Sūkalu proteīna šķiedru mijiedarbība ar oglekļa nanocaurulēm vai oglekļa nanosīpoliem 1. daļa

Kopsavilkums: Sūkalu proteīna izolāta (WPI) fibrillas tika sagatavotas, izmantojot skābes hidrolīzes indukcijas procesu.

Tā kā cilvēki arvien vairāk pievērš uzmanību veselīgam dzīvesveidam, atmiņa pamazām ir kļuvusi par karstu raižu tēmu. Šķiedra ir pārtikas sastāvdaļa, ko daudzi cilvēki parasti ignorē. Tas ir arī cieši saistīts ar cilvēka veselību.

Šķiedra ir nesagremojama augu celuloze, kas var stimulēt zarnu peristaltiku, veicināt defekāciju, absorbēt un samazināt asins lipīdus, cukura līmeni asinīs un holesterīnu cilvēka organismā, kā arī samazināt aptaukošanās un sirds un asinsvadu slimību rašanos. Turklāt fibrila var arī regulēt zarnu mikroekoloģijas līdzsvaru, veicināt barības vielu uzsūkšanos un uzlabot imunitāti.

Tajā pašā laikā arvien vairāk pētījumu liecina, ka fibrils ir arī cieši saistīts ar atmiņu. Šķiedrvielu patēriņš var veicināt zarnu veselību, uzlabot cilvēka vielmaiņas funkciju un uzlabot organisma imunitāti. Tie ir cieši saistīti ar cilvēka nervu sistēmu, un nervu sistēmas veselība ir viens no svarīgiem cilvēka veselības stūrakmeņiem.

Turklāt tādas uzturvielas kā B vitamīns, E vitamīns un cinks, kas bagāts ar šķiedrvielām, var arī veicināt normālu nervu sistēmas attīstību un darbību, uzlabot cilvēka izziņas un mācīšanās spējas, kā arī uzlabot atmiņu.

Rezumējot, fibrils, veicinot fizisko veselību, var arī uzlabot cilvēka atmiņu un intelektu. Lai saglabātu labu veselību un veicinātu nervu sistēmas veselīgu attīstību, mums ir jāveido labi ēšanas paradumi un attiecīgi jāpalielina tādu pārtikas produktu patēriņš, kas satur jēlšķiedras, piemēram, auzas, saldie kartupeļi un zaļie lapu dārzeņi. Atmiņa palīdz mums ātri mācīties un sasniegt augstāku dzīves kvalitāti, tāpēc mums jābūt pozitīvi noskaņotiem. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche var ievērojami uzlabot atmiņu, jo tā var arī regulēt neirotransmiteru līdzsvaru, piemēram, palielināt acetilholīna līmeni un augšanas faktorus, kas ir ļoti svarīgi atmiņai un mācībām. Turklāt Cistanche var arī uzlabot asins plūsmu un veicināt skābekļa piegādi, kas var nodrošināt, ka smadzenes saņem pietiekamu uzturu un enerģiju, tādējādi uzlabojot smadzeņu vitalitāti un izturību.

Noklikšķiniet uz zināt bagātinātājiem, lai uzlabotu atmiņu

Oglekļa nanocaurules (CNT) un oglekļa nanosīpoli (CNO) tika izgatavoti, izmantojot metāna katalītiski ķīmisko tvaiku pārklāšanu (CVD). WPI fibrila-CNT un WPI fibrila--CNO tika sagatavoti, izmantojot hidrotermisko sintēzi 80 ◦C temperatūrā.

Kompozītus raksturoja ar SEM, TEM, FTIR, XRD, Ramana un TG analīzēm. Tika pētīta mijiedarbība starp WPI fibrilām CNT un CNO. WPI fibrillas ar CNT un CNO veidoja vienotus gēlus un plēves. CNT un CNO gēlos bija ļoti izkliedēti. WPI fibrilu hidrogēli ar CNT (vai CNO) varētu būt jauni materiāli, ko izmanto medicīnā vai citās jomās.

CNT un CNO saīsināja WPI fibrillas, kurām varētu būt nozīmīga pētniecības vērtība fibrozes slimību, piemēram, Parkinsona un Alcheimera slimību, ārstēšanā. FTIR atklāja, ka gan CNT, gan CNO bija mijiedarbība ar WPI fibrilām.

XRDanalīze liecināja, ka lielākā daļa CNT bija iesaiņoti WPI fibrilās, bet CNO bija daļēji iesaiņoti. Tas palīdzēja palielināt CNT un CNO bioloģisko saderību un samazināt citotoksicitāti. HR-TEM un Ramana spektroskopijas pētījumi parādīja, ka CNT grafitizācijas līmenis ir augstāks nekā CNO.

Pēc hibridizācijas ar WPI fibrilām CNT tika izveidoti vairāk defektu, bet daži sākotnējie defekti tika noraidīti CNO. TG rezultāti norādīja, ka tika izveidota jauna WPIfibril-CNT vai CNO fāze.

Atslēgvārdi: sūkalu proteīna šķiedras; oglekļa nanocaurules; oglekļa nanosīpoli; kompozītmateriāli; mijiedarbība.

1. Ievads

Sūkalu proteīns ir izplatīts un viegli iegūstams no liellopu piena. Sūkalu proteīna izolāta (WPI) fibrilu sagatavošanai bija praktiska nozīme. Mūsdienās uz sūkalu komponentiem balstītas pašmontējamās damiloīdās fibrillas ir svarīgs pētniecības lauks [1–3].

Parasti amiloido fibrilus iegūst no asociācijas ar amiloidozi. Piemēram, isletamiloīda peptīds ir saistīts ar diabētu, un -amiloīda proteīns ir saistīts ar Alcheimera slimību [4].

Proteīna fibrilus var sintezēt arī in vitro. Turklāt laktoglobulīns (-lg) var pats savākt fibrilārus proteīnus [5, 6]. -lg ir lodveida proteīns, kura molekulmasa ir 18 400 g · mol-1 un rādiuss ir aptuveni 2 nm [7].

Tas var izraisīt fibrilu veidošanos ilgstoši karsējot (6–24 stundas) 80 ◦C temperatūrā, un tam ir pH 2 un zema jonu izturība [8]. Fibrilu vidējais garums ir 1–8 µm, ar diametru aptuveni 4 nm [9].

Olbaltumvielu saturošo materiālu šajās fibrilās satur kopā starpmolekulārās loksnes [10]. Fibrilu veidošanās laikā tiek palielināts -lokšņu daudzums. Oglekļa nanocaurules (CNT) ir dobas caurules, kas izgatavotas no daudzslāņu grafīta loksnēm, kas rotē un lokās ap vienu un to pašu asi. noteiktā leņķī [11].

To diametrs ir no 0,4 (SWCNT) līdz 100 nm (MWCNTs); to garums var sasniegt vairākus mikronus; un tiem ir izcilas mehāniskās īpašības, ķīmiskā stabilitāte un liels īpatnējais virsmas laukums [12]. Oglekļa nanocaurules bieži izmanto kā pildmateriālus, lai sagatavotu nanokompozītu, lai uzlabotu matricas materiālu mehāniskās īpašības.

Arī oglekļa nanocauruļu bioloģiskie pielietojumi ir plaši pētīti, piemēram, biosensoros, zāļu un vakcīnu ievadīšanā, audu inženierijā [13] un jaunos biomateriālos [14]. Tomēr senatnīgajiem CNT ir slikta šķīdība un iespējama citotoksicitāte [15]. Piesaistītas biomakromolekulas, piemēram, olbaltumvielas, DNS un RNS, var veicināt CNT izkliedi [16].

Fiziskā mijiedarbība ar biomakromolekulām var mainīt to bioloģisko aktivitāti in vivo [17]. Pēc funkcionalizācijas un modifikācijas CNT var ielādēt dažāda veida zāles mērķtiecīgiem nolūkiem [18]. Uz bioloģiski saderīgas CNT bāzes sistēmas var ielādēt vairākus terapeitiskus, mērķtiecīgus un zondēšanas līdzekļus vēža terapijai.

Ir pierādīts, ka funkcionalizēti CNT var šķērsot plazmas membrānu, izmantojot dažādus mehānismus, jo īpaši endocitozi [19–21]. Oglekļa nanosīpoli (CNO) satur vairākus koncentriskus fullerēnu apvalkus.

Struktūras būrī būrī rada dažas unikālas fizikāli ķīmiskās īpašības. Atšķirībā no citiem oglekļa allotropiem [22, 23], CNO ir vienlīdz svarīgi kā CNT un fullerēni, kas ir ideāli piemēroti zāļu ievadīšanai, jo spēj stundām ilgi palikt sistēmiskā cirkulācijā, palielinot to iespējas piekļūt mērķa vietai [24–28].

Audu inženierijā modificētām CNO sastatnēm ir audu reģenerācijas spēja [28]. Tāli sarkani fluorescējoši CNO ir izstrādāti šūnu attēlveidošanas nolūkiem [29].

Neraugoties uz šo milzīgo potenciālu, šķiet, ka šīs jaunās nanosistēmas loma biomedicīnas jomā ir tikusi ignorēta daudzus gadus. Proteīna fibrilu un oglekļa nanomateriālu sistēmu pētījumiem būs liela nozīme cilvēku slimību ārstēšanā, karbonnanomateriālu citotoksicitātes samazināšanā un jaunu tehnoloģiju izstrādē.

Amiloīda fibrilu veidošanās in vivo var izraisīt dažādas slimības, piemēram, Alcheimera un Parkinsona neirodeģeneratīvas slimības. Pētnieki meklē vielas, kas var inhibēt amiloido fibrozi vai iznīcināt amiloīda fibrillas [30,31]. 1. tabulā ir apkopoti daži pētījumi par oglekļa nanomateriālu mijiedarbību ar amiloīda fibrilām [32].

Daži pētījumi ir parādījuši, ka karbonnamateriāli var mijiedarboties ar dažādiem bioloģiskiem proteīniem [33]. CNT bioloģiskajā šķīdumā pārklāj adsorbētas bioloģiskās makromolekulas, jo tām ir liels specifiskais virsmas laukums un hidrofobā virsma [34].

Adsorbētie proteīni sakrājas uz oglekļa nanomateriālu virsmas, veidojot "olbaltumvielu vainagu" [34]. Mijiedarbība starp CNT un proteīniem arī spēlē svarīgu lomu lokšņu veidošanā.

Ghule et al. konstatēja, ka daudzsienu oglekļa nanocaurules (MWCNT) nodrošināja mijiedarbības virsmas proteīnu adsorbcijai vai iekapsulēšanai. Tas varētu kavēt proteīnu nepolārās virsmas spēju saistīt olbaltumvielu fibrillas, tādējādi novēršot proteīna turpmāku fibrozi [35].

Jana un Sengupta [36] un Wei et al. [37] pētīja A-peptīda pašsavienošanos vienas sienas oglekļa nanocaurules (SWCNT) klātbūtnē, izmantojot molekulārās dinamikas (MD) simulāciju. A-peptīds ir īss amfifils peptīds, un tā agregācija ir cieši saistīta ar Alcheimera slimības patoģenēzi [38]. CNT spēcīgais hidrofobiskais efekts var palīdzēt atrast peptīdus uz SWCNT virsmas.

Tas novērš difūziju un kavē peptīdu fibrozi. Proteīni, piemēram, insulīns, lizocīms, -laktoglobulīns un citohroms c, var veidoties uz grafīta [39, 40]. Šis nanoraksta grafīts spēj vadīt amiloīda fibrilu izlīdzināšanu pēc šablona [39]. Ir pētīta arī fullerēnu un olbaltumvielu materiālu mijiedarbība.

Izmantojot ThT fluorescences mērījumus, Kims un Lī atklāja, ka fullerēns var kavēt proteīna fibrozi. Fullerēns varētu specifiski saistīties ar centrālo hidrofobo motīvu KLVFF, tādējādi kavējot A-peptīda agregāciju [41].

Tika konstatēts, ka hidratēti fullerēni var ne tikai iznīcināt nobriedušās fibrilus, bet arī novērst jaunu fibrilu veidošanos [42]. Podoļskis u.c. atklāja, ka hidratēti fullerēni var efektīvi bloķēt A 25–35 agregāciju [43].

Ir daži pētījumi par CNO un amiloīda fibrilu mijiedarbību. CNO ir jauns allotrops ar zemu toksicitāti un labu bioloģisko saderību. Ir vēlams izpētīt CNO un amiloīda fibrilu mijiedarbību.

No otras puses, daži oglekļa nanomateriāli ir apvienoti ar bioloģiskām makromolekulām, lai sagatavotu hibrīdus nanokompozītus audu inženierijai vai zāļu piegādei to mehānisko un elektrisko priekšrocību dēļ [55–57].

Amiloīda fibrilām ir arī noteikta mehāniskā uzvedība un aminoskābju virsmas, ko izmanto nanovadu [58], hidrogēlu [59], šķiedru šūnu sastatņu [60, 61] un cieto funkcionālo organisko plēvju [62] sagatavošanai. Olbaltumvielas ir pievienotas CNT virsmām monomēru oroligomēru veidā [63, 64], lai uzlabotu to šķīdību ūdenī un samazinātu to citotoksicitāti.

CNT maina proteīna fibrilu strukturālās īpašības, izmantojot hibridizāciju un rekombināciju, lai mērķētu uz terapeitisko zāļu piegādi in vivo un iznīcinātu vēža šūnas [64,65]. Hendler et al. izmantoja "kopasamblejas" metodi, lai veidotu hibrīda amiloid-fullerēna kompozītfibrilus [66], ko izmanto krāsu atdalīšanas nanomarķieru, diagnostikas materiālu un optoelektronisko ierīču pagatavošanai.

Olbaltumvielu fibrilu un oglekļa nanomateriālu īpašās īpašības (piemēram, oglekļa nanomateriālu mehāniskās un elektromagnētiskās īpašības un proteīna materiālu bioloģiskās īpašības) var nākt par labu viena otrai, un to kombinācija ievērojami paplašinās šo divu veidu nanomateriālu pielietojuma diapazonu.

Tomēr joprojām ir tāls ceļš ejams, lai pilnībā izprastu mijiedarbību starp proteīnu fibrilām un oglekļa nanomateriāliem. Šajā pētījumā mēs pētījām WPI fibrilu mijiedarbību ar CNT (vai CNO) un raksturojām WPI fibrilu-CNT (vai CNO) kompozītmateriālus ar SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR un TG. WPI fibrilus sagatavoja, izmantojot skābes hidrolīzes indukcijas procesu. WPI fibrilu-CNT (vai CNO) kompozītmateriālus veidoja, izmantojot hidrotermisko sintēzi.

2. Materiāli un metodes

2.1. WPI fibrilu veidošanās

WPI-1 tika iegādāts no Davisco Foods International Inc. (97,8% bez lecitīna, NM, ASV), un WPI-2 tika iegādāts no Hilmar Ingredients (90,39% ar lecitīnu, Hilmar, CA, ASV).

Izejas šķīdumu (apmēram 6 masas%) pagatavoja, izšķīdinot WPI Millipore ūdenī. Pēc tam šķīduma pH tika noregulēts uz 4,75, pievienojot 1 M HCl, kam sekoja centrifugēšana (10, 000 apgr./min, 60 min, 4 ◦C) un supernatanta filtrēšana (FP 030/ 0,45 µm, Schleicher un Schuell). Pēc filtrēšanas filtrētā šķīduma pH tika iestatīts uz 2, izmantojot 6 M HCl.

Izejas šķīduma olbaltumvielu koncentrācija tika noteikta, izmantojot UV spektrofotometru (UV-1800PC, MAPADA, Šanhaja, Ķīna) un zināmu WPI koncentrāciju kalibrēšanas līkni pie viļņa garuma 278 nm.

Izejas šķīdums tika atšķaidīts līdz proteīna koncentrācijai 2 masas % ar HCl šķīdumu ar pH 2. Pēc tam WPI šķīdumu karsēja un maisīja (apmēram 290 apgr./min) 20 stundas 80 ◦ C temperatūrā, veidojot fibrilus.

2.2. CNT un CNO sagatavošana

2.2.1. CNT sagatavošana

La2NiO4 katalizatora sagatavošana: La(NO3)3·6H2O un Ni(NO3)2·6H2O (La/Ni=2:1 molārā attiecība) izšķīdināja dejonizētā ūdenī, pēc tam pievienoja citronskābi. Šķīdumu karsēja 80 ◦C temperatūrā 1 stundu maisot, un visbeidzot tas pārvērtās par koloidālu vielu.

Koloidālā viela tika kalcinēta mufeļkrāsnī (gaisā 10 ◦C/min; 300 ◦C 1 stundu, pēc tam 800 ◦C 5 h). Metāna katalītiskā ķīmiskā tvaiku pārklāšana (CVD), lai iegūtu CNT: Fiksētās CNT ražošanai metāna CVD tika pieņemts cietās gāzes katalītiskais reaktors.

La2NiO4 katalizators (0,5 g) tika ievietots kvarca laivās cauruļveida kvarca reaktorā. Pirmkārt, reaktora skalošanai 30 minūtes izmantoja slāpekli (30 ml/min), un pēc tam ūdeņradi (10 ml/min), lai reducētu La2NiO4 pie 600 ◦C 1 stundu.

Pēc tam gāze tika pārslēgta uz metānu (60 ml/min) katalītiskajam CVD 800 ◦C temperatūrā 8 stundas, lai sintezētu CNT. CNT attīrīšana: CNT, kas sajaukti ar katalizatoriem, tika attīrīti 0,1 M slāpekļskābē 80 temperatūrā. ◦C ar maisīšanu 5 stundas.

To filtrēja un piecas reizes mazgā ar dejonizētu ūdeni. Visbeidzot paraugu žāvēja 120 ◦C 6 stundas.

2.2.2. CNO sagatavošana

Nerūsējošā tērauda sieta nesēja pirmapstrāde: SS316 nerūsējošā tērauda sieti ar izmēru 20 mm × 20 mm tika ultraskaņas tīrīti 30 minūtes 0,1 M HCl šķīdumā. Pēc tam motīvi tika ievietoti cauruļveida kvarca reaktorā.

Kvarca caurulē tika ievadīti slāpekļa gāzi nesošie ūdens tvaiki (90 ◦C ūdens tvaiki). Kvarca caurule tika uzkarsēta līdz 300 ◦C 1 stundu. Pēc šādas apstrādes nerūsējošā tērauda virsma tika izmantota kā katalizatora nesējs.

Katalizatora iekraušana: Iepriekš apstrādātā nerūsējošā tērauda sieta tika iegremdēta nikeloksalāta šķīdumā. 1 stundu maisot pievienoja citronskābi. Šķīdumu karsēja pie 80 ◦C un beidzot pārvērta par koloīdu. Koloīda un nerūsējošā tērauda sieti tika ievietoti tīģelī un kalcinēti mufeļkrāsnī (Džonghuaņa, Tjandzjiņa, Ķīna) 900 ◦ C (10 ◦ C / min, gaisā) 3 stundas.

Visbeidzot tika iegūta nerūsējošā tērauda sieta, kas piekrauta ar katalizatoru. Metāna katalītiskā CVD, lai izgatavotu CNO [67]: Tika izmantots arī fiksēta slāņa gāzveida cieto vielu reaktors (Džonhuaņa, Tiaņdzjiņa, Ķīna). Nerūsējošā tērauda sieta katalizators tika ievietots kvarca caurulē.

Slāpeklis (30 ml/min) tika izmantots, lai reaktoru iztīrītu istabas temperatūrā 1 stundu, pēc tam temperatūra tika paaugstināta līdz reakcijas temperatūrai 900 ◦C un slāpeklis tika pārslēgts uz metānu (30 ml/min) 8 stundas katalītiskajam krekingam. .

Beidzot metāns tika pārslēgts atpakaļ uz slāpekļa gāzi, un reaktors tika atdzesēts līdz istabas temperatūrai. Visbeidzot tika izņemts nerūsējošā tērauda sieta katalizators un CNO. CNO attīrīšana: CNO paraugs vispirms tika sijāts, lai noņemtu brīvās katalizatora daļiņas.

Pēc tam to sajauca ar koncentrētu HNO3 un 40 stundas karsēja 90 ◦C temperatūrā. Pēc atšķaidīšanas un atdzesēšanas to centrifugēja ar ātrumu 4000 apgr./min 10 minūtes, un skābes šķīdums tika noņemts.

Atlikušos CNO vairākas reizes rūpīgi izskaloja, izmantojot destilētu ūdeni, līdz tika sasniegts neitrāls pH. Visbeidzot, attīrītie CNO tika žāvēti.

2.3. WPI fibril-CNT (vai CNO) sagatavošana

WPI fibril-CNT (vai CNO) tika sintezēti, izmantojot hidrotermālo metodi. CNT (vai CNO) ar koncentrāciju {{0}}.05 mas.%, 0.10 mas.% un 0.15 mas.% tika sajaukti dejonizētā ūdenī un apstrādāti ar ultraskaņu 30 minūtes, lai izkliedētu. cik vien iespējams.

Tika pievienots tāds pats tilpums WPI fibrila šķīduma un maisīts ar magnētisko maisīšanu 30 minūtes. Pēc tam maisījumu ielej autoklāva reaktorā (Hongchen, Xi'an, Ķīna) hidrotermālai reakcijai (80 ◦ C, 20 h).

Pēc tam produkts tika atdzesēts līdz istabas temperatūrai, tika atvērts autoklāvs un maisījums tika izņemts. Produkts tika žāvēts cepeškrāsnī (60 ◦C) 48 stundas.

For more information:1950477648nn@gmail.com