Name: calcium carbonate formation in the presence of biopolymeric additives
Uploaded: 2019-05-14T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives at JoVE.com

ويود المؤلفان أن يشكرا البروفيسور ليا آدي، والبروفيسور جوناثان إيريز، والدكتور يائيل بوليتي على المناقشات المثمرة. وقد تم دعم هذا البحث من قبل مؤسسة العلوم الإسرائيلية (ISF)، منحة 1150/14.

1. تبلور كربونات الكالسيوم
<ol><li>إعداد التحكم وتحسينه
	<ol><li>إعداد قطع زجاجية نظيفة. استخدم نفس إجراء التنظيف لتنظيف الأواني الزجاجية.<ol>
<li>استخدام قلم الماس لقطع قطعة من شريحة المجهر الزجاجي بحيث تناسب في بئر من لوحة 96 جيدا. ملاحظة: 5 مم × 5 مم قطعة يجب أن تناسب إلى حد كبير.</li>
			<li>ضع ?...

<ol>
	<li>Blakemore, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetotactic+bacteria.">Magnetotactic bacteria.</a> Science. 190 (4212), 377-379 (1975).</li><li>Politi, Y., Arad, T., Klein, E., Weiner, S., Addadi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sea+Urchin+Spine+Calcite+Forms+via+a+Transient+Amorphous+Calcium+Carbonate+Phase.">Sea Urchin Spine Calcite Forms via a Transient Amorphous Calcium Carbonate Phase.</a> Science. 306 (5699), 1161-1164 (2004).</li><li>Nudelman, F., Lausch, A. J., Sommerdijk, N. A. J. M., Sone, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+models+of+collagen+biomineralization.">In vitro models of collagen biomineralization.</a> Journal of Structural Biology. 183 (2), 258-269 (2013).</li><li>Sigel, A., Sigel, H., Sigel, 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> Biomineralization: from nature to application. 12, (2008).</li><li>Nielsen, M. H., Lee, J. R. I., De Yoreo, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Methods in Enzymology. 532, 209-224 (2013).</li><li>Page, M. G., C&#246;lfen, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+Control+of+CaCO3+Precipitation+by+Direct+Carbon+Dioxide+Diffusion:+Application+in+Mesocrystal+Assembly.">Improved Control of CaCO3 Precipitation by Direct Carbon Dioxide Diffusion: Application in Mesocrystal Assembly.</a> Crystal Growth &amp; Design. 6 (8), 1915-1920 (2006).</li><li>Wang, H., Huang, W., Han, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion-reaction+compromise+the+polymorphs+of+precipitated+calcium+carbonate.">Diffusion-reaction compromise the polymorphs of precipitated calcium carbonate.</a> Particuology. 11 (3), 301-308 (2013).</li><li>Sedl&#225;k, M., Antonietti, M., C&#246;lfen, H. <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+a+new+class+of+double-hydrophilic+block+copolymers+with+calcium+binding+capacity+as+builders+and+for+biomimetic+structure+control+of+minerals.">Synthesis of a new class of double-hydrophilic block copolymers with calcium binding capacity as builders and for biomimetic structure control of minerals.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 199 (2), 247-254 (1998).</li><li>Kitano, Y., Park, K., Hood, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pure+aragonite+synthesis.">Pure aragonite synthesis.</a> Journal of Geophysical Research. 67 (12), 4873-4874 (1962).</li><li>Politi, Y., Mahamid, J., Goldberg, H., Weiner, S., Addadi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asprich+mollusk+shell+protein:+in+vitro+experiments+aimed+at+elucidating+function+in+CaCO3+crystallization.">Asprich mollusk shell protein: in vitro experiments aimed at elucidating function in CaCO3 crystallization.</a> CrystEngComm. 9 (12), 1171-1177 (2007).</li><li>Gehrke, N., C&#246;lfen, H., Pinna, N., Antonietti, M., Nassif, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Superstructures+of+Calcium+Carbonate+Crystals+by+Oriented+Attachment.">Superstructures of Calcium Carbonate Crystals by Oriented Attachment.</a> Crystal Growth &amp; Design. 5 (4), 1317-1319 (2005).</li><li>Rudloff, 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=Double-Hydrophilic+Block+Copolymers+with+Monophosphate+Ester+Moieties+as+Crystal+Growth+Modifiers+of+CaCO3.">Double-Hydrophilic Block Copolymers with Monophosphate Ester Moieties as Crystal Growth Modifiers of CaCO3.</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 203 (4), 627-635 (2002).</li><li>Boquet, E., Boronat, A., Ramos-Cormenzana, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+Calcite+(Calcium+Carbonate)+Crystals+by+Soil+Bacteria+is+a+General+Phenomenon.">Production of Calcite (Calcium Carbonate) Crystals by Soil Bacteria is a General Phenomenon.</a> Nature. 246, 527 (1973).</li><li>Cohen, A. L., McConnaughey, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geochemical+Perspectives+on+Coral+Mineralization.">Geochemical Perspectives on Coral Mineralization.</a> Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 54 (1), 151-187 (2003).</li><li>Erez, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vital+effect+on+stable-isotope+composition+seen+in+foraminifera+and+coral+skeletons.">Vital effect on stable-isotope composition seen in foraminifera and coral skeletons.</a> Nature. 273, 199 (1978).</li><li>Azulay, D. N., 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=Biopolymers+from+a+Bacterial+Extracellular+Matrix+Affect+the+Morphology+and+Structure+of+Calcium+Carbonate+Crystals.">Biopolymers from a Bacterial Extracellular Matrix Affect the Morphology and Structure of Calcium Carbonate Crystals.</a> Crystal Growth &amp; Design. 18 (9), 5582-5591 (2018).</li><li>Abbasi, R., 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=The+Bacterial+Extracellular+Matrix+Protein+TapA+Is+a+Two-Domain+Partially+Disordered+Protein.">The Bacterial Extracellular Matrix Protein TapA Is a Two-Domain Partially Disordered Protein.</a> ChemBioChem. , (2018).</li><li>Gauldie, R. W., Sharma, S. K., Volk, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-raman+spectral+study+of+vaterite+and+aragonite+otoliths+of+the+coho+salmon,+Oncorhynchus+kisutch.">Micro-raman spectral study of vaterite and aragonite otoliths of the coho salmon, Oncorhynchus kisutch.</a> Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. 118 (3), 753-757 (1997).</li><li>Gasteiger, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Proteomics Protocols Handbook. , 571-607 (2005).</li><li>Gunasekaran, S., Anbalagan, G., Pandi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Raman+and+infrared+spectra+of+carbonates+of+calcite+structure.">Raman and infrared spectra of carbonates of calcite structure.</a> Journal of Raman Spectroscopy. 37 (9), 892-899 (2006).</li><li>Trushina, D. B., Bukreeva, T. V., Kovalchuk, M. V., Antipina, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CaCO3+vaterite+microparticles+for+biomedical+and+personal+care+applications.">CaCO3 vaterite microparticles for biomedical and personal care applications.</a> Materials Science and Engineering: C. 45, 644-658 (2014).</li><li>Weiss, I. M., Tuross, N., Addadi, L., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mollusc+larval+shell+formation:+amorphous+calcium+carbonate+is+a+precursor+phase+for+aragonite.">Mollusc larval shell formation: amorphous calcium carbonate is a precursor phase for aragonite.</a> Journal of Experimental Zoology. 293 (5), 478-491 (2002).</li><li>Yamamoto, Y., Nishimura, T., Saito, T., Kato, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CaCO3/chitin-whisker+hybrids:+formation+of+CaCO3+crystals+in+chitin-based+liquid-crystalline+suspension.">CaCO3/chitin-whisker hybrids: formation of CaCO3 crystals in chitin-based liquid-crystalline suspension.</a> Polymer Journal. 42, 583 (2010).</li><li>Magnabosco, G., 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=Insights+on+the+interaction+of+calcein+with+calcium+carbonate+and+its+implications+in+biomineralization+studies.">Insights on the interaction of calcein with calcium carbonate and its implications in biomineralization studies.</a> CrystEngComm. 20 (30), 4221-4224 (2018).</li></ol>

الطريقة الموصوفة هنا تهدف إلى تشكيل بلورات كربونات الكالسيوم في وجود المضافات العضوية وتقييم تأثير البوليمرات الحيوية العضوية على مورفولوجيا وهيكل بلورات كربونات الكالسيوم في المختبر. ويستند الأسلوب على مقارنة بلورات شكلت في وجود المضافات العضوية لبلورات الكالسيت شكلت في تجربة التحكم...

التمعدن الحيوي هو تشكيل المعادن في وجود جزيئات عضوية، وغالبا ما ترتبط مع الأدوار الوظيفية و / أو الهيكلية في الكائنات الحية. قد يكون التمعدن الحيوي داخل الخلايا، كما هو الحالفي تشكيل المغنطيسية داخل البكتيريا المغناطيسية 1، أو خارج الخلية، كما هو الحال في تشكيل كربونات الكالسيوم في قنفذ البحر المسامير2،من هيدروكسيباتيت التي ترتبط مع الكولاجين في العظام3 والمينا التي ترتبط مع amelogenin في الأسنان4. التمعدن الحيوي هو عملية معقدة تعتمد على العديد من المعلمات في الكائن الحي. ولذلك، من أجل تبسيط النظام قيد الدراسة، من الضروري تقييم أثر المكونات المنفصلة على العملية. في كثير من الحالات، يتم التمعدن الحيوي عن طريق وجود البوليمرات الحيوية خارج الخلية. الغرض من الطريقة المعروضة هنا هي كما يلي: (1) لتشكيل بلورات كربونات الكالسيوم في وجود البوليمرات الحيوية المعزولة في المختبر، وذلك باستخدام طريقة نشر البخار. (2) دراسة تأثير البوليمرات الحيوية على مورفولوجيا وهيكل كربونات الكالسيوم.
وتستخدم ثلاث طرق رئيسية للتعجيل كربونات الكالسيوم في المختبر في وجود المضافات العضوية5،6. الطريقة الأولى، والتي سوف نشير إلى طريقة الحل، ويستند على خلط ملح قابل للذوبانمن الكالسيوم (على سبيل المثال، CaCl 2) مع ملح قابل للذوبان من كربونات (على سبيل المثال، كربونات الصوديوم). يمكن إجراء عملية الخلط بعدة طرق: داخل مفاعل مع ثلاث خلايا مفصولة بأغشية مسامية7. هنا، كل من الخلايا الخارجية يحتوي على ملح قابل للذوبان والخلية المركزية يحتوي على حل مع المضافة ليتم اختبارها. الكالسيوم والكربونات تنتشر من الخارج إلى الخلية الوسطى، مما يؤدي إلى هطول الأمطار من كربونات الكالسيوم أقل قابلية للذوبان عندما تتجاوز تركيزات الكالسيوم وكربونات المنتج الذوبان، Ksp = [Ca2+] [CO3 2-]. طريقة خلط إضافية هي إجراء طائرة مزدوجة8. في هذه الطريقة، يتم حقن كل ملح قابل للذوبان من حقنة منفصلة إلى حل أثار تحتوي على المضافة، حيث يعجل كربونات الكالسيوم. هنا، يتم التحكم في الحقن وبالتالي معدل الخلط بشكل جيد، على النقيض من الطريقة السابقة حيث يتم التحكم في الخلط عن طريق الانتشار.
الطريقة الثانية المستخدمة لبلورة كاكو3 هي طريقة كيتانو9. ويستند هذا الأسلوب على توازن كربونات / كربونات الهيدروجين (2HCO3- (AQ) + Ca2+(AQ) <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59638/59638img01.jpg"> </img> CaCO3 (ق) + CO 2(ز) + H2O (l)). هنا، يتم فقاعات CO2 في حل يحتوي على كاكو3 في شكل صلب، وتحويل التوازن إلى اليسار وبالتالي حل كربونات الكالسيوم. يتم تصفية كربونات الكالسيوم غير المذابة وتضاف الإضافات المطلوبة إلى الحل الغني بالبيكربونات. ثم يسمح CO2 لتبخر، وبالتالي تحويل رد الفعل إلى اليمين، وتشكيل كربونات الكالسيوم في وجود الإضافات.
الطريقة الثالثة لتبلور كربونات الكالسيوم، والتي سوف نصفهنا، هو طريقة انتشار بخار10. في هذه المجموعة، يتم وضع المضافة العضوية، المذابة في محلول كلوريد الكالسيوم، في غرفة مغلقة بالقرب من كربونات الأمونيوم في شكل مسحوق. وعندما يتحلل مسحوق كربونات الأمونيوم إلى ثاني أكسيد الكربون والأمونيا، فإنها تنتشر فيالحل الذي يحتوي على أيونات الكالسيوم (مثل CaCl 2)، ويُترسب كربونات الكالسيوم (انظر الشكل 1 للاطلاع على التوضيح). يمكن أن تنمو بلورات كربونات الكالسيوم عن طريق هطول الأمطار البطيء أو عن طريق هطول الأمطار السريع. لطول الأمطار البطيء، يتم وضع حل يحتوي على المضافة في محلول CaCl2 في المجفف بجوار مسحوق كربونات الأمونيوم. في هطول الأمطار السريع، الموصوفة في الطول في البروتوكول، يتم وضع كل من الحل المضافة وكربونات الأمونيوم أقرب معا في لوحة متعددة الآبار. وسوف تنتج طريقة هطول الأمطار بطيئة عدد أقل من مراكز النويات وبلورات أكبر، وسوف يؤدي هطول الأمطار السريع إلى المزيد من مراكز النويات والبلورات الصغيرة.
وتختلف الأساليب الموصوفة أعلاه في تعقيدها التقني، وفي مستوى المراقبة، وفي معدل عملية هطول الأمطار. تتطلب طريقة الخلط إعداد خاص6 لكل من الطائرة المزدوجة ونظام الخلايا الثلاث. في طريقة الخلط، وجود أيونات مضادة أخرى قابلة للذوبان (على سبيل المثال، Na+، Cl-)6 أمر لا مفر منه، في حين أن في طريقة كيتانو، والكالسيوم و (بي) كربونات هي الأيونات الوحيدة في الحل، وأنه لا ينطوي على وجود إضافية الأيونات المضادة (على سبيل المثال، Na+، Cl-). وعلاوة على ذلك، فإن طريقة الخلط تتطلب كميات كبيرة نسبيا، وبالتالي فهي ليست مناسبة للعمل مع البوليمرات الحيوية باهظة الثمن. ميزة طائرة مزدوجة هو أنه من الممكن للسيطرة على معدل حقن الحل وأنه هو عملية سريعة بالمقارنة مع أساليب أخرى.
ميزة طريقة كيتانو وطريقة انتشار البخار هو أن يتم التحكم في تشكيل كربونات الكالسيوم عن طريق نشر CO2 إلى / خارج محلول CaCl2، مما يسمح للتحقيق أبطأ عمليات النويات وهطول الأمطار 11 , 12.وعلاوة على ذلك، تشكيل كربونات الكالسيوم عن طريق نشر ثاني أكسيد الكربون قد تشبه عمليات التكلس في الجسم الحي13،14،15. في هذه الطريقة، يتم تشكيل بلورات محددة جيدا ومنفصلة16. وأخيرا، يمكن اختبار تأثير البوليمرات الحيوية واحدة أو متعددة على تشكيل كربونات الكالسيوم. وهذا يتيح دراسة منهجية لتأثير سلسلة من التركيزات المضافة على تشكيل كربونات الكالسيوم، فضلا عن دراسة خليط من البوليمرات الحيوية - كل ذلك يتم بطريقة خاضعة للرقابة. هذه الطريقة مناسبة للاستخدام مع مجموعة كبيرة من التركيزات وكميات من المواد المضافة. الحد الأدنى من الحجم المستخدم هو ما يقرب من 50 درجة مئوية، وبالتالي فإن هذه الطريقة مفيدة عندما يكون هناك كمية محدودة من البوليمرات الحيوية المتاحة. يعتمد الحجم الأقصى على إمكانية الوصول إلى لوحة بئر أكبر، أو المجفف الذي يتم إدخال اللوحة أو الكأس التي تحتوي على CaCl 2. وقد تم تحسين الطريقة الموضحة أدناه للعمل في لوحة 96 جيدا مع البوليمر الحيوي اختار أن يكون البروتين تابا17.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:659px;" width="659">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Acetic acid</td>
			<td style="width:127px;">Gadot</td>
			<td style="width:119px;">64-19-7</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ammonium carbonate</td>
			<td style="width:127px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">506-87-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Calcium chloride dihydrate</td>
			<td style="width:127px;">Merck KGaA</td>
			<td style="width:119px;">10035-04-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Ethanol Absolute</td>
			<td style="width:127px;">Gadot</td>
			<td style="width:119px;">64-17-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Micro-Raman</td>
			<td style="width:127px;">Renishaw</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>inVia Reflex spectrometer coupled with an upright Leica optical microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Microscope</td>
			<td style="width:127px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Eclipse 90i model</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Nis elements Br software</td>
			<td style="width:127px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>For microscope imaging</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:247px;">Scanning Electron Microscope</td>
			<td style="width:127px;">ThermoFisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>FEI Sirion microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Spectrophotometer</td>
			<td>JASCO</td>
			<td></td>
			<td>V-670 model</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Sputter coater</td>
			<td style="width:127px;">Polaron</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>SC7640 model</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

calcium carbonate formation in the presence of biopolymeric additives

التمعدن الحيوي هو تشكيل المعادن في وجود جزيئات عضوية، وغالبا ما ترتبط مع الأدوار الوظيفية و / أو الهيكلية في الكائنات الحية. وهي عملية معقدة، وبالتالي مطلوب نظام بسيط، في المختبر، لفهم تأثير الجزيئات المعزولة على عملية التمعدن الحيوي. في كثير من الحالات، يتم توجيه المعادن الحيوية بواسطة البوليمرات الحيوية في المصفوفة خارج الخلية. من أجل تقييم تأثير البوليمرات الحيوية المعزولة على مورفولوجيا وهيكل الكالسيت في المختبر، استخدمنا طريقة انتشار البخار لهطول الأمطار من كربونات الكالسيوم، المسح المجهري الإلكترون ورامان الجزئي للتوصيف، والأشعة فوق البنفسجية المرئية (الأشعة فوق البنفسجية / فيس) امتصاص لقياس كمية البوليمر الحيوي في البلورات. في هذه الطريقة، نقوم بتعريض البوليمرات الحيوية المعزولة، المذابة في محلول كلوريد الكالسيوم، إلى الأمونيا الغازية وثاني أكسيد الكربون التي تنشأ من تحلل كربونات الأمونيوم الصلبة. في ظل الظروف التي يتم فيها الوصول إلى منتج الذوبان من كربونات الكالسيوم، يتم تشكيل كربونات الكالسيوم والبلورات. كربونات الكالسيوم لديها polymorphs مختلفة تختلف في استقرارها الدينامي الحراري: كربونات الكالسيوم غير متبلور، vaterite، أراغونيت، والكالسيت. في غياب البوليمرات الحيوية ، في ظل ظروف نظيفة ، كربونات الكالسيوم موجودة في الغالب في شكل الكالسيت ، وهو أكثر متعدد الأشكال المستقرة حراريا من كربونات الكالسيوم. هذا الأسلوب يدرس تأثير المضافات البوليمرية الحيوية على مورفولوجيا وهيكل بلورات كربونات الكالسيوم. هنا، ونحن نعرض البروتوكول من خلال دراسة بروتين بكتيري خارج الخلية، تابا، على تشكيل بلورات كربونات الكالسيوم. وعلى وجه التحديد، نركز على الإعداد التجريبي، وأساليب التوصيف، مثل الفحص المجهري البصري والإلكترون وكذلك التحليل الطيفي لرامان.

يظهر مخطط الإعداد التجريبي في الشكل 1. باختصار، يتم استخدام طريقة الانتشار من أجل تشكيل بلورات كربونات الكالسيوم في لوحات 96-well واختبار تأثير البوليمرات الحيوية على مورفولوجيا وهيكل بلورات كربونات الكالسيوم. في هذه التجارب، يتم تحلل كربونات الأمونيوم في الأمونيا وثاني أك?...

Watch this Scientific Journal Video about Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives at JoVE.com

Calcium Carbonate Formation in the Presence of Biopolymeric Additives

تشكيل كربونات الكالسيوم في وجود المضافات البوليمرية الحيوية

نحن نصف بروتوكول لهطول الأمطار وتوصيف بلورات كربونات الكالسيوم التي تشكل في وجود البوليمرات الحيوية.

Biomineralization is the formation of minerals in the presence of organic molecules, often related with functional and/or structural roles in living ...

يصف بروتوكولنا نظامًا بسيطًا في المختبر ، لدراسة تأثير الجزيئات المعزولة على المورفولوجيا وبنية كربونات الكالسيوم. هذه التقنية مفيدة في الحالات التي تكون فيها الجزيئات الحيوية التي اختبرتها مكلفة ، أو متوفرة بكميات صغيرة ، وكذلك عند الحاجة إلى هطول أمطار كربونات الكالسيوم البطيئة. وعلاوة على ذلك، فإنه يسمح للتحقيق في تجارب هطول الأمطار متعددة في ظل نفس الظروف في وقت واحد.أولاً، قم بإعداد تجربة التحكم. استخدام الماء المقطر الثلاثي والإيثانول لتنظيف القطع الزجاجية والأواني الزجاجية. استخدام قلم الماس لقطع قطعة من شريحة المجهر الزجاجي، بحيث أنها تناسب في بئر من لوحة 96-جيدا.ضع الأماكن الزجاجية في كوب مع الماء المقطر الثلاثي ، بحيث يغطي الماء الشرائح الزجاجية. سونيكات في حمام sonicator لمدة 10 دقائق. اطهر الماءإضافة الإيثانول لتغطية الشرائح الزجاج، و sonicate مرة أخرى في sonicator حمام لمدة 10 دقيقة. ثم جفف الشرائح والأواني الزجاجية مع تيار من غاز النيتروجين، ووضعها في منظف بلازما الهواء لمدة 10 دقائق في 130 واط. في غطاء محرك الدخان، وملء الآبار في زوايا لوحة 96 جيدا مع مسحوق كربونات الأمونيوم، وختم لوحة باستخدام رقائق الألومنيوم.تغطية احباط مع فيلم البارافين. تنظيف أي كربونات الأمونيوم المتبقية باستخدام غاز النيتروجين. ضع القطع الزجاجية التي تم قطعها وتنظيفها سابقًا في خمس آبار مختلفة أقرب إلى المركز.املأ كل قطعة زجاجية تحمل 100 ميكرولترات من محلول كلوريد الكالسيوم المعدة بالماء المقطر الثلاثي بمعدل تدرج متزايد يبلغ 10، 20، 30، 40، و50 ملليمولر. بعد ذلك، ثقب غطاء كل من الآبار التي تحتوي على كربونات الأمونيوم ثلاث مرات مع إبرة. ضع الغطاء مرة أخرى، وختم الحدود مع فيلم البارافين، وابقائه عند 18 درجة مئوية في حاضنة لمدة 20 ساعة.أثناء الحضانة، تتحلل كربونات الأمونيوم إلى الأمونيا وثاني أكسيد الكربون، والتي تنتشر في محالل كلوريد الكالسيوم، مما يؤدي إلى بلورات كربونات الكالسيوم في تشكيل. بعد الحضانة، فتح الغطاء بعناية داخل غطاء الدخان، واستخدام حلقة لإزالة البلورات التي تشكلت في واجهة الماء والهواء. استخدم ملاقط لنقل القطع الزجاجية إلى كوب يحتوي على ماء مقطر مزدوج لتراجع قصير.ثم، إزالة العينات من الكأس، واستخدام الشريط على الوجهين لإصلاح القطع الزجاجية على الجزء السفلي من طبق بيتري. المياه الزائدة الجافة لمس حدود الشريحة، مع مناديل الأنسجة. غطي طبق بيتري، وضعه في مجفف لمدة 24 ساعة.مراقبة بلورات شكلت على القطع الزجاجية مع المجهر البصرية تستقيم في 10 إلى 40 مرة التكبير. بلورات rhombohedral لوحظ هي على الأرجح الكالسيت. إذا بالإضافة إلى بلورات rhombohedral، والحل يحتوي على بلورات كروية التي هي على الأرجح vaterite، كرر بروتوكول التبلور، والتأكد من أن يتم تنفيذ خطوة التنظيف بشكل صحيح.وعلاوة على ذلك، تأكد من عدم وجود كربونات الأمونيوم في مناطق من لوحة غير الآبار المخصصة. يتم تحديد التركيز الأمثل لكلوريد الكالسيوم وفقا للعينة الغنية مع بلورات الكالسيت على نحو سلس الأوجه دون بلورات فاتريت. لتبدأ، والشرائح الزجاج نظيفة والأواني الزجاجية كما فعلت سابقا.في غطاء الدخان، ضع مسحوق كربونات الأمونيوم في زوايا لوحة 96 بئرًا. في كل بئر حيث هطول الأمطار سوف تحدث، مكان قطعة الزجاج الذي تم قطع وتنظيفها. إعداد آبار التحكم.في بئرين تحكم، ماصة 90 ميكرولترات من 25 ميليمولار تريس العازلة في 8 ، وتستكمل مع كلوريد الصوديوم 100 ملليمولار. ثم إضافة 10 ميكرولتردات من 0.5 مولا كلوريد حل. ثم, ضبط تركيز البروتين المضافة TapA إلى 10 تابا micromolar, 100 كلوريد الصوديوم ميليمولار, و 25 ملليمتر تريس العازلة في درجة الH 8.إعداد المضافات التي تحتوي على الآبار بإضافة 90 ميكرولترات من محلول المضافة. إضافة 10 ميكرولترات من 0.5 مولر محلول مخزون كلوريد الكالسيوم إلى المضافات التي تحتوي على الآبار للوصول إلى التركيز الأمثل في كلوريد الكالسيوم 50 ميليمولر التي تم تحديدها سابقا. إعداد لوحة مع ثقوب على الغطاء على الآبار التي تحتوي على كربونات الأمونيوم، واحتضان في 18 درجة مئوية كما كان عليه سابقا.بعد الحضانة، إعداد القطع الزجاجية في طبق بيتري كما فعلت من قبل، ووضع الطبق في مجفف لمدة 24 ساعة. لتحديد النسبة المئوية للكتلة من المواد المضافة في ترسبات كربونات الكالسيوم، تحقق أولاً من معامل الانقراض للمضافة المستخدمة. ثم، استخدام الثقل الدقيق لوزن القطع الزجاجية حيث شكلت البلورات.بعد ذلك، كشط البلورات قبالة الزجاج في أنبوب eppe مع 1.2 ملليلتر من 0.1 حمض الخلية الضرس الحل. دوامة لفترة وجيزة، ومن ثم وضع الأنبوب في sonicator ل sonicate العينة حتى تختفي البلورات. تخزين العينة في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة.تزن الشريحة الزجاجية بعد كشط قبالة البلورات. قياس امتصاص الأشعة فوق البنفسجية A من 1.2 ميل سونيكاتيد ملليلتر في 280 نانومتر للبروتين المضافة. استخدام معادلة بير لامبرت لحساب تركيزها ج.L هو المسار البصري داخل cuvette. لحساب كتلة المواد المضافة في البلورة، استخدم المعادلة، c مرات v يساوي م، إذا كان التركيز في ملليغرام لكل ملليلتر. إذا كان التركيز في الشامات لكل لتر، ثم حساب الشامات تطبيق c مرات الخامس يساوي n.ثم استخدام الوزن الجزيئي لحساب كتلة من المواد المضافة. حساب نسبة الوزن من المواد المضافة في البلورات. M هي كتلة المواد المضافة، ودلتا م، هي كتلة بلورات كربونات الكالسيوم التي تم كشطها من قطعة الزجاج.تظهر صور SEM المقارنة بين التحكم السليم مع الوجوه الكالسيت الملساء ، وبلورات الكالسيت مع وجوه تتألف من خطوات. البلورات الكروية هي vaterite. أسفرت تجارب التحكم الناجحة وغير الناجحة عن إجراء التحليل الطيفي لرامان، الذي أظهر الأطياف النموذجية للكالسيت و vaterite على التوالي.تقسيم التحول رامان في حوالي 1080 في السنتيمتر الواحد هو السمة الأكثر وضوحا من vaterite. بلورات كربونات الكالسيوم التي تشكلت في وجود TapA، هي متميزة عن بلورات التحكم. تم تشكيل مجمع كربونات الكالسيوم كروية معقدة، تتألف من بلورات صغيرة الكالسيت متعددة.الطيف رامان من البلورات التي تشكلت في وجود تابا، يشبه طيف الكالسيت. تم قياس الطيف الماص من TapA ، والتحكم بدون المادة المضافة ، بعد انحلال البلورات في الحمض. تم تحديد نسبة مئوية من TapA لتكون 1.8 زائد أو ناقص 0.2٪ من المهم اتباع خطوات التنظيف بعناية، والتأكد من أن معايير التحكم تتحقق قبل اختبار تأثير المواد المضافة على تشكيل كربونات الكالسيوم.وبالإضافة إلى ذلك، من المهم إزالة أي فائض من كربونات الأمونيوم في شكل مسحوق من الآبار. تتحلل كربونات الأمونيوم إلى الأمونيا وثاني أكسيد الكربون. الأمونيا سامة إذا استنشقت، وبالتالي، يجب التعامل مع كربونات الأمونيوم داخل غطاء الدخان فقط.من أجل تقييم مورفولوجيا الداخلية وهيكل بلورات، يمكنك قسم لهم باستخدام شعاع أيون مركزة، صورة المقاطع مع المجهر الإلكتروني انتقال، وقياس أنماط الحيود الإلكترون من مواقع محددة على طول المقاطع. وقد سبق استخدام هذه التقنية لدراسة تأثير الجزيئات المختلفة على مورفولوجيا وبنية كربونات الكالسيوم. لقد قمنا ببلورة هذه الطريقة إلى البولوميرات الحيوية التي تنتجها الخلايا البكتيرية في الأغشية الحيوية.سيكون من المثير للاهتمام إجراء دراسات إضافية مع السلالات الحيوية الأخرى التي تنتجها سلالات بكتيرية مختلفة.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Microwave-assisted Functionalization of Poly(ethylene glycol) and On-resin Peptides for Use in Chain Polymerizations and Hydrogel Formation

Microwave-assisted Functionalization of Polyethylene glycol and On-resin Peptides for Use in Chain Polymerizations and Hydrogel Formation

Functionalization بمساعدة الميكروويف بولي (جلايكول الإثيلين) وعلى الراتنج الببتيدات للاستخدام في سلسلة Polymerizations وتشكيل هيدروجيل

One of the main benefits to using poly(ethylene glycol) (PEG) macromers in hydrogel formation is synthetic versatility. The ability to draw from a large ...

Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

تشكيل الهياكل الجزيئية البيولوجية أمرت قبل التجميع الذاتي من الببتيدات قصير

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

Radiolabeling and Quantification of Cellular Levels of Phosphoinositides by High Performance Liquid Chromatography-coupled Flow Scintillation

Radiolabeling والكمي لمستويات الخلايا من Phosphoinositides التي كتبها التلألؤ تدفق عالية الأداء اللوني السائل الديناميكي

Phosphoinositides (PtdInsPs) are essential signaling lipids responsible for recruiting specific effectors and conferring organelles with molecular ...

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical (Methylation) and Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical Methylation and Physical Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance Techniques

تسلسل مصنع ستريت Heteroxylans عن طريق إنزيمي، والمواد الكيميائية (مثلأيشن) والمادية (الطيف الكتلي، الرنين المغناطيسي النووي) تقنيات

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

تخليق البروتين Bioconjugates<em&gt; عبر</em&gt; سيستين-maleimide الكيمياء

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Influence of Hybrid Perovskite Fabrication Methods on Film Formation, Electronic Structure, and Solar Cell Performance

تأثير الهجين طرق Perovskite التصنيع على تشكيل السينمائي، التركيب الإلكتروني، وأداء الخلايا الشمسية

Hybrid organic/inorganic halide perovskites have lately been a topic of great interest in the field of solar cell applications, with the potential to ...

Synthesis and Evaluation of a Ruthenium-based Mitochondrial Calcium Uptake Inhibitor

توليف وتقييم مثبط امتصاص الكالسيوم المتقدرية المستندة إلى الروثينيوم

We detail the synthesis and purification of a mitochondrial calcium uptake inhibitor, [(OH2)(NH3)4Ru(&#181;-O)Ru(NH3)4(OH2)]5+. The optimized synthesis of ...

Membrane Remodeling of Giant Vesicles in Response to Localized Calcium Ion Gradients

غشاء يعيد البناء من حويصلات العملاقة في استجابة للتدرجات أيون الكالسيوم مترجمة

In a wide variety of fundamental cell processes, such as membrane trafficking and apoptosis, cell membrane shape transitions occur concurrently with local ...

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of F&#8722;

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of FÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â '

تصوير النانومترية من الأنيونات يتضح من 310 نانومتر مفرزة و−

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound ...

Luminophore Formation in Various Conformations of Bovine Serum Albumin by Binding of Gold(III)

Luminophore Formation in Various Conformations of Bovine Serum Albumin by Binding of GoldIII

تشكيل لومينوفوري في والتشكلات المختلفة من ألبومين المصل البقري قبل الربط من الذهب الثلاثي

The purpose of the presented protocols is to study the process of Au(III) binding to BSA, yielding conformation change-induced red fluorescence (&#955;em ...