Vadakuvalgu fibrillide koosmõju süsiniknanotorude või süsiniknano-sibulate vahel 1. osa

Kokkuvõte: Vadakuvalgu isolaadi (WPI) fibrillid valmistati happelise hüdrolüüsi induktsiooniprotsessi abil.

Kuna inimesed pööravad üha rohkem tähelepanu tervislikele eluviisidele, on mälust saanud järk-järgult kuum mureteema. Kiudained on toidu koostisosa, mida paljud inimesed üldiselt ignoreerivad. See on tihedalt seotud ka inimeste tervisega.

Kiudained on seedimatu taimne tselluloos, mis võib stimuleerida soolestiku peristaltikat, soodustada roojamist, omastada ja vähendada inimorganismis vere lipiide, veresuhkrut ja kolesterooli ning vähendada rasvumise ja südame-veresoonkonna haiguste esinemist. Lisaks võib fibrill reguleerida ka soolestiku mikroökoloogia tasakaalu, soodustada toitainete imendumist ja parandada immuunsust.

Samal ajal on üha enam uuringuid näidanud, et fibrill on tihedalt seotud ka mäluga. Kiudainete tarbimine võib edendada soolestiku tervist, parandada inimese metaboolset funktsiooni ja parandada organismi immuunsust. Need on tihedalt seotud inimese närvisüsteemiga ning närvisüsteemi tervis on inimese tervise üks olulisi alustalasid.

Lisaks võivad sellised toitained nagu B-vitamiin, E-vitamiin ja kiudainerikas tsink soodustada närvisüsteemi normaalset arengut ja talitlust, parandada inimese tunnetust ja õppimisvõimet ning parandada mälu.

Kokkuvõttes võib fibrill, edendades füüsilist tervist, parandada ka inimese mälu ja intelligentsust. Hea tervise säilitamiseks ja närvisüsteemi tervisliku arengu soodustamiseks peame kujundama häid toitumisharjumusi ja suurendama toorkiudaineid sisaldavate toitude, nagu kaer, bataat ja rohelised lehtköögiviljad, tarbimist. Mälu aitab meil kiiresti õppida ja saavutada kõrgemat elukvaliteeti, seega peaksime olema positiivsed. On näha, et me peame oma mälu parandama ja Cistanche võib oluliselt parandada mälu, kuna suudab reguleerida ka neurotransmitterite tasakaalu, näiteks tõsta atsetüülkoliini ja kasvufaktorite taset, mis on mälu ja õppimise jaoks väga olulised. Lisaks võib Cistanche parandada verevoolu ja soodustada hapniku kohaletoimetamist, mis tagab aju piisava toitumise ja energia, parandades seeläbi aju elujõudu ja vastupidavust.

Mälu parandamiseks klõpsake teadmise lisandeid

Süsinik-nanotorud (CNT-d) ja süsinik-nano-sibulad (CNO-d) valmistati metaani katalüütilise keemilise aurustamise-sadestamise (CVD) abil. WPI fibrill-CNT-d ja WPI fibrill--CNO-d valmistati hüdrotermilise sünteesi teel 80 ◦C juures.

Komposiite iseloomustati SEM-, TEM-, FTIR-, XRD-, Ramani- ja TG-analüüsidega. Uuriti WPI fibrillide CNT-de ja CNO-de vahelist koosmõju. WPI-fibrillid CNT-de ja CNO-dega moodustasid ühtsed geelid ja kiled. CNT-d ja CNO-d olid geelides väga hajutatud. CNT-dega (või CNO-dega) WPI fibrillide hüdrogeelid võivad olla uued materjalid, mida kasutatakse meditsiinis või muudes valdkondades.

CNT-d ja CNO-d lühendasid WPI fibrillid, millel võib olla oluline uurimisväärtus fibroosihaiguste, nagu Parkinsoni ja Alzheimeri tõve, ravimisel. FTIR näitas, et nii CNT-del kui ka CNO-del oli interaktsioone WPI fibrillidega.

XRDanalüüs näitas, et enamik CNT-sid oli mähitud WPI fibrillidega, samas kui CNO-d olid osaliselt mähitud. See aitas suurendada CNT-de ja CNO-de biosobivust ja vähendada tsütotoksilisust. HR-TEM ja Ramani spektroskoopia uuringud näitasid, et CNT-de grafitiseerituse tase oli kõrgem kui CNO-de puhul.

Pärast hübridiseerimist WPI fibrillidega tekkis CNT-des rohkem defekte, kuid CNO-des jäeti mõned algsed defektid kõrvale. TG tulemused näitasid, et moodustus WPIfibril-CNT-de või CNO-de uus faas.

Märksõnad: vadakuvalgu fibrillid; süsiniknanotorud; süsinik-nano-sibul; komposiidid; interaktsiooni.

1. Sissejuhatus

Vadakuvalk on levinud ja kergesti saadav veisepiimast. Vadakuvalgu isolaadi (WPI) fibrillide valmistamine oli praktiline. Tänapäeval on vadakukomponentidel põhinevad isekogunevad damüloidfibrillid oluliseks uurimisvaldkonnaks [1–3].

Üldiselt tulenevad amüloidfibrillid seosest amüloidoosiga. Näiteks isletamüloidpeptiidi seostatakse diabeediga ja amüloidvalku seostatakse Alzheimeri tõvega [4].

Valgufibrillid saab sünteesida ka in vitro. Lisaks võib laktoglobuliin (-lg) fibrillaarseid valke ise kokku panna [5,6]. -lg on kerakujuline valk, mille molekulmass on 18 400 g·mol-1 ja raadius umbes 2 nm [7].

See võib indutseerida fibrillide moodustumist pikaajalisel kuumutamisel (6–24 tundi) temperatuuril 80 ◦C ning selle pH on 2 ja madal ioontugevus [8]. Fibrillide keskmine pikkus on 1–8 µm, läbimõõduga umbes 4 nm [9].

Nendes fibrillides olevat valgulist materjali hoiavad koos molekulidevahelised -lehed [10].Fibrillide moodustumise ajal suureneb -lehtede hulk. Süsiniknanotorud (CNT) on õõnsad torud, mis on valmistatud mitmekihilistest grafiidilehtedest, mis pöörlevad ja kõverduvad ümber sama telje. teatud nurga all [11].

Nende läbimõõt on vahemikus 0,4 (SWCNT-d) kuni 100 nm (MWCNT-d); nende pikkus võib ulatuda mitme mikronini; ja neil on suurepärased mehaanilised omadused, keemiline stabiilsus ja suur eripind [12]. Süsinik-nanotorusid kasutatakse sageli täitematerjalina nanokomposiitmaterjalide valmistamiseks, et parandada maatriksmaterjalide mehaanilist käitumist.

Samuti on laialdaselt uuritud süsinik-nanotorude bioloogilisi rakendusi, näiteks biosensorites, ravimite ja vaktsiinide kohaletoimetamises, koetehnoloogias [13] ja uutes biomaterjalides [14]. Kuid puutumatutel CNT-del on halb lahustuvus ja potentsiaalne tsütotoksilisus [15]. Kinnitatud biomakromolekulid, nagu valk, DNA ja RNA, võivad soodustada CNT-de hajumist [16].

Füüsikalised interaktsioonid biomakromolekulidega võivad muuta nende bioloogilist aktiivsust in vivo [17]. Pärast funktsionaliseerimist ja modifitseerimist saavad CNT-d sihtotstarbeliselt laadida erinevat tüüpi ravimeid [18]. Bioühilduvad CNT-põhised süsteemid võivad laadida vähiravi jaoks mitmeid terapeutilisi, sihtimis- ja sondeerivaid aineid.

On tõestatud, et funktsionaliseeritud CNT-d võivad läbida plasmamembraani erinevate mehhanismide, eelkõige endotsütoosi kaudu [19–21]. Süsinik-nano-sibulad (CNO-d) koosnevad mitmest kontsentrilisest fullereenide kestast.

Nende puurisisesed struktuurid tekitavad unikaalseid füüsikalis-keemilisi omadusi. Erinevalt teistest süsiniku allotroopidest [22, 23] on CNO-d võrdselt olulised kui CNT-d ja fullereenid, mis sobivad ideaalselt ravimite manustamiseks, kuna suudavad püsida süsteemses vereringes tundide jooksul, suurendades nende võimalusi sihtkohale ligi pääseda [24–28].

Koetehnoloogias on modifitseeritud CNO karkassidel kudede regenereerimisvõime [28]. Kaugpunased fluorestseeruvad CNO-d on välja töötatud rakulise pildistamise eesmärgil [29].

Vaatamata sellele tohutule potentsiaalile näib, et selle uudse nanosüsteemi rolli biomeditsiini valdkonnas on palju aastaid tähelepanuta jäetud. Valgufibrillide-süsinik-nanomaterjalide süsteemide uurimisel on suur tähtsus inimeste haiguste ravimisel, karbonnanomaterjalide tsütotoksilisuse vähendamisel ja uute tehnoloogiate väljatöötamisel.

Amüloidfibrillide moodustumine in vivo võib põhjustada mitmesuguseid haigusi, nagu Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi neurodegeneratiivsed haigused. Teadlased otsivad aineid, mis võivad pärssida amüloidfibroosi või hävitada amüloidfibrillid [30, 31]. Tabelis 1 on kokku võetud mõned uuringud süsiniknanomaterjalide ja amüloidfibrillide koosmõju kohta [32].

Mõned uuringud on näidanud, et karbonnanomaterjalid võivad interakteeruda erinevate bioloogiliste valkudega [33]. CNT-d on bioloogilises lahuses kaetud adsorbeeritud bioloogiliste makromolekulidega nende suure eripinna ja hüdrofoobse pinna tõttu [34].

Adsorbeeritud valgud kogunevad süsiniknanomaterjalide pinnale, moodustades "valgukroon" [34]. CNT ja valkude vaheline interaktsioon mängib samuti olulist rolli -lehtede moodustamisel.

Ghule et al. leidis, et mitme seinaga süsinik-nanotorud (MWCNT) andsid interaktsioonipinnad valgu adsorptsiooniks või kapseldamiseks. See võib pärssida valkude mittepolaarse pinna võimet seonduda valgufibrillidega, takistades seega valgu edasist fibroosi [35].

Jana ja Sengupta [36] ning Wei jt. [37] uuris A-peptiidi isekoosnemist ühe seinaga süsinik-nanotorude (SWCNT) juuresolekul, kasutades molekulaardünaamika (MD) simulatsiooni. A-peptiid on lühike amfifiilne peptiid ja selle agregatsioon on tihedalt seotud Alzheimeri tõve patogeneesiga [38]. CNT-de tugev hüdrofoobne toime võib aidata SWCNT-de pinnal peptiide leida.

See hoiab ära peptiidide difusiooni ja pärsib fibroosi. Valgud, nagu insuliin, lüsosüüm, -laktoglobuliin ja tsütokroom c, võivad grafiidile jääda [39, 40]. See nanomustriline grafiit on võimeline juhatama amüloidfibrillide joondamist malli järgi [39]. Samuti on uuritud fullereenide ja valgumaterjalide vahelist koostoimet.

ThT fluorestsentsi mõõtmiste abil leidsid Kim ja Lee, et fullereen võib pärssida valgu fibroosi. Fullereen võib spetsiifiliselt seonduda tsentraalse hüdrofoobse motiiviga KLVFF, takistades seega A-peptiidi agregatsiooni [41].

Leiti, et hüdraatunud fullereenid ei suuda mitte ainult hävitada küpseid amüloidfibrillid, vaid takistada ka uute fibrillide teket [42]. Podolski jt. leidis, et hüdreeritud fullereenid võivad tõhusalt blokeerida A 25–35 agregatsiooni [43].

CNO-de ja amüloidfibrillide koosmõju kohta on vähe uuringuid. CNO-d on uus allotroop, millel on madal toksilisus ja hea biosobivus. Soovitav on uurida CNO-de ja amüloidfibrillide vahelist koostoimet.

Teisest küljest on mõningaid süsiniknanomaterjale kombineeritud bioloogiliste makromolekulidega, et valmistada hübriidseid nanokomposiite koetehnoloogia või ravimite kohaletoimetamiseks nende mehaaniliste ja elektriliste eeliste tõttu [55–57].

Amüloidfibrillidel on ka teatud mehaaniline käitumine ja aminohapete pinnad, mida kasutatakse nanojuhtmete [58], hüdrogeelide [59], kiudrakkude karkasside [60, 61] ja tahkete funktsionaalsete orgaaniliste kilede [62] valmistamiseks. Valgud kinnituvad CNT-de pinnale monomeeride oroligomeeridena [63,64], et parandada nende vees lahustuvust ja vähendada nende tsütotoksilisust.

CNT muudab valgufibrillide struktuurseid omadusi hübridisatsiooni ja rekombinatsiooni kaudu, et suunata terapeutiliste ravimite kohaletoimetamist in vivo ja hävitada vähirakke [64,65]. Hendler et al. kasutas "koosmonteerimismeetodit" hübriidamüloid-fullereeni komposiitfibrillide moodustamiseks [66], mida kasutatakse värvide eraldamise nanomarkerite, diagnostiliste materjalide ja optoelektrooniliste seadmete valmistamiseks.

Valgufibrillide ja süsiniknanomaterjalide eriomadused (nagu süsiniknanomaterjalide mehaanilised ja elektromagnetilised omadused ning valgumaterjalide bioloogilised omadused) võivad üksteisele kasu tuua ning nende kombinatsioon laiendab oluliselt nende kahte tüüpi nanomaterjalide kasutusalasid.

Siiski on valgufibrillide ja süsiniknanomaterjalide vastastikuse mõju täielikuks mõistmiseks veel pikk tee. Selles uuringus uurisime WPI fibrillide koostoimet CNT-dega (või CNO-dega) ja iseloomustasime SEM-i, TEM-i, XRD-i, Ramani, FTIR-i ja TG-ga WPI-fibrillide-CNT-de (või CNO-de) komposiite. WPI fibrillid valmistati happelise hüdrolüüsi induktsiooniprotsessi abil. WPI fibrill-CNT (või CNO) komposiidid valmistati hüdrotermilise sünteesi abil.

2. Materjalid ja meetodid

2.1. WPI fibrillide moodustumine

WPI-1 osteti ettevõttelt Davisco Foods International Inc. (97,8% ilma letsitiinita, NM, USA) ja WPI-2 osteti ettevõttelt Hilmar Ingredients (90,39% letsitiiniga, Hilmar, CA, USA).

Põhilahus (umbes 6 massiprotsenti) valmistati WPI lahustamisega Millipore vees. Seejärel viidi lahuse pH väärtuseni 4,75, lisades 1 M HCl-i, millele järgnes tsentrifuugimine (10, 000 p/min, 60 min, 4 ◦C) ja supernatandi filtreerimine (FP 030/). 0,45 µm, Schleicher ja Schuell). Pärast filtreerimist reguleeriti filtreeritud lahuse pH väärtusele 2, kasutades 6 M HCl.

Põhilahuse valgu kontsentratsioon määrati UV-spektrofotomeetri (UV-1800PC, MAPADA, Shanghai, Hiina) ja teadaolevate WPI kontsentratsioonide kalibreerimiskõvera abil lainepikkusel 278 nm.

Põhilahus lahjendati HCl lahusega, mille pH oli 2, valgu kontsentratsioonini 2 massiprotsenti. Seejärel WPI lahust kuumutati ja segati (umbes 290 pööret minutis) 20 tundi temperatuuril 80 °C, et moodustada fibrillid.

2.2. CNT-de ja CNO-de ettevalmistamine

2.2.1. CNT-de valmistamine

La2NiO4 katalüsaatori valmistamine: La(NO3)3·6H2O ja Ni(NO3)2·6H2O (La/Ni molaarsus=2:1) lahustati deioniseeritud vees, seejärel lisati sidrunhape. Lahust kuumutati segades 80 °C juures 1 tund ja lõpuks muutus see kolloidseks aineks.

Kolloidne aine kaltsineeriti muhvelahjus (õhus 10 ◦C/min; 300 ◦C 1 h, seejärel 800 ◦C 5 h). Metaani katalüütiline keemiline aurustamine-sadestamine (CVD) CNT-de valmistamiseks: Fikseeritud- Metaan-CVD jaoks võeti CNT-de valmistamiseks kasutusele tahke gaasiga katalüütiline reaktor.

La2NiO4 katalüsaator (0,5 g) asetati kvartspaatidesse torukujulises kvartsreaktoris. Esiteks kasutati reaktori loputamiseks 30 minuti jooksul lämmastikku (30 ml/min) ja seejärel La2NiO4 redutseerimiseks 600 °C juures 1 tund vesinikku (10 ml/min).

Seejärel lülitati gaas katalüütiliseks CVD-ks temperatuuril 800 ◦C 8 tunniks metaani (60 ml/min), et sünteesida CNT-sid. CNT-de puhastamine: katalüsaatoritega segatud CNT-d puhastati 0,1 M lämmastikhappes temperatuuril 80 ◦C segades 5 tundi.

See filtriti ja pesti viis korda deioniseeritud veega. Lõpuks kuivatati proovi 120 ◦C juures 6 tundi.

2.2.2. CNO-de valmistamine

Roostevabast terasest võrgukanduri eeltöötlus: roostevabast terasest võrke SS316 mõõtmetega 20 mm × 20 mm puhastati ultraheliga 30 minutit 0,1 M HCl lahuses. Seejärel asetati teemad torukujulisse kvartsreaktorisse.

Kvartstorusse juhiti gaasilist lämmastikku kandev veeaur (90 ◦C veeauru). Kvartstoru kuumutati temperatuuril 300 ◦C 1 tund. Pärast sellist töötlemist kasutati roostevaba terase pinda katalüsaatorikandjana.

Katalüsaatori laadimine: ülaltoodud eeltöödeldud roostevabast terasest võrk sukeldati nikeloksalaadi lahusesse. Segades lisati 1 tund sidrunhapet. Lahust kuumutati temperatuuril 80 ◦C ja lõpuks muudeti kolloidiks. Kolloid- ja roostevabast terasest võrgud pandi tiiglisse ja kaltsineeriti muhvelahjus (Zhonghuan, Tianjin, Hiina) temperatuuril 900 ◦C (10 ◦C/min, õhus) 3 tundi.

Lõpuks saadi katalüsaatoriga laetud roostevabast terasest võrk. Metaani katalüütiline CVD CNO-de valmistamiseks [67]: Kasutati ka fikseeritud kihiga gaas-tahke reaktorit (Zhonghuan, Tianjin, Hiina). Roostevabast terasest võrgust katalüsaator asetati kvartstorusse.

Reaktori puhastamiseks toatemperatuuril 1 tund kasutati lämmastikku (30 ml/min), seejärel tõsteti temperatuur reaktsioonitemperatuurini 900 ◦C ja lämmastik lülitati 8 tunniks katalüütiliseks krakkimiseks metaani (30 ml/min). .

Lõpuks lülitati metaan tagasi gaasiliseks lämmastikuks ja reaktor jahutati toatemperatuurini. Lõpuks võeti välja roostevabast terasest võrkkatalüsaator ja CNO-d. CNO-de puhastamine: CNO-proov sõeluti esmalt vabade katalüsaatoriosakeste eemaldamiseks.

Seejärel segati see kontsentreeritud HNO3-ga ja keedeti püstjahutiga temperatuuril 90 °C 40 tundi. Pärast lahjendamist ja jahutamist tsentrifuugiti seda kiirusel 4000 p/min 10 minutit ja happelahus eemaldati.

Ülejäänud CNO-sid loputati mitu korda põhjalikult destilleeritud veega, kuni saavutati neutraalne pH. Lõpuks kuivatati puhastatud CNO-d.

2.3. WPI fibrill-CNT (või CNO) ettevalmistamine

WPI fibrill-CNT-d (või CNO-d) sünteesiti hüdrotermilise meetodi abil. CNT-d (või CNO-d) kontsentratsiooniga {{0}}.05 massi%, 0,10 massiprotsenti ja 0,15 massiprotsenti segati deioniseeritud vees ja töödeldi ultraheliga 30 minutit, et dispergeerida. nii hästi kui võimalik.

Lisati sama kogus WPI fibrillide lahust ja segati magnetsegamisega 30 minutit. Seejärel valati segu hüdrotermiliseks reaktsiooniks (80 °C, 20 h) autoklaavireaktorisse (Hongchen, Xi'an, Hiina).

Seejärel jahutati toode toatemperatuurini, avati autoklaav ja segu võeti välja. Toodet kuivatati ahjus (60 ◦C) 48 tundi.

For more information:1950477648nn@gmail.com