طرق لالتكامل الذاتي للMegamolecular البوليمرات الحيوية على تجفيف الهواء-LC واجهة
أبريل 7, 2017
يتم توفير طريقة لالناجم عن التجفيف التكامل الذاتي من البوليمرات الحيوية megamolecular على واجهة بلورية الهواء السائل هنا. وهذه المنهجية أن تكون مفيدة ليس فقط لفهم إمكانات العيانية من البوليمرات الحيوية، ولكن أيضا باعتبارها طريقة التقييم للمواد لينة في المجالات الطبية الحيوية والبيئية.
الهدف العام من هذه التجربة هو تقييم تأثير البلورية السائلة لهواء التجفيف أو واجهة الهواء-LC على اتجاه البوليمرات الحيوية الجزيئية العملاقة مثل السكريات والأنابيب الدقيقة والحمض النووي كسلوكيات ديناميكية مرئية في مقياس ملليمتري. يمكن أن تساعد هذه الرسالة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجالات البنية المشتتة مثل التنظيم الذاتي للبوليمرات الحيوية في ظل بيئة جافة حيث زحفت الكائنات الحية على الأرض منذ حوالي 500 مليون سنة. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بالتقاط مناظر جانبية للعينة أثناء عملية التجفيف دون التجفيف على المستوى الأفقي.
لبدء هذا الإجراء ، أضف 0.5 جرام من الساكران إلى 100 مل من الماء. قم بتغطية الحاوية بغلاف بلاستيكي وحرك المحلول عند حوالي 80 درجة مئوية لأكثر من 12 ساعة. بعد السماح لمحاليل صمغ الساكران والزانثام بالتبريد ، قم بالطرد المركزي لمحلول الساكران لإزالة الشوائب.
الآن ، قم بإعداد محلول توبولين بوزن 0.5 في المائة في بريتون روبنسون عازلة على الجليد. امزج 50 ميكرولترا من محلول التوبولين مع 5 ميكرولتر من GpCpp. ثم احتضان المحلول عند 37 درجة مئوية لمدة ثلاث ساعات للحصول على أنابيب دقيقة مستقرة أو نواة MT.
بعد ذلك ، اخلطي 950 ميكرولترا من محلول التوبولين و 50 ميكرولترا من محلول التوبولين المحتوي على GpCpp. بعد ذلك ، اترك المحلول يجلس ليوم واحد عند حوالي 25 درجة مئوية للحصول على محلول MT مستقر بنسبة 0.5 بالمائة من الوزن. بعد ذلك ، قم بإعداد محلول DNA بوزن 0.5 بالمائة ومحلول عازلة Tris-EDTA.
احتفظ بمحاليل عينات البوليمر الحيوي بنسبة 0.5 بالمائة عند 25 درجة مئوية لتجربة التجفيف. قطع ورقة السيليكون إلى شكل مناسب بسمك 1 ملليمتر. قم بتجميع خلية مفتوحة من جانب واحد تتكون من فاصل السيليكون وشريحتين زجاجيتين غير معدلتين.
قم بإصلاح جانبي الخلية بمشابك مزدوجة لمنع حلول العينات من التسرب. باستخدام طرف ماصة بحجم مسام ملليمتر واحد، أضف ببطء 100 إلى 300 ميكرولتر من كل محلول بوليمر حيوي بوزن 0.5 بالمائة لكل خلية عند حوالي 25 درجة مئوية. قم بإزالة فقاعات الهواء من الخلية باستخدام إبرة حقنة.
بعد ذلك ، ضع الخلايا في فرن به جهاز دوران هواء لمدة 18 ساعة عند 60 درجة مئوية تحت ضغط جوي للتبخر. اتجاه التشغيل عكس اتجاه الجاذبية. ويطبق هذا الموضع أيضا على رصد المراجعات الأخيرة.
استخدم مصباح هالوجين بقدرة 100 واط مع مصدر ضوء سطح مستو على مساحة واسعة لتوفير ضوء مرئي مستقيم. اضبط المستقطبات على 45 درجة و 135 درجة باستخدام الحوامل. قم بإصلاح مواضع مصدر الضوء والمستقطبات ومرحلة العينة والكاميرا باستخدام سكة بصرية وموقف قضيب.
ضع مرحلة العينة بين المستقطبين. بعد ذلك ، ضع الكاميرا على بعد حوالي 20 سم من مرحلة العينة للسماح بالتركيز. في الأوقات المحددة الموضحة في بروتوكول النص ، ضع عينات البوليمر الحيوي بين المستقطبات على المسرح الموازي لمستوى XZ وقم بتغطية الجهاز بستارة سوداء.
أخيرا ، قم بتصوير العينات من خلال المستقطبات الخطية المتقاطعة باستخدام كاميرا انعكاسية رقمية أحادية العدسة مع عدسة تكبير قياسية. تم تقييم التكامل الذاتي من المجال المصغر إلى المجال الكلي على سطح بيني هواء جاف. قبل التجفيف ، لوحظت مناطق مشرقة مع الضوء المنقول في حالة متناثرة.
بعد التجفيف ، أصبحت المنطقة الواقعة أسفل واجهة الهواء LC ومحلول الساكران مرتفعة وانخفضت شدة محلول الزانثين مع المجالات الكبيرة الصغيرة. أظهر التحليل الزماني المكاني أن شدة الذروة حول واجهة سائل الهواء وسمك السمك قد زادت ، مما يشير إلى أن النطاقات الدقيقة تبدأ في التوجيه من واجهة الهواء LC وتنمو إلى مجال ملي مقياس مواز للواجهة. أظهرت الصور المجهرية للاستقطاب لمرحلة السائل الساكران منطقة زرقاء واحدة ، مما يعني أن مجالا كبيرا واحدا تشكل.
أظهرت مرحلة سائل صمغ الزانثان مناطق زرقاء وصفراء ووردية ، مما يعني أن المجالات الكبيرة المتعددة تشكلت باتجاهات تعسفية. قبل التجفيف ، أظهرت محاليل sacran و MT حالات LC متشابهة مع مجالات متناثرة. أثناء التجفيف ، خضع حل MT للتكامل الذاتي وتم دمج المجالات المتناثرة في مجال كبير واحد.
لم يظهر محلول الحمض النووي أي اتجاه محدد في الطور السائل. أظهر سجل التجفيف الساكران انكسارا مزدوجا كبيرا ولوحظت حزم متموجة لسجل تجفيف MT. أظهر سجل تجفيف الحمض النووي نطاقات كبيرة على شكل حبيبات في اتجاهات تعسفية.
بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال الهندسة الطبية الحيوية باستخدام البوليمرات الحيوية لاستكشاف تصور ديناميكيات تيار الهواء على كل من عمليات التجفيف والترطيب في الأساليب الهندسية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة طريقة للتكامل الذاتي للمؤثرات الحيوية ذات الجزيئات الضخمة والمحفز بالتجفيف عند الواجهة البينية البلورية السائلة-الهواء. تهدف هذه التقنية إلى فهم سلوك البوليمرات الحيوية في بيئة تجفيف، وهو أمر ذو صلة بالتطبيقات الطبية الحيوية والبيئية على حد سواء.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- البوليمرات الحيوية
- المواد اللينة
- التطبيقات الطبية الحيوية
خلفية علمية
- تشمل البوليمرات الحيوية ذات الجزيئات الضخمة السكريات المتعددة، والأنابيب الدقيقة، وDNA.
- يعد فهم التنظيم الذاتي للبوليمرات الحيوية أمرًا بالغ الأهمية لمختلف المجالات العلمية.
- تستكشف هذه الدراسة ديناميكيات البوليمرات الحيوية تحت ظروف التجفيف.
- تسمح هذه التقنية بأخذ مشاهد جانبية للعينات أثناء عملية التجفيف.
الغرض من الدراسة
- لتقييم تأثير الواجهة البينية بين الهواء والبلورات السائلة (air-LC interface) على توجيه البوليمرات الحيوية.
- لتصور السلوكيات الديناميكية للبوليمرات الحيوية على مقياس المليمتر.
- لمعالجة التساؤلات المتعلقة بالتنظيم الذاتي للبوليمرات الحيوية.
الطرق المستخدمة
- تحضير محلول الساكران (sacran) عن طريق إذابة 0.5 grams في 100 milliliters من الماء.
- تقليب المحلول عند درجة حرارة 80 °C تقريبًا لمدة تزيد عن 12 ساعة.
- طرد مركزي لمحلول الساكران لإزالة الشوائب.
- مراقبة سلوك البوليمر الحيوي أثناء عملية التجفيف.
النتائج الرئيسية
- تم تصور السلوكيات الديناميكية للبوليمرات الحيوية بنجاح.
- أثرت عملية التجفيف على توجيه البوليمرات الحيوية.
- وفرت العروض الجانبية رؤى فريدة حول عملية التكامل الذاتي.
- تمتلك هذه الطريقة تطبيقات محتملة في مجالات متنوعة.
الاستنتاجات
- تعد طريقة التكامل الذاتي المستحث بالتجفيف فعالة لدراسة البوليمرات الحيوية.
- يمكن لهذه التقنية أن تعزز فهم سلوك البوليمرات الحيوية في البيئات الطبيعية.
- قد تشمل التطبيقات المستقبلية تطورات في الأبحاث الطبية الحيوية والبيئية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
تتيح هذه الطريقة تصور التكامل الذاتي للبوليمرات الحيوية ذات الجزيئات الضخمة عند الواجهة البلورية السائلة-الهوائية أثناء التجفيف، مما يوفر رؤى حول سلوك المواد اللينة ذات الصلة بالتطبيقات الطبية الحيوية والبيئية. ومن خلال رصد التغيرات المكانية والزمانية في النظام التوجيهي تحت ظروف تبخر محكومة، تدعم هذه الطريقة الحد من المخاطر الميكانيكية في المراحل المبكرة من توصيف البوليمرات الحيوية. ويوفر هذا النهج منصة قابلة للتطوير وخالية من الوسوم لتقييم تنظيم البوليمرات الحيوية دون إخلال بالحالات الأصلية، بما يتماشى مع احتياجات التحقق من الأهداف وتطوير المقايسات في مسارات الاكتشاف.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: يتيح استجواب ديناميكيات التنظيم الذاتي للبوليمرات الحيوية تحت إجهاد التجفيف، مما يوضح الارتباطات الوظيفية بين السكريات المتعددة وبروتينات الهيكل الخلوي و DNA.
- القيمة التشغيلية: يوفر بروتوكولاً قابلاً للتكرار للتصوير الجانبي باستخدام الضوء المستقطب متعامدًا لمراقبة تكامل النطاقات على المقياس المليمتري دون حدوث عيوب تجفيف أفقية.
الفحص وتطوير المقايسة
- القيمة العلمية: يُنتج قراءات كمية للانكسار المزدوج ومورفولوجيا النطاقات تعكس التغيرات في الاصطفاف الجزيئي أثناء تبخر المذيب.
- القيمة التشغيلية: يدعم توحيد المقايسة من خلال تصميم خلية مفتوحة من جانب واحد ومحاذاة ثابتة للمستقطب، مما يتيح إجراء مقارنة متسقة عبر أنواع البوليمرات الحيوية المختلفة.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- القيمة العلمية: يربط بين التكامل الذاتي الناجم عن التجفيف في المختبر وعمليات تجفيف الأنسجة الطبيعية، مما يوفر نظاماً ذا صلة بالأمراض لدراسة وظيفة الحاجز في الجلد أو الأنسجة الوعائية.
- القيمة التشغيلية: يعزز الثقة التنبؤية من خلال ربط سلوك الواجهة بين الهواء والبلورة السائلة (air-LC interface) بانتقالات طور البوليمر الحيوي الكتلية التي يمكن ملاحظتها عبر مجهر الاستقطاب.
تكامل خطوط المعالجة وسير العمل
تتناسب هذه الطريقة مع سير عمل الاكتشافات المبكرة، مما يدعم اختبار الفرضيات في التحقق من الأهداف، ويسمح بتحضير بوليمرات حيوية جاهزة للمقايسات من أجل عمليات الفرز اللاحقة والدراسات الميكانيكية.
- بيولوجيا الاكتشاف: يدعم اختبار الفرضيات من خلال تصور كيفية دفع ظروف التجفيف لتوجيه البوليمرات الحيوية من النطاقات الدقيقة إلى النطاقات الكبيرة، مما يوفر معلومات حول الارتباط بالهدف تحت تأثير الإجهاد البيئي.
- الفحص: يتيح جاهزية المقايسة من خلال التحضير الموحد لمحاليل sacran والأنابيب الدقيقة وDNA في غرف بيئية مضبوطة.
- التحليلات: يقدم مخرجات كمية عبر تحليل الكثافة والسمك للنطاقات ثنائية الانكسار، مما يسمح بمقارنة حركية التكامل الذاتي عبر فئات البوليمرات الحيوية.
- الأبحاث الانتقالية: يربط بالاستمرارية قبل السريرية من خلال نمذجة التغيرات الهيكلية الناجمة عن التجفيف ذات الصلة بوظيفة الحاجز الظهاري أو إعادة تشكيل المصفوفة خارج الخلية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: يؤسس لمنصة قابلة لإعادة الاستخدام لتقييم استقرار صيغة البوليمرات الحيوية تحت إجهاد الجفاف، وهو أمر قابل للتطبيق عبر مشاريع متعددة.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: يقلل من الغموض الميكانيكي في التجميع الذاتي للبوليمرات الحيوية من خلال الملاحظة المباشرة للتكامل الموجه عند الواجهة البينية بين الهواء والسائل البلوري (air-LC interface).
- القيمة التشغيلية: يضمن إمكانية التكرار من خلال تجميع الخلايا الموحد، والتبخير المتحكم فيه بدرجة الحرارة، والمحاذاة البصرية الثابتة.
- القيمة الاستراتيجية: يحسن قرارات المضي قدماً أو التوقف (go/no-go) في اختيار البوليمرات الحيوية عن طريق التنبؤ بالنتائج الهيكلية الناجمة عن التجفيف في مرحلة مبكرة من عملية الاكتشاف.
- تأثير المحفظة: يتيح تحديد الأولويات لمرشحي البوليمرات الحيوية وفقاً للمخاطر بناءً على سلوك التكامل الذاتي والاستقرار التوجيهي.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في المجهر الاستقطابي والتعامل مع البوليمرات الحيوية تحت ظروف ترطيب محكومة.
- يعتمد على قضبان بصرية، ومستقطبات، ومصادر ضوء الهالوجين، وغرف بيئية لضمان تبخر مستقر.
- يستلزم توحيد معايير تحميل العينة، وإزالة الفقاعات، والإحكام لمنع ظهور عيوب حواف أثناء التجفيف.
- يتطلب التكييف عبر أنظمة النماذج المختلفة التحقق من التركيز، وتوافق المنظم (buffer)، وحركية النواة لكل بوليمر حيوي.
- تشمل القيود العملية الحساسية للاهتزاز، وتقلبات الرطوبة، والحاجة إلى ظروف تصوير المجال المظلم لتجنب التبييض الضوئي.
