거미 실크 섬유는 특별한 기계적 특성을 표시합니다. 설계<em> Araneus diadematus</em> 피브로인 4 (eADF4)는 전기 방사를 사용하여 부직포 메쉬로 처리 할 수 있습니다. 여기 eADF4 부직포 메쉬는 공기 여과 장치의 성능을 향상하는 데 사용됩니다.
Araneus diadematus 피브로인 4 (ADF4), 재조합 거미 실크 단백질 eADF4의 자연 순서에 따라 (C16) 설계되었습니다. 이 고도의 반복적 인 단백질은 48kDa의 분자량을 가지고 있으며 (hexafluoroisopropanol (HFIP), 포름산 및 수성 버퍼) 다른 용매에 용해됩니다. eADF4 (C16)은 같은 영화, 캡슐, 입자, 하이드로 젤, 코팅, 섬유 및 부직포의 메쉬로 형태소로 처리 다양한 기술 응용 프로그램에 대한 높은 가능성을 제공합니다. 화학적 안정성과 통제 형태에 의해, 후자는 필터 재료를 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 이 프로토콜에서는, 우리는 전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬의 증착, 다른 공기 정화 장치의 효율을 향상시킬 수있는 절차를 제시한다. 부드러운 섬유에 HFIP 결과에 용해 eADF4 (C16)의 전기 방사. 다른 섬유 직경 (80-1,100 NM)과 단백질 농도의 변화 (5~25% W / V)의 결과부직포 메쉬 따라서 기공 크기.
단백질 갓 회전 섬유에 주로 α-나선 차 구조를 표시하므로 HFIP에서 eADF4 (C16) 전기 방사의 후 처리가 필요하며, 따라서 섬유는 수용성이다. 에탄올 증기와 이후의 치료는 실크 섬유 및 메쉬의 형태를 유지 방수, 안정 β-시트 구조의 형성을 유도합니다. 이차 구조 분석은 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR)과 이후 푸리에 자기 디컨 볼 루션 (FSD)를 사용하여 수행 하였다.
기본 목표는 정상에 실크 부직포 층을 추가하여 기존 필터 기판의 필터 효율을 향상시킬 수 있었다. 기간을 전기 방사의 영향 및 필터 효율에 따라서 부직포 층의 두께를 평가하기 위해, 우리는 입자 증착 측정과 함께 공기 침투성 시험을 수행 하였다. 실험은 표준에 따라 수행되었다프로토콜을 지원합니다.
강도와 확장의 그들의 조합으로 인해, 거미 실크 섬유는 대부분의 다른 천연 또는 합성 섬유 1보다 더 많은 운동 에너지를 흡수 할 수있다. 또한, 대부분의 합성 고분자 물질과는 달리 실크 소재는 독성 및 생체 적합성이며, 2,3를 통합하는 경우에는 알레르기 반응을 일으킬 수 없다. 상상 속 건강 위험은 거미 실크를 사용하여 방지 할 수 있습니다. 이러한 기능은 의료 및 기술 응용 프로그램의 다양한 거미 실크는 매우 매력적. 거미가 자신의 야만적 행위로 인해 양식이 될 수 없기 때문에, 생명 공학 방법은 모두 비용 효율적이고 충분한 양 4, 거미 실크 단백질을 생산하기 위해 개발되었습니다.
재조합 실크 단백질 eADF4 (C16)는 Araneus diadematus 피브로인 4 (ADF4)의 자연 순서에 따라 설계되었습니다. eADF4 (C16)는 48kDa 5의 분자량을 가지고 있으며 (hexafluorois 다양한 용매에 용해opropanol (HFIP) 6, 포름산 7 수성 버퍼) 8. eADF4 (C16)은 같은 영화 9, 캡슐 8, 입자 10, 하이드로 겔 11, 코팅 7, 섬유 12 부직포 메쉬 6와 같은 다른 형태소로 처리 할 수 있습니다. 화학적 안정성으로 인해, 후자는 필터 응용 프로그램에서 높은 잠재력을 제공합니다.
여기, 우리는 전기 방사 재조합 거미 실크 단백질의 부직포 메쉬를 포함하여 공기 필터 장치를 조작하는 프로토콜을 제시한다. 전기 방사 또는 정전기 방사는 일반적으로 이미 필터 응용 프로그램을 14로 조사 된 10 나노 -10 μm의 13 일 및 부직포 메쉬의 범위의 직경을 가진 고분자 섬유를 생산 고용하는 기술입니다. 과거에는 전기 방사가 성공적으로뿐만 아니라 재조합 생산 16 거미 실크로 재생 15 처리를 위해 적용되었습니다단백질. 일반적으로 높은 전기 전압 (5-30 kV의)는 주사기와 8~20센티미터의 거리에 배치 상대 전극 (0-20 kV의)에 적용됩니다. 강한 정전기 필드는 충전 솔루션 내에서 반발력을 유도합니다. 표면 장력을 초과하면, 테일러 콘을 형성하고, 얇은 제트 팁 17,18에서 폭발합니다. 형성 한 후, 굽힘 불안정성은 더욱 용매 증발 스트레칭 일으키는 제트에서 발생하고 단단한 섬유 형성된다. 마지막으로, 섬유는 무작위 부직포 메쉬 19로 상대 전극에 입금됩니다. 직경 표면 토폴로지 (다공성, 부드러운)와 같은 섬유 속성은 농도, 점도, 표면 자유 에너지와 용매의 고유 전기 전도도와 투과도 20 개의 솔루션 매개 변수에 주로 의존한다. 솔루션의 단백질 농도에 따라 80-1,100 nm의에서 직경 부드러운 섬유에 HFIP 결과에 용해 eADF4 (C16)의 전기 방사.HFIP에서 eADF4 (C16) 전기 방사는 주로 α-나선 차 구조를 표시하고 섬유는 물에 6 수용성이다. 실크 섬유를 안정화하기 위해, β-시트 구조는 에탄올 후속 처리에 의해 유도해야합니다. 이전에 설정된 후 처리 방법 21 대조적으로, 본 연구 eADF4 (C16) 부직포에 실크 섬유의 형태를 유지하기 위해 에탄올 증기로 처리하고 있습니다. 이차 구조 분석은 문헌 22에 설명 된대로 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR)과 이후 푸리에 자기 디컨 볼 루션 (FSD)를 사용하여 수행 하였다. FSD는 FTIR 스펙트럼의 해상도가 몇 가지 중복 대역으로 구성 할 수있는 신호 처리 도구입니다. 따라서, I 지역 가운데 넓은의 불명료 한 밴드는 향상된 최대 해상도 deconvoluted 스펙트럼을받을 수 하이 패스 필터를 사용하여 축소 할 수 있습니다.
EFF을 평가하기 위하여실크 부직포 메쉬를 보완 필터 기판의 iciency는 공기 투과성 시험은 표준 프로토콜에 따라 Akustron 장치를 사용하여 수행 하였다. 증착 속도는 팔라스 보편적 인 입자 선별기를 사용하여 측정 하였다.
새 필터 장치는 일정 이상의 필터 효율의 공기 여과의 전반적인 에너지 소비를 절감 할 수 있어야합니다. 여기에, 이러한 장치는 거미줄로 만든 부직포를 사용하여 만들어졌습니다. 낮은 표면 장력과 높은 변동성으로 인해, HFIP는 전기 방사에 적합한 용매로 선정되었습니다. 또한, 수성 실크 솔루션은 이전의 실험에서 테스트되었습니다, 그러나 섬유가 생성 될 수 있습니다. 여기에, 그것은 표면 장력을 낮추고함으로써 솔루션의 회전 특성을 개선하기 위해 첨가제를 사용하는 것이 중요 할 것이다. 가장 중요한 단계는 높이, 전압, 압출 속도를 회전시키는 조건과 사용되는 재료의 농도와 방사 용액의 용매를 조정하는 것입니다. 연주 중에, 팁의 막힘 예를 들어 수증기 형태의 습기로 바늘 끝을 제공하여 방지 할 수 있지만, 전기 방사 설정에서 추가의 어떤 종류 연속적으로 방해 할 수민감한 프로세스와 전기장. 중요한 공정 변수 (농도, 전압, 거리, 습도) 개별적으로 별도의 실험 시리즈 (데이터가 표시되지 않음)을 수행하고 측정 하였다. 고려 사항으로 모든 매개 변수를 복용하면이 연속 테일러 콘 균일 한 섬유를 만드는 회전하는 프로세스를 돌봐 매우 중요합니다.
필터 효율은 필터 재료의 가장 중요한 변수 중 하나입니다. 이 매개 변수는 주로 필터 재료의 구조에 의해 영향을 받는다. 부직포는 균일 한 기공 크기 및 이후 일관 공기 침투성을 상속합니다. 그것은 모공을 채울하고 무결점 필터를 생성하기 위해 이러한 템플릿 자료에 균일 한 부직포 메쉬를 생성 할 중요하다. 우리의 필터에서 필터 효율은 부직포 메쉬 층의 수에 따라서, 회전 기간 (실크 단백질)에 직접적인 의존성을 표시합니다. 단일 섬유 사이의 간격이 지속적으로 유지 (을)를 가능하게 채워F 작은 입자.
이 작품에서 우리는 높은 필터 효율을 보여주는 거미 실크 짠것이 아닌 메시를 가진 새로운 필터 재료를 생산하는 방법을 소개했다. 따라서 이러한 필터는 공기 여과 시스템의 미래 사용을위한 유망한 후보입니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 기꺼이 안자 라우터 바흐 (Lehrstuhl Biomaterialien), 로렌츠 SUMMA (샌들러 AG)와 민 Boeck의 (B / S / H / G)의 기술 및 과학 지원을 인정합니다. SEM 이미징은 요하네스 디엘 (Lehrstuhl Biomaterialien)에 의해 수행되었다. 자금 BMBF (01RB0710)에서 파생되었다.