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

המחברים רוצים להודות לפרופ ' ליליה אדדאדי, פרופ ' יונתן ארז וד ר יעל פוליטי לדיונים פוריים. מחקר זה נתמך על ידי הקרן הישראלית למדע, הענקת 1150/14.

1. התגבשות סידן פחמתי
<ol><li>הכנה ואופטימיזציה של השליטה
	<ol><li>הכינו חתיכות זכוכית נקיות. השתמש באותו תהליך ניקוי כדי לנקות את כלי הזכוכית.<ol>
<li>השתמש בעט יהלום כדי לגזור פיסות של שקופית זכוכית מיקרוסקופ כך שהם מתאימים היטב של צלחת 96-באר. הערה: 5 מ"מ x 5 מילימטר חתיכות צריך להתאים במיד?...

<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>

השיטה המתוארת כאן מיועדת ליצירת גבישי סידן פחמתי בנוכחות תוספים אורגניים והערכת ההשפעה של biopolymers אורגני על מורפולוגיה ומבנה של גבישי סידן פחמתי ב מבחנה. השיטה מבוססת על השוואת הקריסטלים הנוצרים בנוכחות התוספים האורגניים לקריסטלים הקלציט שנוצרו בניסוי השליטה. הצגנו כיצד להשתמש בשיטת הדי...

ביומינרליזציה היא היווצרות של מינרלים בנוכחות של מולקולות אורגניות, הקשורות לעתים קרובות עם תפקידים פונקציונליים ו/או מבניים באורגניזמים חיים. ביומינרליזציה עשויה להיות תאיים, כמו היווצרות של מגנטיט בתוך חיידקים מגנטוטקטיקה1, או מסחטות, כמו היווצרות סידן פחמתי ב קיפוד ים קוצים2, של הידרוקסיטיט הקשור קולגן ב עצמות3 ו האמייל כי הוא קשור amelogenin בשיניים4. ביומינרליזציה הוא תהליך מורכב שתלוי בפרמטרים רבים באורגניזם החי. לכן, על מנת לפשט את המערכת בלמידה, יש צורך להעריך את ההשפעה של רכיבים נפרדים בתהליך. במקרים רבים, ביומינרליזציה נגרמת על ידי נוכחות של biopolymers. מטרת השיטה המוצגת כאן היא כדלקמן: (1) כדי ליצור גבישי סידן פחמתי בנוכחות biopolymers מבודדים במבחנה, באמצעות שיטת דיפוזיה אדים. (2) ללמוד את השפעת הbiopolymers על המבנה ועל מבנה הסידן קרבונט.
שלוש שיטות עיקריות לזרז סידן פחמתי בתוך מבחנה בנוכחות תוספים אורגניים משמשים5,6. השיטה הראשונה, שנתייחס אליה כאל שיטת הפתרון, מבוססת על ערבוב מלח מסיס של סידן (כגון CaCl2) עם מלח מסיס של קרבונט (למשל, נתרן פחמתי). תהליך ערבוב יכול להתבצע במספר דרכים: בתוך הכור עם שלושה תאים המופרדים על ידי נקבובי ממברנות7. כאן, כל אחד מהתאים החיצוניים מכיל מלח מסיס והתא המרכזי מכיל פתרון עם התוסף שייבדק. סידן פחמתי לפזר מן החיצוני לתא האמצעי, וכתוצאה מכך את המשקעים של קרבונט מסיסים פחות סידן כאשר ריכוזי סידן פחמתי לחרוג מוצר מסיסות שלהם, Ksp = [Ca2 +] [שיתוף3 2-]. שיטת ערבוב נוספת היא הפרוצדורה כפולה מטוס8. בשיטה זו, כל מלח מסיסים מוזרק ממזרק נפרד לפתרון מעורבב המכיל את התוסף, שבו סידן קרבונט מזרז. כאן, ההזרקה ולכן שיעור ערבוב הוא נשלט היטב, לעומת השיטה הקודמת שבה ערבוב נשלט על ידי דיפוזיה.
השיטה השנייה המשמשת כדי להתגבש CaCO3 היא שיטה הקיטאנו9. שיטה זו מבוססת על שיווי משקל פחמתי/מימן פחמתי (2hco3- (aq) + Ca2 +(aq) <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59638/59638img01.jpg"> </img> caco3 (עם) + CO2 (g) + H2O (l)). כאן, CO2 הוא בעבע לתוך פתרון המכיל caco3 בצורה מוצקה, העברת שיווי משקל שמאלה ולכן המסת סידן פחמתי. קרבונט הסידן הבלתי מומס מסונן והתוספים הרצויים נוספים לפתרון הביקרבונט-עשיר. CO2 מותר אז להתאדות, ובכך להעביר את התגובה ימינה, ויוצרים סידן פחמתי בנוכחות של התוספים.
השיטה השלישית של התגבשות סידן פחמתי, אשר נתאר כאן, היא שיטת פיזור האדים10. בהגדרה זו, התוסף האורגני, הנמס בתמיסה של סידן כלוריד, מוצב בתא סגור ליד אמוניום פחמתי בצורת אבקה. כאשר האבקה אמוניום פחמתי מפרקת לתוך פחמן דו חמצני ו אמוניה, הם מפוזר לתוך הפתרון המכיל יוני סידן (למשל, CaCl2), סידן פחמתי הוא זירז (ראה איור 1 להמחשה). גבישי הסידן פחמתי יכולים לצמוח באמצעות משקעים איטיים או משקעים מהירים. עבור משקעים איטיים, פתרון המכיל את התוסף ב-CaCl2 פתרון ממוקם בdesiccator ליד אבקת אמוניום פחמתי. במשקעים מהירים, המתוארים באורך הפרוטוקול, הן הפתרון התוסף והן האמוניום קרבונט ממוקמים קרוב יותר בצלחת מרובת הצלחות. שיטת המשקעים האיטית תיצור פחות מרכזי התגררות וקריסטלים גדולים יותר, והמשקעים המהירים יגרמו ליותר מרכזי התגרמות וקריסטלים קטנים יותר.
השיטות המתוארות לעיל שונות במורכבות הטכנולוגית שלהם, ברמת השליטה ובקצב המשקעים. שיטת הערבוב מחייבת הערכה מיוחדת6 עבור הסילון הכפול ומערכת שלושה תאים. בשיטת הערבוב, נוכחותם של יונים מונים מסיסים אחרים (למשל, Na+, Cl-)6 היא בלתי נמנעת, ואילו בשיטת הקיטאנו, הסידן (bi) פחמתי הם היונים היחידים בתמיסה, והיא אינה כרוכה בנוכחות נוספים יונים מונים (לדוגמה, Na+, קלרנית-). יתרה מזאת, שיטת הערבוב דורשת כמויות גדולות יחסית ולכן היא אינה מתאימה לעבודה עם biopolymers יקר. היתרון של הסילון הכפול הוא שניתן לשלוט על קצב הזרקת הפתרון וכי הוא תהליך מהיר בהשוואה לשיטות אחרות.
היתרון של שיטת קיטאנו ואת שיטת דיפוזיה אדים היא כי היווצרות של סידן פחמתי נשלטת על ידי הדיפוזיה של CO2 לתוך/מתוך פתרון cacl2 , ובכך מאפשר לחקור התגררות איטי תהליכי משקעים מיכל בן 11 , 12. יתר על כן, סידן קרבונט היווצרות על ידי דיפוזיה של CO2 עשוי להידמות לתהליכי הסתיידות ב vivo13,14,15. בשיטה זו, קריסטלים מוגדרים היטב ומופרדים, נוצרים16. אחרון, ההשפעה של biopolymers יחיד או מרובים על היווצרות סידן פחמתי ניתן לבדוק. זה מאפשר מחקר שיטתי של ההשפעה של סדרה של ריכוזי התוסף על היווצרות סידן פחמתי, כמו גם מחקר של תערובות של biopolymers-all בוצע באופן מבוקר. שיטה זו מתאימה לשימוש עם מגוון רחב של ריכוזים וכמויות גדולות של תוספים. אמצעי האחסון המינימלי המשמש הוא כ 50 μL ולכן שיטה זו היא יתרון כאשר יש כמות מוגבלת של biopolymers זמין. אמצעי האחסון המקסימלי תלוי בנגישות של צלחת היטב גדולה יותר, או הdesiccator שאליה מוכנסים הלוחית או המבחנה המכילה את ה-CaCl2 . השיטה המתוארת להלן ממוטבת לעבודה בצלחת 96-באר עם ביופולימרים נבחר להיות החלבון טאפה17.

<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

ביומינרליזציה היא היווצרות של מינרלים בנוכחות של מולקולות אורגניות, הקשורות לעתים קרובות עם תפקידים פונקציונליים ו/או מבניים באורגניזמים חיים. זהו תהליך מורכב ולכן פשוט, בתוך מבחנה, מערכת נדרשת כדי להבין את ההשפעה של מולקולות מבודדות על תהליך ביומינרליזציה. במקרים רבים, ביומינרליזציה מופנית על ידי biopolymers במטריצה המלווה. כדי להעריך את ההשפעה של biopolymers מבודדים על המבנה ועל מבנה הקלציט במבחנה, השתמשנו בשיטת פיזור האדים למשקעים בסידן פחמתי, סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני ומיקרו ראמאן לאפיון, ואולטרה-סגול לעין (UV/Vis) ספיגת למדידת כמות הביופולימרים בגבישים. בשיטה זו, אנו חושפים את הbiopolymers הבודדות, המומסים בתמיסת סידן-כלוריד, לאמוניה בעלת גז ופחמן דו-חמצני שמקורם בפירוק של אמוניום פחמתי מוצק. תחת התנאים שבהם מגיעה התוצר המסיסות של סידן פחמתי, נוצרים סידן-פחמתי וגבישים. סידן פחמתי יש פולימורטים שונים הנבדלים ביציבות תרמודינמיים שלהם: סידן פחמתי אמורפיות, vaterite, ארגוניט, ו קלציט. בהעדר biopolymers, בתנאים נקיים, סידן קרבונט הוא בעיקר בצורת הקלציט, שהוא הפולימלדינמי ביותר של סידן פחמתי. שיטה זו בוחנת את השפעת התוספים הbiopolymeric על המבנה ועל מבנה גבישי הסידן פחמתי. כאן, אנו להדגים את הפרוטוקול באמצעות לימוד של חלבון בקטריאלי מתוך החילוץ, טאפה, על היווצרות של גבישי סידן פחמתי. ליתר דיוק, אנו מתמקדים בניסוי שהוגדר, ואפיון שיטות, כגון מיקרוסקופ אופטי ואלקטרוני, כמו גם ספקטרוסקופיית מסוג ראמאן.

סכימטי של הערכה הניסיונית מוצג באיור 1. בקצרה, שיטת דיפוזיה משמש כדי ליצור גבישי סידן פחמתי ב 96-היטב צלחות ולבדוק את ההשפעה של biopolymers על המבנה ומבנה של גבישי סידן פחמתי. בניסויים אלה, אמוניום פחמתי מפורקת לתוך אמוניה ושות2, אשר מפוזר לתוך פתרונות סידן פחמתי, וכתוצאה מכך ...

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

סידן קרבונט היווצרות בנוכחות של תוספים Biopolymeric

אנו מתארים פרוטוקול למשקעים ואפיון של גבישי סידן פחמתי היוצרים בנוכחות biopolymers.

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

הפרוטוקול שלנו מתאר מערכת במבחנה פשוטה, כדי לחקור את ההשפעה של מולקולות מבודדות על המורפולוגיה והמבנה של סידן פחמתי. טכניקה זו היא יתרון במקרים שבהם biomolecules אני בודק הם יקרים, או זמין בכמויות קטנות, כמו גם כאשר משקעים סידן פחמתי איטי נדרש. יתר על כן, זה מאפשר לחקור ניסויים משקעים מרובים באותם תנאים בבת אחת.ראשית, הכינו את ניסוי הבקרה. השתמש במים מזוקקים משולשים ואתנול כדי לנקות חתיכות זכוכית וכלי זכוכית. השתמש בעט יהלום כדי לחתוך חתיכות של מגלשת מיקרוסקופ זכוכית, כך שהם מתאימים באר של צלחת 96 היטב.מניחים את מקומות הזכוכית ב עם מים מזוקקים משולשים, כך שהמים מכסים את מגלשות הזכוכית. סוניקאט ב sonicator אמבטיה במשך 10 דקות. תדק את המים.מוסיפים אתנול כדי לכסות את מגלשות הזכוכית, ו sonicate שוב sonicator אמבטיה במשך 10 דקות. לאחר מכן, לייבש את המגלשות ואת כלי הזכוכית עם זרם של גז חנקן, ולמקום אותם מנקה פלזמה אוויר במשך 10 דקות ב 130 וואט. במכסה המנוע של האדים, ממלאים את בארות בפינות של צלחת 96 באר עם אבקת אמוניום קרבונט, ולאטום את הצלחת באמצעות רדיד אלומיניום.כסו את נייר הכסף בסרט פרפין. נקה כל שאריות אמוניום קרבונט באמצעות גז חנקן. מניחים את חתיכות הזכוכית שנחתכה ונוקתה בעבר לחמש בארות שונות הקרובות ביותר למרכז.מלאו כל באר הנושאת חתיכת זכוכית ב-100 מיקרוליטרים של תווי סידן כלורי המוכנים במים מזוקקים משולשים בריכוז הולך וגדל של 10, 20, 30, 40 ו-50 מילימולרים. לאחר מכן, לנקב את הכיסוי של כל בארות המכיל אמוניום קרבונט שלוש פעמים עם מחט. שים את המכסה בחזרה, לאטום את הגבולות עם סרט פרפין, ולשמור אותו ב 18 מעלות צלזיוס באינקובטור במשך 20 שעות.במהלך הדגירה, אמוניום פחמתי מפורק לתוך אמוניה ופחמן דו חמצני, אשר להתפזר לתוך פתרונות סידן כלורי, וכתוצאה מכך היווצרות גבישי סידן פחמתי. לאחר הדגירה, פתח את המכסה בזהירות בתוך מכסה המנוע של האדים, ולהשתמש בלולאה כדי להסיר את הגבישים שנוצרו בממשק אוויר המים. השתמש פינצטה כדי להעביר את חתיכות הזכוכית לתוך המכילה מים מזוקקים כפולים לטבילה קצרה.לאחר מכן, להסיר את הדגימות מן המקור, ולהשתמש קלטת דו צדדית כדי לתקן את חתיכות הזכוכית על החלק התחתון של צלחת פטרי. מים מוגזמים יבשים נוגעים בגבולות המגלשה, עם מגבוני רקמות. מכסים את צלחת פטרי, וממקמים אותה בדשן במשך 24 שעות.שימו לב לקריסטלים שנוצרו על חתיכות הזכוכית עם מיקרוסקופ אופטי זקוף בהגדלה של פי 10 עד 40. גבישי הרומבוהדרל הנצפים הם ככל הנראה קלציט. אם בנוסף גבישי rhombohedral, הפתרון מכיל גבישים כדוריים אשר ככל הנראה vaterite, לחזור על פרוטוקול התגבשות, לוודא כי שלב הניקוי מבוצע כראוי.יתר על כן, ודא שאין אמוניום קרבונט באזורים של הצלחת מלבד בארות ייעודיות. הריכוז האופטימלי של סידן כלורי נקבע על פי המדגם עשיר בגבישי קלציט חלקים ללא גבישי ואגריט. כדי להתחיל, שקופיות זכוכית נקיות וכלי זכוכית כפי שנעשה בעבר.במכסה המנוע של האדים, מניחים אבקת אמוניום קרבונט בפינות של צלחת 96 באר. בכל באר שבה יתרחשו משקעים, מניחים חתיכת זכוכית שנחתכה ונוקתה. הכינו את בארות הבקרה.לשתי בארות בקרה, פיפטה 90 מיקרוליטר של חיץ טריס 25 מילימולר ב pH 8, בתוספת 100 מילימולר נתרן כלורי. לאחר מכן הוסיפו 10 מיקרוליטרים של תספורת מלאי סידן כלורי טוחן 0.5. לאחר מכן, להתאים את הריכוז של חלבון תוסף TapA ל 10 micromolar TapA, 100 מילימולר נתרן כלורי, ו 25 מילימולר טריס חוצץ ב pH 8.הכן את התוסף המכיל בארות על ידי הוספת 90 מיקרוליטרים של פתרון התוסף. הוסף 10 microliters של 0.5 תספורת מלאי סידן כלוריד טוחן לתוסף המכיל בארות כדי להגיע לריכוז אופטימלי ב 50 מילימולר סידן כלורי שנקבע בעבר. מכינים את הצלחת עם חורים על המכסה על בארות המכילות אמוניום קרבונט, ודגירה ב 18 מעלות צלזיוס כפי שנעשה בעבר.לאחר הדגירה, מכינים את חתיכות הזכוכית בצלחת פטרי כפי שנעשה בעבר, וממקמים את המנה בדשן במשך 24 שעות. כדי לכמת את אחוז המסה של התוספים במשקעי הסידן פחמתי, תחילה לאמת את מקדם ההכחדה של התוסף בשימוש. לאחר מכן, השתמש במיקרו-איזון כדי לשקול את חתיכות הזכוכית שבהן נוצרו הגבישים.לאחר מכן, לגרד את הגבישים מהזכוכית לתוך צינור eppe עם 1.2 מיליליטר של 0.1 תוסף חומצה אצטית טוחנת. מערבולת בקצרה, ולאחר מכן למקם את הצינור לתוך sonicator כדי sonicate המדגם עד הגבישים נעלמים. לאחסן את המדגם בטמפרטורת החדר במשך 24 שעות.לשקול את מגלשת הזכוכית לאחר גירוד את הגבישים. למדוד את ספיגת UV A של 1.2 מיליליטר sonicated פתרון ב 280 ננומטר עבור תוסף החלבון. השתמש במשוואה באר למברט כדי לחשב את הריכוז שלה c.L הוא הנתיב האופטי בתוך המזנון. כדי לחשב את המסה של התוספים בגביש, השתמש במשוואה, c times v שווה ל- m, אם הריכוז הוא במיליגרם למיליליטר. אם הריכוז הוא שומות לליטר, ואז לחשב את שומות החלת c פעמים v שווה n.לאחר מכן השתמש במשקל המולקולרי כדי לחשב את המסה של התוספים. לחשב את אחוז המשקל של התוספים בגבישים. M הוא המסה של התוספים, ודלתא m s, היא המסה של גבישי סידן פחמתי כי היו גירדו את חתיכת הזכוכית.תמונות SEM מציגות את ההשוואה בין פקד תקין עם פרצופי קלציט חלקים, לבין גבישי קלציט עם פנים המורכבות ממדרגות. הגבישים הכדוריים הם ואגריט. ניסויי הבקרה המוצלחים והבלתי מוצלחים גרמו לספקטרוסקופיה של אמן, והראו את הספקטרום האופייני של קלציט ו-ואטרייט בהתאמה.הפיצול של משמרת ראמאן בסביבות 1080 ס"מ הוא המאפיין הבולט ביותר של ואטרייט. גבישי הסידן פחמתי שנוצרו בנוכחות TapA, נבדלים מקריסטלי הבקרה. הרכבה כדורית מורכבת של סידן פחמתי, המורכבת ממיקרו-קריסטלים קלציט מרובים נוצרה.ספקטרום הראמאן של הגבישים שנוצרו בנוכחות TapA, דומה לספקטרום הקלציט. הספקטרום הסופג של TapA, והשליטה ללא התוסף, נמדדו לאחר פירוק הגבישים בחומצה. אחוז המסה של TapA נקבע להיות 1.8 פלוס או מינוס 0.2%, זה קריטי כדי לבצע את צעדי הניקוי בזהירות, ולוודא כי תקני הבקרה הם נפגשו לפני בדיקת ההשפעה של תוספים על היווצרות סידן פחמתי.בנוסף, חשוב להסיר כל עודף של אמוניום קרבונט בצורת אבקת מן בארות. אמוניום פחמתי מתרוקן לאמוניה ופחמן דו חמצני. אמוניה רעילה אם בשאיפה, ולכן, אמוניום קרבונט צריך להיות מטופל בתוך מכסה המנוע אדים בלבד.על מנת להעריך את המורפולוגיה הפנימית ואת המבנה של הגבישים, אתה יכול לחלק אותם באמצעות קרן יון ממוקדת, תמונה החלקים עם מיקרוסקופ אלקטרונים שידור, ולמדוד את דפוסי דיפוזיה אלקטרונים ממיקומים ספציפיים לאורך הקטעים. טכניקה זו שימשה בעבר לחקר ההשפעה של מולקולות שונות על המורפולוגיה והמבנה של סידן פחמתי. פירטנו שיטה זו כדי biopolymers המיוצרים על ידי תאים חיידקיים ביופילמים.זה יהיה מעניין לבצע מחקרים נוספים עם ביופולימרים אחרים המיוצרים על ידי זנים חיידקיים שונים.

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 בסיוע מיקרוגל של פולי (אתילן גליקול) ופפטידים על השרף לשימוש בPolymerizations שרשרת וגיבוש Hydrogel

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

היווצרות של מבני Biomolecular הוזמנו על ידי ההרכבה העצמית של פפטידים קצרים

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 וכימות של רמות סלולריות של Phosphoinositides ידי נצנץ זרימה מצמיד כרומטוגרפיה נוזלית ביצועים גבוהים

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

רצף של הצמח קיר Heteroxylans שימוש enzymic, כימית (מתילציה) הפיזיקליים (ספקטרומטריית מסה, תהודה מגנטית גרעינית) טכניקות

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

סינתזה של חלבון Bioconjugates<em&gt; דרך</em&gt; כימיה ציסטאין-maleimide

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

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

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

סינתזה והערכה של מעכב ספיגת סידן מיטוכונדריאלי מבוססי רותניום

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

ממברנה שיפוץ של שלפוחית ענקית בתגובה מעברי צבע יון סידן לשפות אחרות

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 '

Photoelectron הדמיה של אניונים מאויר על ידי ניתוק 310 ננומטר F−

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

Luminophore-צורה הייצורים החיים השונים של אלבומין שור על-ידי איגוד של Gold(III)

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 ...