успешная микро-мешалка будет похожа на те, которые можно увидеть на рисунке 6 и два дополнительных видео с и S2 соответственно.
Цифра 6 показывает еще видео кадры двух представитель, 100-слоя (рис. 6a) и 200-слоя (Рисунок 6a) микро-мешалки в 5% H2O2 топлива. Красные и зеленые линии обозначают траектории, отслеживаемые (см. Дополнительные видеоролики s и S2). Скорость вращения может определяться скоростью изменения ориентации (ɸ, Рисунок 3), как показано на рисунке 7. Сравнение 100-слоя и 200-слоя каталаза легированных микро-мешалки показывает отличительные увеличение скорости вращения ~ 0,6 раза от 60 ± 6 оборотов в минуту до 100 ± 10 оборотов в минуту (рис. 7).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig1v2.jpg"> Рисунок 1: схематическая иллюстрация каталитического пробоя перекиси водорода в воду и кислород, каталаза встроена в леску мешалка в нужном месте (показана красным цветом). Пузырьки продукта кислорода обеспечить необходимые движения для перемещения мешалка. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig1v2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig2v2.jpg"> Рисунок 2: промежуток времени изображения формирования капель из "Репортеры с устройством" (диаметр сопла 80 мкм). Цифры ниже изображения представляют собой время, прошедшее, в микросекундах (МКС), так как инициирование струйной капли шелка. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig2v2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig3.jpg"> Рисунок 3: Схематическое представление отслеживания частиц в течение двух последовательных рамок. A и B указывают на точки отслеживания и C указывает на центр масс. φ указывает угол ориентации. Направление траектории SPMS указывается изогнутой черной стрелой. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig3large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig4.jpg"> Рисунок 4: светлый микрограф свеже RIJ напечатанный микро-мешалка (100 слоев) перед мыть. Красная коробка обозначает каталаза легированных области (область двигателя). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig4large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig5.jpg"> Рисунок 5: Рэм образы основного тела и каталаза двигателя часть SPMS после поры формируются из-за пузыря релиз. Поры могут быть отчетливо видны на поверхности двигателя в Рэм образы СМСС происходящих из кислорода пузыря релизе. (A) шелк микро-мешалки перед воздействием 5% w/v H2O2 топлива решение. (B) Шелковый SPMS после воздействия 5% w/v H2O2 топлива решение. Изображения справа — увеличений красных областей. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig5large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig6.jpg"> Рисунок 6: видео кадры двух микро-мешалки в 5% топлива решение с указанием траектории с течением времени. (A) 100-слойные микро-мешалки. (B) 200-слойные микро-мешалки. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig6large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59030/59030fig7.jpg"> Рисунок 7: сравнение угла ориентации (φ) для 100-слоя (60 ± 6 оборотов в минуту) и 200-слоя (100 ± 10 оборотов в минуту) микро-мешалки. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/59030fig7large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенном варианте этой фигуры.</a>
Дополнительное видео с: представитель 100-слой самостоятельной motile микро-мешалка в 5% w/v H 2-х О 2-х проходит движение. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/Video_1.mp4">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.</a>
Дополнительное видео S2: представитель 200-слой самостоятельной motile микро-мешалка в 5% w/v H 2-х О 2-х проходит движение. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59030/Video_2.mp4">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Reactive Inkjet Printing and Propulsion Analysis of Silk-based Self-propelled Micro-stirrers at JoVE.com

Reactive Inkjet Printing and Propulsion Analysis of Silk-based Self-propelled Micro-stirrers

Реактивная струйной печати и двигательной анализ шелка основе самоходные микро-мешалки

Этот протокол демонстрирует способность использовать реактивную струйной печати для печати самостоятельной motile биосовместимых и экологически чистых микро-мешалки для использования в биомедицинских и экологических приложений.

In this study, a protocol for using reactive inkjet printing to fabricate enzymatically propelled silk swimmers with well-defined shapes is reported. The ...

Мы можем производить универсальные, биосовместимые и биоразлагаемые шелковые микродвигатели для использования в микро-смешивании приложений, таких как повышение анализа ферментов, диагностика древесной лавы, а также экологический мониторинг и восстановление. Использование реактивной струйной печати для создания ферментов и marangoni питанием шелковые микро-мешалки позволяет нам изменять формы, размеры, распределение катализаторов, и смесь других moieties в структуры быстро и легко, тем самым контролируя траекторию, поведение и функции. Реактивная струйная печать также может быть применена для производства микродвигательных устройств с другими аквеозными реактивными чернилами, помимо шелка, что демонстрирует большую универсальность этого метода.Лицом, демонстрирующим процедуру, будет аспирантКа Ана Хименес-Франко из моей лаборатории. Во-первых, вырезать пять граммов чистых шелковых коконов на один сантиметр в квадрате мелкие кусочки с помощью ножниц. В экстракции капот, кипятить два литра деионизированной воды в двухлитровый стакан на магнитной горячей пластине.Добавьте магнитный батончик к стакану деионизированной воды. Затем медленно добавить 4,24 грамма карбоната натрия в воду, чтобы избежать кипения, и дайте ему раствориться. Как только раствор снова закипит, добавьте в раствор разрезанные кусочки шелковых коконов.Убедитесь, что весь шелк погружен, и нагреть раствор, с постоянным перемешиванием в течение 90 минут. Обложка стакан с алюминиевой фольгой. Через 90 минут удалите извлеченные фиброиновые волокна из карбонатного раствора натрия стеклянным стержнем.Вымойте фиброиновые волокна три раза одним литром предварительно разогретой деионизированной воды, постепенно снижая температуру для каждого мытья. Распространение фиброиновых волокон на 750-миллилитровый борозиликат стекла кристаллизации блюдо и поместить их в сушильную печь на ночь при температуре 60 градусов по Цельсию под атмосферным давлением. После высыхания храните фиброиновые волокна в закрытом контейнере при комнатной температуре.Приготовьте терный раствор, содержащий 4,8 грамма деионизированной воды, 3,7 грамма этанола и 3,1 грамма хлорида кальция. Сначала растворите хлорид кальция в деионизированной воде, а затем добавьте этанол. Поместите 100-миллилитровую двухшейную колбу с круглым дном в водяную баню поверх магнитной горячей пластины.Затем добавьте в колбу тернарный раствор. Затем поместите термометр в одну из шей колбы, чтобы точно контролировать температуру раствора. Обложка другой шеи с алюминиевой фольгой, чтобы предотвратить высыхание раствора из-за испарения.Затем нагрейте раствор до 80 градусов по Цельсию. Когда температура раствора стабильна при температуре 80 градусов по Цельсию, удалите алюминиевую фольгу и добавьте в раствор один грамм сушеного фиброина. Добавьте небольшой магнитный бар перемешать, чтобы убедиться, что решение смешивается хорошо на протяжении всего процесса растворения.Накройте вторую шею колбы алюминиевой фольгой, чтобы свести к минимуму испарение и оставить растворяться в течение 90 минут. После 90 минут растворения, дайте раствору фиброина остыть до комнатной температуры в течение 10 минут. Свяжите узел на одном из концов 15-сантиметровой диализной трубки.Вымойте трубку в течение нескольких минут с запуском деионизированной воды из-под крана. Откройте другой конец диализной трубки и добавьте раствор фиброина. Используя металлический зажим, закройте другой конец диализной трубки, гарантируя, что она закрыта как можно плотнее.Прикрепите один из концов диализной трубки через винтовую крышку к пустому 30-миллилитровому пластиковому флакону, чтобы диализная трубка плавала в воде. Затем поместите трубку диализа в двухлитровый стакан, содержащий два литра деионизированной воды. Регулярно меняйте воду и проверяйте проводимость воды каждый раз, когда она меняется, чтобы следить за процессом диализа.После завершения диализа вырежьте ножницами один конец диализной трубки и вылейте раствор в серию трубок на 1,5 миллилитров. Центрифуга в течение пяти минут при 16000 х G, чтобы удалить любые частицы внутри раствора фиброина. Затем соберите супернатант в 30-миллилитровом пластиковом флаконе и храните его при четырех градусах Цельсия.Для печати основного тела искусственных, самоходных микро-stirrers, или spms's, смешать фиброиновый раствор, полиэтиленгликоль 400 и деионизированной воды, чтобы сделать 1,5 миллилитров чернил A.Для печати каталитический двигатель spms's, смешать фиброиновый раствор, полиэтиленгликоль 400, каталазу и деионизированную воду, чтобы сделать 1,5 миллилитров чернил B.Prepare 1,5 миллилитров чернил C путем растворения 0,05 мг на миллилитр Coomassie Brilliant Blue и метанола. Используйте струйные устройства диаметром 80 микрометров для печати чернил на кремниевом субстрате, размещенных на сцене на рабочем расстоянии между соплом и кремниевым вафельный субстрат около пяти миллиметров. Загрузите чернила A, B и C в три резервуара, а затем отрегулируйте давление спины с помощью клапана обратного давления для каждого отдельного канала, чтобы гарантировать, что чернила не капают с струйных устройств.Затем отрегулируйте параметры струи для каждого канала, чтобы гарантировать, что каждая чернила дает хорошее стабильное образование капель. Печать шелкового фиброина чернил слой за слоем чередуется с метанолом на чистой полированной кремниевой пластины субстрата. Печать двух партий фиброина spms с 200-слойной и 100-слойной толщиной соответственно.Чтобы удалить образцы с кремниевых пластин, погрузите их в деионизированную воду и осторожно агитировать до тех пор, пока не произойдет отслоение. Очистите девятисемейметровую стеклянную чашку Петри деионизированной водой и убедитесь, что поверхность свободна от пыли. Добавьте 10 миллилитров предварительно отфильтрованного пятипроцентного перекиси водорода в чистую и сухую чашку Петри и оставьте поселиться.Осветить дно чашки Петри с прохладным белым светодиодным источником света. Затем используйте высокоскоростную камеру с макро-зум-объективом, чтобы запечатлеть движение сверху. Теперь, мыть печатные шелковые мешалки в течение 10 минут, погружая их в деионизированной воде, чтобы удалить любые неслых полиэтиленгликоль 400.Аккуратно возьмите один промытый мешалку кончиком стерильной шприц-иглы и поместите ее в центр чашки Петри. Когда промытая мешалка касается топлива перекиси водорода, пузырьки начинают формироваться вокруг двигателя и наблюдается круговое движение мешалки. Когда система появится стабильной, нажмите запись в программном обеспечении записи, чтобы начать захват видео.Выполняя отслеживание микро-перемешивателей на раме за рамкой основе, отслеживая каждый конец мешалки. Стабильные капли, образованные из струйных устройств, позволят получить более высокое определение печатных образцов, как показано здесь. В зависимости от чернильных струйных принтеров, используемых в размере капли, расстояние между каждой печатной каплей должно быть скорректировано таким образом, чтобы они перекрывались для генерации подключенных линий.Когда шелковые микро-перемешивания помещаются в раствор топлива перекиси водорода, поверхностная морфология мешалки изменяется из-за пузырьков, высвобождающихся из внутренних структур, генерируя небольшие поры. Тем не менее видео кадры из двух репрезентативных 100-слойных и 200-слойных микро-перемешивателей и пять процентов перекиси водорода топлива показаны здесь. Красные и зеленые линии указывают отслеживаемые траектории.Скорость вращения может быть определена изменением скорости ориентации, как показано здесь. Сравнение 100-слойных и 200-слойных каталазных микро-перемешивателей показывает характерное увеличение скорости вращения примерно в 0,6 раза, с 60 плюс-минус шесть об/мин до 100 плюс-минус 10 об/мин. Для получения печатных чернил для этой процедуры, важно, чтобы волокна полностью растворяются в процессе растворения.Этот метод позволил нам производить микро-stirrers питание от различных механизмов, пригодных для перемешивания и обнаружения загрязнения исследований, как недавно опубликованные нами в журнале, Малый.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Обработка сверхкритической азота для очистки реактивных пористых материалов

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. ...

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Химические сады в Проточный Реакторы, имитирующее естественное гидротермальных систем

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

Реактивная парофазное осаждение конъюгированных полимерных пленок на произвольные подложках

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

Разделение альдегидов и кетонов реактивной от смеси, используя протокол извлечения бисульфита

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

Stereolithographic 3D Printing with Renewable Acrylates

Stereolithographic 3D печать с возобновляемым акрилаты

The accessibility of cost-competitive renewable materials and their application in additive manufacturing is essential for an efficient biobased economy. ...

Inkjet Printing All Inorganic Halide Perovskite Inks for Photovoltaic Applications

Струйная печать всех неорганических галоидных перовскита красок для фотоэлектрических приложений

A method for synthesizing photoactive inorganic&#160;perovskite quantum dot inks and an inkjet printer deposition method, using the synthesized inks, are ...

Synthesis and Bioconjugation of Thiol-Reactive Reagents for the Creation of Site-Selectively Modified Immunoconjugates

Синтез и Bioconjugation тиоловых реактивной реагентов для создания сайта выборочно изменять Immunoconjugates

Maleimide-bearing bifunctional probes have been employed for decades for the site-selective modification of thiols in biomolecules, especially antibodies. ...

Niobium Oxide Films Deposited by Reactive Sputtering: Effect of Oxygen Flow Rate

Ниобий оксида Пленки депонируется реактивного распыления: Влияние скорости кислородного потока

Reactive sputtering is a versatile technique used to form compact films with excellent homogeneity. In addition, it allows easy control over deposition ...

Evaluation of Oxidative Stress in Biological Samples Using the Thiobarbituric Acid Reactive Substances Assay

Оценка окислительного стресса в биологических образцах с использованием анализа химически активных веществ тиобарбитуровой кислоты

Despite its limited analytical specificity and ruggedness, the thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) assay has been widely used as a generic ...

Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery

Синтез Aptamer-PEI-g-PEG Модифицированные золотые наночастицы загружены доксорубицином для целевой доставки лекарств

Due to drug resistance and toxicity in healthy cells, use of doxorubicin (DOX) has been limited in clinical cancer therapy. This protocol describes the ...