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

Yazarlar, Prof. Lia Addadi, Prof. Jonathan erez ve Dr. Yael Politi 'ye verimli tartışmalar için teşekkür etmek ister. Bu araştırma Israil Bilim Vakfı (ıSF), Grant 1150/14 tarafından desteklenmektedir.

1. kalsiyum karbonat kristalizasyonu
<ol><li>Kontrol hazırlığı ve optimizasyonu
	<ol><li>Temiz cam parçaları hazırlayın. Cam temizlemek için aynı temizleme prosedürü kullanın.<ol>
<li>Bir cam mikroskop slayt parçaları kesmek için bir elmas kalem kullanın, böylece bir iyi bir 96-Well plaka uygun. Not: 5 mm x 5 mm 'lik parçalar büyük ölçüde sığmalıdır.</li>
			<li>Su cam slaytlar kapsar ve 10 dakika için bir banyo sonicator sonikat böylece üç distile su (TDW) ile bir ka...

<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>

Burada açıklanan yöntem, organik katkı maddelerinin varlığında kalsiyum karbonat kristalleri oluşturma ve organik biyopolymerlerin Morfoloji ve kalsiyum karbonat kristallerinin yapı üzerindeki etkisini değerlendirmek amaçlanmaktadır. Bu yöntem, kontrol deneyinde oluşan kalsit kristalleri için organik katkı maddelerinin varlığını oluşturduğu kristallerin karşılaştırılması üzerine kurulmuştur. Kalsiyum karbonat kristalleri oluşturmak için difüzyon yönteminin nasıl kullanılacağını, op...

Biomineralizasyon, sıklıkla yaşayan organizmalarda fonksiyonel ve/veya yapısal roller ile ilgili organik moleküllerin varlığında minerallerin oluşumudur. Biomineralizasyon hücre içi olabilir, manyetit içindeki manyetit oluşumunda olduğu gibi1, veya ekstrüküler, deniz atası sivri kalsiyum karbonat oluşumunda olduğu gibi2, içinde kollajen ile ilgili hidroksiapatit kemikler3 ve diş amolgenin ile ilişkili emaye4. Biomineralization, yaşayan organizmadaki birçok parametreye bağlı karmaşık bir süreçtir. Bu nedenle, çalışma altında sistemi basitleştirmek için, işlem üzerinde ayrı bileşenlerin etkisini değerlendirmek gereklidir. Birçok durumda, biomineralizasyon ekstrasellüler biopolymers varlığı ile indüklenir. Burada sunulan yöntemin amacı aşağıdaki gibidir: (1) izole biyopolimerler in vitro varlığını kalsiyum karbonat kristalleri oluşturmak için, bir buhar difüzyon yöntemi kullanarak. (2) biyopolimerler kalsiyum karbonat Morfoloji ve yapısı üzerinde etkisini incelemek için.
Organik katkı maddelerinin varlığına kalsiyum karbonat in vitro çöktmek için üç temel yöntem5,6kullanılır. Çözüm yöntemi olarak atıfta olduğumuz ilk yöntem, çözünür tuz kalsiyum (örn., CaCl2) ile çözünür bir karbonat tuzu (örn., sodyum karbonat) ile karıştırılmaya dayanmaktadır. Karıştırma işlemi çeşitli şekillerde gerçekleştirilebilir: gözenekli membranlarla ayrılan üç hücreli bir reaktör içinde7. Burada, dış hücrelerin her biri çözünür bir tuz içerir ve merkezi hücre, test edilecek katkı maddesi ile bir çözüm içerir. Kalsiyum ve karbonat dış orta hücreye diffuz, daha az çözünür kalsiyum karbonat yağış sonuçlanan zaman kalsiyum ve karbonat konsantrasyonları kendi çözünürlük ürün aşan, KSP = [CA2 +] [Co3 2-]. Ek bir karıştırma yöntemi çift jet prosedürü8' dir. Bu yöntemle, her çözünür tuz, kalsiyum karbonat çöktülür katkı içeren bir karıştırıcı çözüm için ayrı bir şırınga enjekte edilir. Burada, enjeksiyon ve bu nedenle karıştırma oranı iyi kontrollü, karışım difüzyon tarafından kontrol edildiği önceki yöntem aksine.
CaCO3 kristalize için kullanılan Ikinci yöntem Kitano Yöntem9' dir. Bu yöntem karbonat/hidrojen karbonat dengesine dayanmaktadır (2hco3- (aq) + CA2 +(aq) <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/59638/59638img01.jpg"> </img> caco3 (s) + Co2 (g) + H2O (l)). Burada, CO2 , katı bir formda caco3 içeren bir çözelti içine bubbled, sol ve bu nedenle kalsiyum karbonat çözünmesi denge kayması. Çözünmemiş kalsiyum karbonat filtrelenir ve istenilen katkı maddeleri bikarbonat zengin çözüme eklenir. CO2 daha sonra buharlığa izin, böylece katkı varlığı içinde kalsiyum karbonat oluşturan, sağa reaksiyon kayması.
Burada açıklayacağız kalsiyum karbonat kristalizasyonu, üçüncü yöntem, buharı difüzyon yöntemi10. Bu ayarda, kalsiyum klorür çözeltisi içinde çözünen organik katkı maddesi, bir toz formunda Amonyum karbonat yakınında kapalı bir odaya yerleştirilir. Amonyum karbonat tozu karbondioksit ve amonyak haline geldiğinde, kalsiyum iyonlarının (örn. CaCl2) içeren çözeltisi içine yayılır ve kalsiyum karbonat çöktürülmüştür (bkz. Şekil 1 ). Kalsiyum karbonat kristalleri yavaş yağış veya hızlı yağış ile büyüyebilir. Yavaş yağış için, CaCl2 çözeltisi içinde katkı içeren bir çözüm Amonyum karbonat tozu yanında bir kurutucu yerleştirilir. Protokolde uzunluk olarak açıklanan hızlı yağış, hem katkı çözeltisi hem de Amonyum karbonat çok iyi bir plaka içinde birlikte daha yakın yerleştirilir. Yavaş yağış yöntemi daha az çekirdekleme merkezleri ve daha büyük kristaller üretecek ve hızlı yağış daha çekirdekleme merkezleri ve küçük kristaller neden olur.
Yukarıda açıklanan yöntemler, teknik karmaşıklığı, kontrol düzeyinde ve yağış süreci oranı farklıdır. Karıştırma yöntemi, hem çift Jet hem de üç hücreli sistem için özel bir set-up6 gerektirir. Karıştırma yönteminde, diğer çözünür sayaç iyonlarının varlığı (örn., na+, CL-)6 kaçınılmaz, Kitano yöntemi ise, kalsiyum ve (bi) karbonat çözeltinin tek iyonlarının ve ek varlığı içermez (örn., na+, CL-). Ayrıca, karıştırma yöntemi nispeten büyük hacimli gerektirir ve bu nedenle pahalı biopolymers ile çalışmak için uygun değildir. Çift jetin avantajı, çözüm enjeksiyonu oranını kontrol etmek ve diğer yöntemlere kıyasla hızlı bir süreçtir.
Kitano yöntemi ve buhar difüzyon yönteminin avantajı, kalsiyum karbonat oluşumunun, CO2 ' nin bir CAcl2 çözeltisi içine/dışına yayılması ile kontrol edilmesi, böylece daha yavaş çekirdeklenme ve yağış süreçleri için izin verilmesi 11 ' i , 12. Ayrıca, Co2 difüzyon ile kalsiyum karbonat oluşumu vivo13,14,15içinde kalsifikasyon süreçleri benzer olabilir. Bu yöntemle, iyi tanımlanmış ve ayrılmış kristaller16oluşturulur. Son olarak, tek veya birden fazla biyopolimerler kalsiyum karbonat oluşumu üzerinde etkisi test edilebilir. Bu da, bir dizi katkı konsantrasyonunun kalsiyum karbonat oluşumuna etkisinin yanı sıra biyopolimerler karışımlarının bir çalışma-tüm kontrollü bir şekilde gerçekleştirilen bir sistematik çalışma sağlar. Bu yöntem, geniş bir yelpazede konsantrasyonları ve hacimleri katkı maddeleri ile kullanılmak için uygundur. Kullanılan en az birim yaklaşık 50 μL 'dir ve bu nedenle sınırlı miktarda kullanılabilir biopolymers olduğunda bu yöntem avantajlıdır. Maksimal hacim, daha büyük bir iyi plakanın erişilebilirliğine veya CaCl2 içeren plaka veya pancarı yerleştirecek olan kurutucu bağlıdır. Aşağıda açıklanan yöntem bir 96-iyi plaka ile çalışma için optimize edilmiştir protein TapA17olarak seçilmiş bir biyopolimer ile.

<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

Biomineralizasyon, sıklıkla yaşayan organizmalarda fonksiyonel ve/veya yapısal roller ile ilgili organik moleküllerin varlığında minerallerin oluşumudur. Kompleks bir süreçtir ve bu nedenle basit, in vitro, izole moleküllerin biomineralizasyon sürecinde etkisini anlamak için sistem gereklidir. Birçok durumda, biomineralizasyon, ekstrasellüler matrisinde biyopolimerler tarafından yönlendirilir. İzole biopolymlerin Morfoloji ve kalsit in vitro yapısı üzerinde etkisini değerlendirmek için, kalsiyum karbonat yağlaması için buharı difüzyon yöntemi kullandık, Tarama elektron mikroskobu ve mikro Raman karakterizasyonu için, ve ultraviyole-görünür (UV/vis) kristallerin bir biyopolimer miktarını ölçmek için emici. Bu yöntem, biz izole biopolymers açığa, bir kalsiyum klorür çözeltisi içinde çözünmüş, gazlı amonyak ve karbon dioksit, katı amonyum karbonat debileşimi kaynaklanan. Kalsiyum karbonatın çözünürlük ürününün ulaşabileceği koşullarda, kalsiyum karbonat çökme ve kristaller oluşur. Kalsiyum karbonat, termodinamik istikrarında farklılık gösteren farklı polimorf vardır: amorf kalsiyum karbonat, vaterit, aragonit, ve kalsit. Biopolymers yokluğunda, temiz koşullar altında, kalsiyum karbonat çoğunlukla kalsiyum karbonat en termodinamik istikrarlı polimorf olan kalsit formunda mevcut. Bu yöntem, biyofolymeric katkı maddelerinin kalsiyum karbonat kristallerinin Morfoloji ve yapısına etkisini inceler. Burada, iletişim kuralını, kalsiyum karbonat kristalleri oluşumunda, ekstrüler bir bakteriyel protein, TapA, çalışma yoluyla gösteriyoruz. Özellikle, deneysel olarak ayarlanmış ve optik ve Elektron Mikroskopisi ve Raman spektroskopisi gibi karakterizasyon yöntemlerini odaklanıyoruz.

Deneysel ayarlanan bir şematik Şekil 1' de gösterilir. Kısaca, difüzyon yöntemi 96-Well plakaları kalsiyum karbonat kristalleri oluşturmak ve kalsiyum karbonat kristalleri Morfoloji ve yapısı üzerinde biyopolimerler etkisini test etmek için kullanılır. Bu deneylerde, Amonyum karbonat, kalsiyum karbonat çözümlerine yayılan, kalsiyum karbonat kristalleri oluşumuna neden olan amonyak ve CO2' ye bölünmüştür (Şekil 1 ve <strong cla...

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

Biyopololitik katkı maddelerinin varlığında kalsiyum karbonat oluşumu

Biz biopolymers varlığı şeklinde kalsiyum karbonat kristalleri yağış ve karakterizasyonu için bir protokol açıklanmaktadır.

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

Protokolümüz, izole moleküllerin kalsiyum karbonatın morfolojisi ve yapısı üzerindeki etkisini incelemek için basit bir in vitro sistemi tanımlar. Bu teknik, test ettiğim biyomoleküllerin pahalı olduğu veya küçük miktarlarda mevcut olduğu ve yavaş kalsiyum karbonat çökeltisi gerektirdiği durumlarda avantajlıdır. Ayrıca, aynı anda aynı koşullar altında birden fazla yağış deneyleri araştırmak için izin verir.İlk olarak, kontrol deneyi hazırlayın. Cam parçaları ve cam temizlemek için üçlü distile su ve etanol kullanın. Bir cam mikroskop slayt parçaları kesmek için bir elmas kalem kullanın, böylece bir 96-well plaka bir kuyu sığacak.Üç adet distile su ile bir beher cam yerler yerleştirin, böylece su cam slaytlar kapsar. 10 dakika boyunca bir banyo sonicator sonicate. Suyu decant.Cam slaytlar kapsayacak şekilde etanol ekleyin ve 10 dakika boyunca bir banyo sonicator tekrar sonicate. Daha sonra, azot gazı akışı ile slaytlar ve cam kuru ve 130 watt 10 dakika boyunca bir hava plazma temizleyici yerleştirin. Bir duman kaputunda, amonyum karbonat tozu ile 96 kuyulu bir plaka köşelerinde kuyudoldurun ve alüminyum folyo kullanarak plaka mühür.Folyoyu parafin filmle kaplayın. Azot gazı kullanarak kalan amonyum karbonatı temizleyin. Önceden kesilmiş ve temizlenmiş cam parçalarını merkeze en yakın beş farklı kuyuya yerleştirin.10, 20, 30, 40 ve 50 milimolar konsantrasyonlarda artan bir degrade üç distile su ile hazırlanan kalsiyum klorür çözeltisi 100 mikrolitre ile hazırlanan her kuyu taşıyan bir cam parça doldurun. Daha sonra, amonyum karbonat içeren kuyuların her birinin kapağını bir iğne ile üç kez delin. Kapağı arkaya koy, sınırları parafin filmle kapat ve 20 saat boyunca kuvözde 18 derecede tut.Kuluçka sırasında amonyum karbonat amonya ve karbondioksite ayrıştırılır ve kalsiyum klorür çözeltilerine yayılır ve kalsiyum karbonat kristallerinin oluşumuna neden olarak ortaya konur. Kuluçkadan sonra, bir duman kaputunun içindeki kapağı dikkatlice açın ve su-hava arabiriminde oluşan kristalleri çıkarmak için bir döngü kullanın. Kısa bir dalış için çift distile su içeren bir beher içine cam parçaları aktarmak için cımbız kullanın.Daha sonra, kabın örneklerini çıkarın ve petri kabının dibine cam parçaları düzeltmek için çift taraflı bant kullanın. Kuru aşırı su doku mendilleri ile, slayt sınırlarına dokunarak. Petri kabının üzerini kapatın ve 24 saat boyunca kurutucuya koyun.10 ila 40 kat büyütme dik optik mikroskop ile cam parçaları üzerinde oluşan kristalleri gözlemleyin. Gözlenen rhombohedral kristaller büyük olasılıkla kalsit vardır. Rhombohedral kristallere ek olarak, çözelti büyük olasılıkla vaterite olan küresel kristaller içeriyorsa, temizleme adımının doğru yapıldığından emin olmak için kristalizasyon protokolünü tekrarlayın.Ayrıca, plaka nın özel kuyular dışında herhangi bir amonyum karbonat olmadığından emin olun. Kalsiyum klorür için en uygun konsantrasyon, vaterite kristalleri içermeyen pürüzsüz yönlü kalsit kristalleri ile zengin numuneye göre belirlenir. Başlamak için, temiz cam slaytlar ve cam daha önce yapıldığı gibi.Bir duman kaputunda, 96 kuyulu bir plakanın köşelerinde amonyum karbonat tozu yerleştirin. Yağışın meydana gelecek her kuyuya, kesilmiş ve temizlenmiş bir cam parça yerleştirin. Kontrol kuyularını hazırlayın.Iki kontrol kuyuları içine, pipet 90 mikrolitre 25 milimolar Tris tampon pH 8, 100 milimoler sodyum klorür ile desteklenmektedir. Sonra 0,5 molar kalsiyum klorür stok çözeltisi 10 mikrolitre ekleyin. Daha sonra, katkı proteini TapA konsantrasyonu ayarlamak 10 mikromolar TapA, 100 milimolar sodyum klorür, ve 25 milimolar Tris tampon pH 8.Katkı çözeltisi 90 mikrolitre ekleyerek kuyuiçeren katkı maddesini hazırlayın. Daha önce belirlenen 50 milimolar kalsiyum klorür en uygun konsantrasyona ulaşmak için kuyuiçeren katkı maddesi için 0,5 molar kalsiyum klorür stok çözeltisi 10 mikrolitre ekleyin. Amonyum karbonat içeren kuyuların üzerinde kapakta delikler olan plakayı hazırlayın ve daha önce yapıldığı gibi 18 derecede kuluçkaya yatırın.Kuluçkadan sonra, cam parçaları daha önce olduğu gibi petri kabına hazırlayın ve kabı 24 saat boyunca kurutucuya yerleştirin. Kalsiyum karbonat çökeltilerinde katkı maddelerinin kütle yüzdesini ölçmek için, öncelikle kullanılan katkı maddesinin yok olma katsayısını doğrulayın. Daha sonra, kristallerin oluştuğu cam parçalarını tartmak için bir mikro denge kullanın.Bundan sonra, 0,1 molar asetik asit çözeltisi 1.2 mililitre ile bir eppe tüp içine cam kristalleri kazıyın. Girdap kısa bir süre, ve sonra kristaller kaybolana kadar örnek sonicate için bir sonicator içine tüp yerleştirin. Numuneyi oda sıcaklığında 24 saat saklayın.Kristalleri kazıdıktan sonra cam kaydırağı tartın. Protein katkısı için 280 nanometrede 1,2 mililitresonicated çözeltisinin UV emici A'sını ölçün. C konsantrasyonunu hesaplamak için Bira-Lambert denklemini kullanın.L, cuvette'nin içindeki optik yoldur. Kristaldeki katkı maddelerinin kütlesini hesaplamak için, konsantrasyon mililitre başına miligram ise, c kez v m eşittir denklemini kullanın. Konsantrasyon litre başına benlerde ise, c kez v uygulayan benleri hesaplayın n eşittir.Sonra katkı maddelerinin kütlesini hesaplamak için moleküler ağırlığı kullanın. Kristallerdeki katkı maddelerinin ağırlık yüzdesini hesaplayın. M katkı maddelerinin kütlesidir ve delta m s, cam parçasından kazınmış kalsiyum karbonat kristallerinin kütlesidir.SEM görüntüleri, düzgün kalsit yüzleri ile uygun bir kontrol ile adımlardan oluşan yüzlere sahip kalsit kristalleri arasındaki karşılaştırmayı gösterir. Küresel kristaller vaterite vardır. Başarılı ve başarısız kontrol deneyleri Raman spektroskopisi ile sonuçlandı ve sırasıyla kalsit ve vaterite'nin tipik spektrumlarını gösterdi.Raman değişiminin yaklaşık 1080 santimetre olarak bölünmesi vaterite'nin en belirgin özelliğidir. TapA varlığında oluşan kalsiyum karbonat kristalleri, kontrol kristallerinden farklıdır. Çoklu kalsit mikrokristallerinden oluşan karmaşık bir küresel kalsiyum karbonat montajı oluşmuştur.TapA varlığında oluşan kristallerin Raman spektrumu kalsit tayfı benzer. TapA'nın emici spektrumları ve katkı maddesi olmadan kontrol, asitteki kristallerin çözülmesinden sonra ölçüldü. TapA'nın kütle yüzdesi 1.8 artı veya eksi %0.2 olarak belirlendi Temizlik adımlarını dikkatle takip etmek ve katkı maddelerinin kalsiyum karbonat oluşumu üzerindeki etkisini test etmeden önce kontrol standartlarının karşılanmasını sağlamak çok önemlidir.Buna ek olarak, toz halindeamonyum karbonat fazlalığı kuyulardan kaldırmak önemlidir. Amonyum karbonat amonya ve karbondioksite dönüşür. Amonya solunduğunda toksiktir ve bu nedenle amonyum karbonat sadece bir duman kaputunun içinde ele alınmalıdır.Kristallerin iç morfolojisini ve yapısını değerlendirmek için, onları odaklanmış bir iyon ışını kullanarak kesebilir, iletim elektron mikroskobu ile bölümleri görüntüleyebilir ve elektron kırınım desenlerini bölümler boyunca belirli konumlardan ölçebilirsiniz. Bu teknik daha önce çeşitli moleküllerin kalsiyum karbonatın morfolojisi ve yapısı üzerindeki etkisini incelemek için kullanılmıştır. Bu yöntemi, biyofilmlerde bakteri hücreleri tarafından üretilen biyopolimerlere hazırladık.Farklı bakteriyel suşları tarafından üretilen diğer biyopolimerler ile ek çalışmalar yapmak ilginç olacaktır.

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

Mikrodalga destekli Poli işlevselleştirilmesi (etilen glikol) ve zincir polimerizasyonu ve Hidrojel formasyonunda kullanılan On-reçine Peptides

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

Kısa Peptidlerinin Self-meclisi tarafından Sıralı Biyomoleküler Yapıların Oluşumu

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

Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografi-birleştiğinde Akış Parıldama tarafından Radyoetiketleme ve Fosfoinosititler Hücresel Düzeylerinin Quantification

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

Enzimatik, kimyasal (Metilasyon) ve Fiziksel (Kütle Spektrometre, Nükleer Manyetik Rezonans) Teknikleri Kullanarak Bitki Duvar heteroksilanlar sıralanması

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

Protein Bioconjugatlar sentezi<em&gt; yoluyla</em&gt; Sistein-maleimid Kimya

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

Film Oluşumunda Hybrid Perovskit Fabrikasyon Yöntemleri, Elektronik Yapısı ve Güneş Pili Performans Etkisi

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

Sentez ve rutenyum tabanlı mitokondrial kalsiyum alımını inhibitörü değerlendirilmesi

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

Yanıt olarak lokalize kalsiyum iyon degradeler dev veziküller membran Remodeling

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 '

F− 310 Nm dekolmanı tarafından resimli anyon photoelectron görüntüleme

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

Sığır Serum albümin Gold(III) bağlama tarafından çeşitli biçimler Luminophore oluşumu

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 ...