JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioengineering

Electrospun Rekombinant Örümcek İpek Proteinlerin Nonwoven Ağlar dahil Hava Filtresi Cihazları

Published: May 08, 2013
doi:
10.3791/50492
, ,
1Biomaterials Research Group,University of Bayreuth

Summary

Örümcek ipek lifleri olağanüstü mekanik özellikler gösterir. Mühendislik<em> Araneus diadematus</em> Fibroin 4 (eADF4) elektrospinning kullanarak dokunmamış kafes içine işlenebilir. Burada, eADF4 dokunmamış kafes hava filtreleme cihazların performansını artırmak için kullanılır.

Abstract

Araneus diadematus Fibroin 4 (ADF4), rekombinant örümcek ipek proteini eADF4 doğal dizisi göre (C16) tasarlandı. Bu son derece tekrarlanan protein 48kDa arasında bir molekül ağırlığına sahip ve (heksafloroizopropanol (HFIP), formik asit ve sulu tamponlar), farklı çözücüler içinde çözünür. eADF4 (C16) gibi filmler, kapsüller, parçacıklar, hidrojeller, kaplamalar, fiberler ve dokuma olmayan kafesleri olarak morfolojileri içine işlenir, çeşitli teknik uygulamalar için yüksek bir potansiyel sağlamaktadır. Kimyasal stabilite ve kontrollü morfolojisine bağlı olarak, ikinci filtre maddeleri geliştirmek için de kullanılabilir. Bu protokol, electrospun rekombinant örümcek ipek proteinlerin dokunmamış kafes birikimi ile, farklı hava filtresi cihazların verimliliğini artırmak için bir prosedür mevcut. Düz elyaf HFIP sonuçlar içinde çözüldü eADF4 (C16) arasında elektro. Farklı elyaf çapları (80-1,100 nm) ve protein konsantrasyonu değişimi (% 5-25 w / v) sonuçdokunmamış örgü böylece gözenek boyutları.

Protein yeni gerilmiş lifler ağırlıklı bir α-sarmal ikincil yapısını gösterir çünkü HFIP ikinci eADF4 (C16) electrospun tedavi sonrası gerekli olan ve bu yüzden elyaflar suda çözünür. Etanol buharı ile muamele ipek lifleri ve kafes morfolojisi koruyarak suya dayanıklı, istikrarlı β-yaprak yapıları, oluşumu neden olur. İkincil yapı analizi Fourier transform kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve daha sonra kendi kendine-Fourier dekonvolüsyon (FSD) kullanılarak gerçekleştirildi.

Birincil amacı üstüne ipek dokunmamış katmanları ekleyerek mevcut filtre yüzeylerin filtre verimliliğini artırmak için oldu. Süresi elektro etkisi ve filtre verimliliği böylece dokunmamış tabaka kalınlığı değerlendirmek için, partikül birikimi ölçümleri ile birlikte hava geçirgenliği testleri. Deneyler standardına göre gerçekleştirilmiştirprotokolleri.

Introduction

Güç ve genişletilebilirlik bunların kombinasyonu nedeniyle, örümcek ipek lifleri diğer birçok doğal veya sentetik liflerden 1 daha fazla kinetik enerji emebilir. Ayrıca, çoğu sentetik polimer malzemeler aksine ipek malzemeler toksik olmayan ve biyolojik olarak uyumlu ve 2,3 dahil zaman hiçbir alerjik reaksiyona neden. Olası sağlık riskleri örümcek ipek kullanılarak önlenebilir. Bu özellikler tıbbi ve teknik çeşitli uygulamalar için örümcek ipek son derece cazip kılmaktadır. Örümcekler kendi yamyamlık davranışları nedeniyle çiftlik olamaz çünkü, biyoteknolojik yöntemleri hem maliyet-etkin ve yeterli miktarda 4, örümcek ipek proteinleri üretmek için geliştirilmiştir.

Rekombinant ipek proteini eADF4 (C16) Araneus diadematus Fibroinin 4 (ADF4) doğal sekansına göre tasarlandı. eADF4 (C16) 48kDa 5 arasında bir molekül ağırlığına sahip ve (hexafluorois çeşitli çözücüler içinde çözünüropropanol (HFIP) 6, 7 ve formik asit, sulu tamponlar) 8. eADF4 (C16) bu tür filmlerin 9, kapsüller 8, parçacıklar 10, hidrojeller 11, kaplamalar 7, lifler 12 ve dokuma olmayan kafesleri 6 farklı morfolojiler içine işlenebilir. Kimyasal stabilite nedeniyle, ikinci filtre uygulamalarında yüksek potansiyel sunmaktadır.

Burada, electrospun rekombinant örümcek ipek proteinleri bir dokunmamış ağ dahil olmak üzere hava filtre cihazları imal etmek bir protokol mevcut. Elektro-ya da elektrostatik eğirme tipik olarak daha önce filtre uygulamaları 14 araştırılmıştır 10 nm ila -10 um 13 ve dokunmamış bir kafes aralığında çapa sahip polimer lifleri üretmek için kullanılan bir tekniktir. Geçmişte, başarılı bir şekilde elektro-de yeniden birleştirme yoluyla üretilen 16 örümcek ipek gibi rejenere 15 işlenmesi için uygulanmıştırproteinler. Tipik olarak, yüksek elektrik voltajı (5-30 kV), bir şırınga ve 8-20 cm'lik bir mesafede yerleştirilmiş bir karşı elektrot (0-20 kV) uygulanır. Güçlü elektrostatik alan ücret çözüm içinde itici güçleri neden olur. Yüzey gerilimi aşılırsa, bir Taylor koni oluşmuş ve ince bir jet ucu 17,18 den sürer edilir. Oluşumundan sonra, bükme istikrarsızlıklar daha da çözücü buharlaşır gibi uzanan neden jet içinde meydana, ve sağlam bir lif oluşur. Son olarak, elyaf rastgele bir dokunmamış ağ 19 ile karşıt elektrot üzerine yatırılır. Çap ve yüzey topoloji (gözenekli, yumuşak) gibi lif özellikleri Konsantrasyon, viskozite, yüzey serbest enerji ve çözücü en içsel elektriksel iletkenlik ve geçirgenlik 20 gibi çözüm parametreleri ile değişiklik gösterebilir. Çözelti içindeki proteinin konsantrasyonuna bağlı olarak, 80-1,100 nm çapa sahip düzgün fiberler HFIP sonuçlar içinde çözüldü eADF4 (C16) arasında elektro.HFIP gelen eADF4 (C16) electrospun ağırlıklı olarak α-sarmal ikincil yapı gösterir ve lifler suda 6 çözünür. Ipek lifleri stabilize etmek amacıyla, β-levhası yapıları etanol ile muamele ile indüklenen olması gerekir. Daha önce belirlenmiş sonrası tedavi yöntemleri 21 aksine, bu çalışma eADF4 (C16) nonwovenlar ipek lifleri morfolojisini korumak amacıyla etanol buharı ile muamele edilmiştir. İkincil yapı analizi, literatürde tarif edildiği gibi 22 Fourier transform kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve daha sonra kendi kendine-Fourier dekonvolüsyon (FSD) kullanılarak gerçekleştirildi. FSD FTIR spektrumları çözüm Birkaç örtüşen gruplarından oluşan sağlayan bir sinyal işleme aracıdır. Böylece, ben bölgesinin ortasında geniş ve belirsiz bantları gelişmiş zirve kararları ile bir deconvoluted spektrum almak için bir yüksek geçiş filtresi kullanılarak daralmış olabilir.

Eff değerlendirmek içinipek dokunmamış kafesleri ile tamamlanır filtre substratların iciency, hava geçirgenliği test standart protokollere göre bir Akustron cihazı kullanılarak yapıldı. Biriktirme oranları Palas evrensel parçacık büyüklük kullanılarak ölçüldü.

Protocol

1. Dope Hazırlık İplik EADF4 (C16) protein liyofilize alın. Yüksek hassasiyetli bir ölçek kullanarak, 1 ml'lik bir reaksiyon kabı içinde eADF4 (C16), 20 mg tartılır. Heksafloroizopropanol (HFIP) 200 ul ekleyin ve Parafilm ile gemi mühür. Not: HFIP son derece değişken ve zararlı olduğunu. Dikkatli bir güvenlik kabini, pipet altında solunum yolu, çalışmalarında zarar ve tüp kap gibi. Vortex 1 dakika için süspansiyon ve daha fazla çözüm temizlemek için sallayın. Sağlamak için, proteinin tüm miktarı tamamen çözülür ki, aşırı gece bekleyin. 2. Elektro Yer karşı elektrot ve elektrot (-22.5 kV) ve karşı elektrot (2,5 kV) hem de önceden belirlenmiş voltaj üstünde filtre malzemesi: elektro cihazı (Şekil 1) hazırlayın. 315 ul / saat debi ayarlayın. Not: while elektrospinning, toksik HFIP buharlaşacaktır. Sizin elektro cihazı bir davlumbaz bağlı olduğundan emin olun. Ticari olarak satılan 20 G iğne alın ve 30 mm'lik uzunluğu bir el değirmeni ile keskin ucu eziyet. Bir 1 ml şırınga ve iğne bağlayın. Not: Bir uçak iğne ucu iyi tanımlanmış bir Taylor koni oluşturmak için gereklidir. Şırınga içine tüm iplik uyuşturucu (200 ul) yükleyin. Tam çözüm, eğirme işlemi sırasında çekirdek izin vermek amacıyla, havanın 100 ul ile uyuşturucu Yerleşimi. Not: iğne tıkanmasını önlemek için, iplik dop içinde hiç parçacık (kümeler veya kirleri) olduğundan emin olun. Bir davlumbaz altında çalışmak! Elektro cihazın şırınga pompası için dolu şırınga takın ve bir damlacık iğne ucunda görünene kadar dikkatle şırınga üzerine piston basın. Piston kilitleyin. Uzaklığını ayarlayıniğne ucu ve 8-20 cm karşıt elektrot arasında. Şırınga pompası başlatın ve iğne açıklıktan (genellikle kurumuş) damlacık çıkarın. Hemen elektro cihazın tüm güvenlik kurulumları etkinleştirin ve en kısa sürede yeni bir damlacık göründüğü gibi yüksek gerilim kaynağı başlar. Iplik Uyuşturucunun elektro sonra başlayacaktır. Iplik süresini kontrol etmek için bir kronometre kullanın. Not: Çözeltinin kurumasını engellemek ve böylece tıkanma iğne için, hemen kurutuldu damlacık çıkardıktan sonra eğirme işlemini başlatmak için gereklidir. Rekombinant örümcek ipek proteinlerin elektro beri nem ve sıcaklığa bağlıdır, tek tek laboratuvar koşulları doğru proses parametrelerinin bir uyum (Şekil 2) gerekli olabilir. Not: yeterli bir akış hızı sağlar (Şekil 2B) kurumasını önlemek için damlacık. Düşük bir humidi varsaty çevreleyen atmosferde, bağıl nem ayarlamak veya akış oranını yükseltmek. Uygun bir Taylor konisi oluşana kadar gerilimi alt (Şekil 2A). Ucu (Şekil 2C) de bir çözüm olduğunda, akış hızı yükseltmek ve bir damlacık oluşuncaya kadar gerilimi düşük. Sonra düzenli ve istikrarlı Taylor Koni (Şekil 2A) kurmak için gerilim ayarlayın. 30 şırınga pompası kapama anahtarı elektro sec / 60 sn / 90 sn sonra. Düşen damlalarını önlemek amacıyla, şırınga içinde kalan basınç serbest bırakmak için yüksek gerilim kaynağını kapatmadan önce 10 saniye bekleyin. Adımlar 6-8 bu karşılaştırma için poliamid, polipropilen ve poliester dokuma olmayan kafesleri, hem de siyah bir kağıt filtre malzemeleri, farklı türlerde gerçekleştirilebilir. Sonraki istikrar deneyler için bir dokunmamış örgü üretmek, filtre malzemesi yerine siyah kağıt kullanın ve 5 7 adımları uygulayın. Elektrospinning 5 dakika sonra, durdurmakişlem, adım 8'de tarif edildiği gibi. 3. İpek Nonwoven Ağlar tedavi sonrası 60 Ön ısı fırın ° C EADF4 (C16) dokunmamış kafesleri dikey ve bir kilitlenebilir cam kap içinde 2 cm bir mesafe ile filtre yüzeylerde yerleştirin. Kap daha sonra bir etanol ve su tanıtmak için kullanılacak iki açıklığa sahip olmalıdır. Not: filtre malzemeleri sabitlerken, geçirgenlik deneyleri için gerekli olan alan kelepçeleri zarar olmadığından emin olun. Tedavi sonrası kabın iç taban (Şekil 3) işaret silikon tüp ile iki adet 60 ml şırınga, etanol ile doldurulmuş bir su ile doldurulmuş bir bağlayın. Not: Uygulamadan sonra kabından sıvıyı edebilmek için, mümkün olduğunca yakın alt boru açıklıklar yerleştirin. Ov tedavi sonrası kap yerleştirintr ve şırınga ekstrüzyon ile 60 ml etanol ilave edin. Tedavi süresini kontrol etmek için bir kronometre kullanın. Etanol buhar tedavi 90 dakika sonra, cam şırınga ile ethanol çıkartılmış ve ikinci şırınga ile 60 ml su ilave edin. Başka bir 90 dakika bekleyin, daha sonra su çıkarmak ve fırın kapatın. Tamamen soğuyana kadar yoğunlaştırılmasıyla damlalarını önlemek amacıyla, fırın içinde bırakılabilir. 4. Örümcek İpek Nonwoven Ağlar Analizi Siyah kağıt veya diğer çıkarılabilir destek stabilite testleri için ipek dokuma kafes hazırlayın. Karton dışında iki kare kesin ve çift yapışkan yapışkan bant ayarlayın. Ipek dokuma örgü üzerine bir kare siyah kağıt üzerinde biriken basın ve ipek lifleri (SEM-görüntüleme sonraki için aşırı lifleri tutmak) en fazla kesmek için bir neşter kullanın. Dikkatlice kağıttan dokunmamış ayırmak amacıyla çerçeve çıkarın. Ikinci çerçeve ile bu adımı yineleyin(Şekil 4). Pratik daldırma testi: Her bir parça (1 cm 2), sonrası tedavi ve arıtılmamış ipek dokuma örgü kesin ve deiyonize suya daldırma. Tedavi dokunmamış örgü (Şekil 5) istikrarlı olacak ise arıtılmamış ipek dokuma örgü hemen eriyecektir. Daldırma sonra, daldırma örnek kuru ve SEM görüntüleme için hazırlayın. Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopi (FTIR)-ölçüm ve sonraki Fourier kendini deconvolution (FSD): dokunmamış kafes tedavi sonrası üzerine ipek proteinleri yapısal değişiklikler hakkında bilgi elde etmek için, FTIR parametreler kullanılarak uygulanabilir: Geçirgenlik 800 4000 cm -1 mod, tarama, 60 birikimleri ölçülen ve her spektrum için ortalaması alınır, bir referans spektrumu başına ölçülür. Verilerin kantitatif analizi için, FS (Şekil 6 ve Şekil 7) kullanılabilir. Böylece, eğrileri verileri ar indirgenir1.590 ve 1.705 cm-1 ve bir temel düzeltme arasında adet gerçekleştirilir. Yerel bir en küçük kareler uygun 22 (1611, 1619, 1624, 1630 1640, 1650, 1659, 1666, 1680, 1691, 1.698 cm -1) önceki çalışmalarda alınan pik pozisyonlarına göre hesaplanır. SEM görüntü: SEM elyaf çapları ve farklı filtre yüzeylerde ipek lifleri morfolojisini araştırmak ve lif morfolojisi (Şekil 8) tedavi sonrası etkisini analiz etmek için uygulanabilir. Yeterince ayrıntılı görüntüler elde etmek için 25.000 x 5.000 x büyütme kullanın. 5. Hava geçirgenliği Bir Akustron hava geçirgenliği cihazın ölçüm alanda filtre malzemesinin doğru boyda parçası yerleştirin. Not :: Eğer hava geçirgenliği cihazın başka tür kullanırsanız, DIN gereklerine 53 887, DIN 53 120, ISO yerine getirir emin olun 9237 ve ASTM D 737-96 standartları. Bir Akustron hava geçirgenliği cihazı (veya başka gibi 5.1 tasvir) kullanır. Gerekli normlu veri hesaplarsanız [l / (m 2 x sn)]. Sizin örnek farklı parçaları ile 1. ve 2. adımları en az 10 kez tekrarlayın ve aritmetik orta (Şekil 9) hesaplar. Not: Ölçme hava geçirgenliği cihazın temas ve dokunmamış örgü gerektirir. Böylece, örneklerin dikkatli bir işleme hassas ipek dokunmamış örgü rüptürü önlemek için şarttır. 6. Filtre Etkinliğinin Belirlenmesi Basınç kontrolü ve böyle bir evrensel parçacık büyüklük (Palas GmbH, Karlsruhe, Alm) olarak partikül sayacı ile uygun bir makine kullanın. Cihaz ve ölçü partikül tutma (Şekil 10), filtrenin örnekleri yerleştirin. Aerosol: Di-etil-hekzil-sebacat (DEHS); partikül boyutları: 0,3-3 mikron; süresi: 30 sn; sıvı hızı: 2.350 cm / sn; hava akışı: 3.400 m 3 / saat. <br/> Not: Dikkatli örnek tutun ve dokunmamış örgü yıkımı önlemek ve herhangi bir kirliliği önlemek için yüzeyine dokunmayın. Performans ölçümleri için eşit kalitede yeterli örnekleri oluşturmak emin olun.

Representative Results

% 10 konsantrasyon ile rekombinant örümcek ipek çözümler elektro HFIP ikinci ağ / hac dokunmamış kafesleri oluşumuna izin veren, 80 ila 120 nm arasında değişen çapa sahip düzgün fiberler ile sonuçlanmıştır. Etanol buharı ile tedavi sonrası ipek dokunmamış tedavi sonrası uygun bir şekilde (Şekil 8) olarak kurulan, bu nedenle, oldu göze çarpan morfolojik değişiklikler, yol vermedi. Yapısal değişiklikler FT-IR ve grupları tek katkı zirveleri (Şekil 6) analiz uygulandı arasında daha sonraki FSD ile tespit edildi. Bu α-sarmal und gelişigüzel kıvrımlı yapı içeriğinin (Şekil 7) azalır tedavi sonrası, β-levhası yapıları bir artışa yol açtığını göstermiştir edilebilir. Bu sonuç hemen hemen su (Şekil 5) içine dokuma olmayan bir işlem sonrası daldırma ile ispat edilebilir. Hatta bir hafta sonra, dokunmamış örgü yıkımı ortaya çıkar. Iplik durasyon electrospun liflerin artan yoğunluğuna göre basınç düşüşü nedeniyle filtre malzemeleri ipek nonwoven uygulanması ile ilgili en önemli parametredir. Böylece uzun iplik süreleri und hava geçirgenliği üstel azalma elyaf katmanları sonucu daha yüksek bir sayı. Bu etki, tedavi sonrası önce ve sonra, farklı filtre substrat malzeme (Şekil 9) için tespit edilebilir. Benzer şekilde, alt-mikrometre partiküllerinin artar ipek ihtiva eden filtre maddeleri (Şekil 10) filtreleme verimliliği. Kısa iplik süreleri (30 sn) düşük filtre verimliliği, daha yüksek iplik süreleri (90 sn) daha yüksek verim yol elde ederken. Şekil 1. Yüksek elektrik gerilim (0-30 kV) i s ipek çözeltisi ile doldurulmuş bir şırınga uygulanır ve bir karşı elektrod (0-20 kV) 8-20 cm'lik bir mesafede yerleştirilir. Bu kurulum ücret çözüm içinde itici güçleri uyararak, güçlü bir elektrostatik alan yol açar. Yüzey gerilimi aşılırsa, bir Taylor konisi oluşur ve ince bir püskürtme ucundan sürer edilir. Oluşumundan sonra, bükme istikrarsızlıklar daha da çözücü buharlaşır gibi uzanan neden jet içinde meydana, ve sağlam bir lif oluşur. Son olarak, elyaf rastgele bir dokumasız örgü şeklinde karşıt elektrot üzerine yatırılır. Düzenli Taylor koni (A), bir kuru damlacık (B) ve damlacık (C) olmadan kurulum Şekil 2.. Fotoğrafları. iles/ftp_upload/50492/50492fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50492/50492fig3.jpg "/> Buhar sonrası tedavi sırasında Şekil 3. Şematik prosedürü. İlk adım olarak, bölme etanol ile doldurulur, ve numune 90 dakika boyunca 60 ° C de buhara tutulmuştur. Sonraki kullanım için dokunmamış kafesleri yumuşatmak için, 60 90 dakika boyunca etanol kaldırılır ve lifler su buharı ile buharda ° C büyük rakam görmek için buraya tıklayın . Şekil 4,. Tedavi sonrası için kullanılmak üzere ipek bağlı dokunmamış bir kafes olan bir karton çerçeve Fotoğraf. Şekil 5,. ElectrospBM ve daha sonra art işlemden kuru durumda, (A) ve sudan (B) kapsamında dokunmamış. Şekil 6,. Bir amid (A) ve tedavi edilmemiş bir işlem sonrası (B), örümcek ipek dokumasız örgü arasında bandın Fourier kendini deconvoluted absorbans spektrumu. Düz çizgi dekonvolüsyon sonra elde olarak tek bir katkı zirveleri (noktalı çizgi) kaynaklanan emme bandı gösterir. İlgili eğrileri atama literatürde 22 daha önce yayınlanmış değerlere dayanmaktadır. büyük rakam görmek için buraya tıklayın . <img alt="Şekil 7" fo:conten t-width = "5in" fo: src = src = "/ files/ftp_upload/50492/50492fig7.jpg" / "/ files/ftp_upload/50492/50492fig7highres.jpg"> Şekil 7. Olmayan tedavi ve eADF4 (C16) sonrası tedavi edilen dokunmamış kafes İkincil yapısı içeriği. . Electrospun eADF4 Şekil 8 SEM görüntüleri (C16)-lifleri farklı filtre yüzeylerde: Polyamid (PA), önce (S1) ve sonrası Polyester (PE), Polipropilen (PP) ve saf eADF4 (C16) lifleri (S2) post- etanol buharı ile tedavi. büyük rakam görmek için buraya tıklayın . / Ftp_upload/50492/50492fig9.jpg "/> Şekil 9,. Hava permeabilite testleri, daha önce (A) ve tedavi sonrası (B) sonra, etanol buharı ile ipek dokunmamış kafesleri, artan eğirme kez daha sonra, hava geçirgenlik düşürücü fazla dokumasız tabakalara yol açar. Şekil 10. Etanol ile tedavi sonrası sonra, ipek tabaka miktarı etkileyen farklı iplik süresinde poliamid filtre malzemeleri üzerinde electrospun örümcek ipek dokunmamış kafesleri, üzerinde di-etil-hekzil-sebacat aerosol Filtre verimi.

Discussion

Yeni filtre cihazları sabit veya daha yüksek filtre verim hava filtrasyon genel enerji tüketimini azaltarak izin vermelidir. Burada, bu tür cihazların örümcek ipek dokuma olmayan kullanılarak oluşturulmuştur. Düşük yüzey gerilimi ve yüksek uçuculuğu nedeniyle, HFIP elektro işlemi için, uygun bir çözücü olarak seçilmiştir. Ayrıca, sulu ipek çözüm önceki deneylerde test edilmiş, ancak hiçbir lif elde edilebilir. Burada, bu yüzey gerilimi azaltmak ve böylece, çözelti eğirme özelliklerini geliştirmek amacıyla katkı maddeleri kullanmak için önemli olacaktır. En kritik adım yüksekliği, gerilim ve ekstrüzyon hızı iplik, koşulları ve kullanılan malzeme konsantrasyonu ve eğirme çözeltisinin çözücü ayarlamaktır. Performans sırasında, ucu tıkanma örneğin su buharı şeklinde nem ile iğne ucu sağlayarak önlenebilir, ancak elektro kurulumunda eklemeler her türlü sonradan rahatsız olabilirhassas süreci ve elektrik alanı. Temel proses parametreleri (konsantrasyon, gerilim, mesafe, nem) ayrı ayrı deney serisi (veriler gösterilmemiştir) üzerinden taşıma belirlenmiştir. Dikkate tüm parametreleri alarak bir sürekli Taylor koni ve düzgün lifleri oluşturmak için iplik süreci dikkat çekmek için çok önemlidir.

Filtre verimli filtre malzemelerinin en önemli parametrelerden biridir. Bu parametre, özellikle filtre malzemesinin yapısı tarafından etkilenir. Dokuma düzgün gözenek boyutları ve daha sonra tutarlı hava geçirgenliği devralır. Bu gözenekleri doldurmak için ve sıfır hata filtre oluşturmak için bu şablonu malzemelerin homojen dokunmamış kafesleri oluşturmak için çok önemlidir. Bizim filtrelerinde filtre etkinliğini dokunmamış örgü tabakalarının sayısı, bu nedenle, eğirme süresi (ipek proteinleri) üzerinde doğrudan bağımlılık gösterir ve. Tek lifler arasındaki boşluklar, sürekli olarak tutma o sağlayan doldurulurf küçük parçacıklar.

Bu çalışmada biz yüksek filtre verimlilik gösteren, örümcek ipek dokunmamış kafesleri ile yeni bir filtre malzemesi üretmek için bir yöntem tanıttı. Bu nedenle, bu filtreler hava filtrasyon sistemlerinde gelecekteki kullanım için umut verici adaylardır.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Biz minnetle Anja Lauterbach (Lehrstuhl BIOMATERIALIEN), Lorenz Summa (Sandler AG) ve Armin Boeck (B / S / H / G) teknik ve bilimsel destek kabul. SEM-görüntüleme Johannes Diehl (Lehrstuhl BIOMATERIALIEN) ile gerçekleştirildi. Fonlama BMBF (01RB0710) elde edildi.

References

  1. Gosline, J. M., Guerette, P. A., Ortlepp, C. S., Savage, K. N. The mechanical design of spider silks: From fibroin sequence to mechanical function. J. Exp. Biol. 202, 3295-3303 (1999).
  2. Vollrath, F., Basedow, A. B. P., Engström, W., List, H. Local tolerance to spider silks and protein polymers in vivo. In Vivo. 16, 229-234 (2002).
  3. Allmeling, C., et al. Spider silk fibres in artificial nerve constructs promote peripheral nerve regeneration. Cell Prolif. 41, 408-420 (2008).
  4. Huemmerich, D., Helsen, C. W., et al. Primary structure elements of spider dragline silks and their contribution to protein solubility. Biochemistry. 43, 13604-13612 (2004).
  5. Huemmerich, D., Slotta, U., Scheibel, T. Processing and modification of films made from recombinant spider silk proteins. Appl. Phys. a-Mater. 82, 219-222 (2006).
  6. Leal-Egana, A., Lang, G., et al. Interactions of Fibroblasts with Different Morphologies Made of an Engineered Spider Silk Protein. Adv. Eng. Mater. 14, 67-75 (2012).
  7. Wohlrab, S., Spiess, K., Scheibel, T. Varying surface hydrophobicities of coatings made of recombinant spider silk proteins. J. Mater. Chem. 22, 22050-22054 (2012).
  8. Hermanson, K. D., Huemmerich, D., Scheibel, T., Bausch, A. R. Engineered microcapsules fabricated from reconstituted spider silk. Adv. Mater. 19, 1810-1815 (2007).
  9. Spiess, K., Wohlrab, S., Scheibel, T. Structural characterization and functionalization of engineered spider silk films. Soft Matter. 6, 4168-4174 (2010).
  10. Slotta, U. K., Rammensee, S., Gorb, S., Scheibel, T. An engineered spider silk protein forms microspheres. Angew. Chem.-Int. Edit. 47, 4592-4594 (2008).
  11. Schacht, K., Scheibel, T. Controlled hydrogel formation of a recombinant spider silk protein. Biomacromolecules. 12, 2488-2495 (2011).
  12. Exler, J. H., Hummerich, D., Scheibel, T. The amphiphilic properties of spider silks are important for spinning. Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 3559-3562 (2007).
  13. Sundaray, B., Subramanian, V., et al. Electrospinning of continuous aligned polymer fibers. Appl. Phys. Lett. 84, 1222 (2004).
  14. Van Hulle, S. W. H., Bjorge, D., et al. Performance assessment of electrospun nanofibers for filter applications. Desalination. 249, 942-948 (2009).
  15. Zhou, S. B., Peng, H. S., et al. Preparation and characterization of a novel electrospun spider silk fibroin/poly(D,L-lactide) composite fiber. J. Phys. Chem. B. 112, 11209-11216 (2008).
  16. Stephens, J. S., Fahnestock, S. R., et al. Effects of electrospinning and solution casting protocols on the secondary structure of a genetically engineered dragline spider silk analogue investigated via fourier transform Raman spectroscopy. Biomacromolecules. 6, 1405-1413 (2005).
  17. Greiner, A., Wendorff, J. H. Electrospinning: a fascinating method for the preparation of ultrathin fibers. Angew. Chem.-Int. Edit. 46, 5670-5703 (2007).
  18. Smit, E., Buttner, U., Sanderson, R. D. Continuous yarns from electrospun fibers. Polymer. 46, 2419-2442 (2005).
  19. Teo, W. E., Ramakrishna, S. A review on electrospinning design and nanofibre assemblies. Nanotechnology. 17, 89-106 (2006).
  20. Greiner, A., Wendorff, J. H., Yarin, A. L., Zussman, E. Biohybrid nanosystems with polymer nanofibers and nanotubes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 71, 387-393 (2006).
  21. Spiess, K., Lammel, A., Scheibel, T. Recombinant spider silk proteins for applications in biomaterials. Macromolecular Biosciences. 10, 998-1007 (2010).
  22. Hu, X., Kaplan, D., Cebe, P. Determining beta-sheet crystallinity in fibrous proteins by thermal analysis and infrared- spectroscopy. Macromolecules. 39, 6161-6170 (2006).

Tags

Spider Silk ProteinEADF4(C16)ElectrospinningNonwoven MeshAir FilterFilter EfficiencyFTIRBeta-sheetAlpha-helixHFIPFormic AcidHydrophobicityParticle Deposition

Play Video
PDF
DOI
Cite This Article
Lang, G., Jokisch, S., Scheibel, T. Air Filter Devices Including Nonwoven Meshes of Electrospun Recombinant Spider Silk Proteins. J. Vis. Exp. (75), e50492, doi:10.3791/50492 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image