Verfahren zur Herstellung Biofunktionelle Nanofasern

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, Nanofasern herzustellen, die mit funktionellen Gruppen dekoriert sind. Zunächst wird ein Blockcopolymer aus zwei Methoxystyrol- und Ethylenoxid-Einheiten über eine ionische Polymerisation synthetisiert und mittels Protonen-NMR-Spektroskopie charakterisiert. Anschließend wird die Lösung aus dem funktionalen Polymer und Einzelwand-Nanoröhren elektrogesponnen, um eine zusammengesetzte Nanofaser zu erhalten.

Dann bestimmen Sie das Spannungs-Verhalten der Nanofasern, nachdem diese dem Protein IgE ausgesetzt wurden. Letztendlich kann die Kombination von ANI und einer lebenden Polymerisation mit Elektrospinnen Nanofasern erzeugen, die mit funktionellen Gruppen dekoriert sind und in der Lage sind, an spezifische Proteine zu binden. Bei diesem Ansatz zur Herstellung biofunktionaler Nanofasern ermöglicht eine lebende Polymerisation die einfache Synthese biofunktionaler Polymere mit kontrollierten molaren Massen. Die Elektrospintechnik erlaubt zudem die Herstellung von Nanofasern, die mit funktionellen Gruppen dekoriert sind und gezielt mit Proteinen wechselwirken können.

Diese Methode kann wertvolle Erkenntnisse für die medizinische Diagnostik liefern. Sie kann außerdem auf andere Systeme angewendet werden, beispielsweise auf die Überwachung beliebiger einzelner Moleküle in der Umwelt, indem funktionelle Nanofasern in Kleidung, Automobile usw. eingearbeitet werden. Can I Poly erfordert äußerst strenge Bedingungen. Dieses Video soll Ihnen helfen, die für die Synthese eines Polymers und die anschließende Verarbeitung zu einer Nanofaser notwendigen Handgriffe zu beherrschen. Verwenden Sie Benzophenon als Indikator zur Dehydrierung von 200 Milliliter Tetrahydron über Natriummetall unter trockenem Stickstoffgas.

Trocknen Sie außerdem 10 Milliliter zweier Methoxystyrene über Calciumhydrid für 24 Stunden. Für den Polymerisationsreaktor. Bereiten Sie für diese Reaktion ein Kältebad vor, das bei minus 78 Grad Celsius gehalten wird, indem Sie eine Suspension aus Isopropanol und flüssigem Stickstoff verwenden.

Stellen Sie einen 100-Milliliter-Rundkolben mit einfachem Hals und einem konischen Außenkegel her. Verwenden Sie zwei Durchflussregeladapter mit Hähnen und einen Rührstab aus Teflon während des gesamten Reaktionsablaufs. Verwenden Sie ultrareinen Stickstoff, um das System inert zu halten.

Geben Sie 25 Mikroliter THF in den Polymerisationsreaktionskolben. Fügen Sie anschließend zwei Milliliter der Initiatorenlösung hinzu. Danach injizieren Sie vier Milliliter des ersten Monomeren und lassen die Reaktion 40 Minuten lang ablaufen.

Geben Sie nun ein Milliliter des zweiten Monomers zur Polymerisation bei Raumtemperatur für zwei Tage hinzu, beenden Sie die Polymerisation mit sechsmolarer Salzsäure und Methanol. Anschließend wird das Polymer durch Ausfällen in Hexan gereinigt und im Vakuumofen getrocknet; danach erfolgt die Charakterisierung des Polymers mittels NMR. Geben Sie die Kopplungsreagenzien in einen Dreihalskolben und trocknen Sie sie vier Stunden lang an einer Vakuumbleichung.

Anschließend 10 Milliliter trockenes Dichlormethan unter Stickstoff in den Kolben injizieren. Das Gemisch 12 Stunden bei Raumtemperatur unter Rühren reagieren lassen.

Filtrieren Sie das Reaktionsgemisch, um das Polymerpräzipitat zu gewinnen, waschen Sie es zweimal mit Hexan und Methanol, trocknen Sie das präzipitierte Polymer und stellen Sie es im Vakuumofen bei 40 Grad Celsius trocken. Bestimmen Sie abschließend die Polymerstruktur und -funktionalität mittels FTIR und HNMR. Lösen Sie 20 % des funktionalen Polymers in Chlorbenzol auf.

Bereiten Sie nun zwei Lösungen von Polystyrol in Chlorbenzol vor. Das Polystyrol mit dem höheren Molekulargewicht wird verwendet, um die Polymerverkettung zu verbessern und die für das Elektrospinnen erforderliche optimale Viskosität zu erreichen. Mischen Sie die Polymerslösungen, um ein Verhältnis von eins zu eins bzw. eins zu zwei der Polymere zu erhalten.

Dann 1 % einwandige Kohlenstoffnanoröhren zur Mischung hinzufügen und über Nacht umrühren. Bauen Sie die Elektrospinnvorrichtung mit einer Hochspannungsquelle von Glassman, einem Siliziumwafer, einer Spritze oder einer Chemikalienspritzenpumpe und einer Lampe zur Visualisierung des Verfahrens zusammen. Während des Fortschritts eine kleine Menge der Polymer-SWC-NT-Lösung in eine Spritze ziehen und die Spritze montieren.

Befestigen Sie nun die Klammer mit der Hochspannung am Nadelende der Spritze. Schalten Sie die Hochspannungsquelle ein, um mit dem Elektrospinnen zu beginnen, und stellen Sie das Spannungsmessgerät auf 10 Kilovolt ein. Drücken Sie anschließend den Kolben der Spritze langsam vorwärts.

Je nach Art der Polymere im Verbundmaterial können höhere Spannungen erforderlich sein, insbesondere wenn Nanofasern unter hundert Nanometern gewünscht sind. Demontieren Sie die Siliziumwafer und trocknen Sie diese vollständig über Nacht in einem Exsikkator. Um einen Gesamtüberblick über die Nanofasern zu erhalten, fertigen Sie zunächst ein Bild mit einem optischen Mikroskop an.

Danach ein Rasterelektronenmikroskop verwenden, um feinere Details wie Morphologie, Durchmesser und durchschnittliche Porengröße zu beobachten. Weitere Aufnahmen mittels Atomkraftmikroskop ermöglichen die Beobachtung der 3D-Oberflächenstruktur der Nanofasern. Ein kleines Stück Siliziumwafer, auf dem sich Nanofasern befinden, auf ein Mat-Tech-Substrat legen.

Gut abgedeckter Deckgläser. Geben Sie 10 Mikroliter fluoreszenzmarkierten Antikörper hinzu und inkubieren Sie eine Stunde lang. Waschen Sie dreimal mit PBS-BSA-Lösung, indem Sie die Lösung vorsichtig auf die Wand der Mat-Tech-Schale auftragen, die Schale vorsichtig von Hand schwenken und dann den Puffer mit einer Pipette entfernen, um die Bindung an IgE zu beobachten. Die Fasern werden mittels konfokaler Mikroskopie visualisiert.

Eine typische Probestation zur Bestimmung der anfänglichen Strom-Spannungs-Charakteristik der Nanofasern besteht aus ABOs und einem Mikro-Zoom-Mikroskop, einem Vakuumspannplatte-Stage für Mikropositionierer, einem Multimeter zur Spannungsmessung und einem Source-Meter zur Einspeisung geringer Ströme in die Fasern. Verbinden Sie zunächst zwei Mikropositionierer mit einer sehr niederohmigen Stromquelle und montieren Sie die Probearme der Mikropositionierer gegenüberliegend über dem Fasermat, wobei die Spitzen die Fasern berühren. Anschließend verbinden Sie zwei weitere Mikropositionierer mit einem digitalen Multimeter.

Befestigen Sie die Sondierarme zwischen den beiden anderen und setzen Sie die Spitzen auf die Fasermatte auf. Stellen Sie sicher, dass die vier Spitzen so kollinear wie möglich sind. Geben Sie unterschiedliche Strommengen ein, typischerweise im Nanoampere-Bereich.

Messen Sie nun den Spannungsabfall an den äußeren Spitzen für jede eingestellte Stromstärke. Erstellen Sie anschließend Strom-Spannungs-Diagramme und bestimmen Sie den Typ des durch den Fasermatten charakterisierten Bauelements. In dieser Methode wird das funktionelle Polymer von DNP durch ionische lebende Polymerisation hergestellt.

Der in der Polymerisation verwendete D-funktionelle Initiator wird durch eine Elektronentransferreaktion hergestellt. Dabei wird zunächst ein zwei Methoxystyrol-Monomer zum Initiator gegeben, gefolgt vom zweiten Monomer Ethylenoxid. Schließlich wird das lebende Polymer durch Methanol abgetötet.

Die Struktur des funktionalen Polymers wird mittels FTIR- und NMR-Spektroskopie bestätigt. Die FTIR zeigt das vollständige Verschwinden der breiten OH-Absorption, was auf eine quantitative Funktionalisierung mit der CDNP-Gruppe hinweist. Die Integration der Signale im NMR-Spektrum zeigt, dass die Polymere quantitativ funktionalisiert sind.

Anschließend werden die Polymere durch DCC-Kupplung funktionalisiert, um funktionelle DNP-Gruppen in diesem Geflecht aus leitfähigen Nanofasern einzubauen; die Bindungsspezifität von elektrogesponnenen DNP-Polymeren gegenüber dem IgE-Antikörper wird fluoreszenztechnisch nachgewiesen. Typischerweise lassen sich mithilfe eines Bildes einer Nanofaser unter einem Rasterkraftmikroskop die Abmessungen der Nanofasern bestimmen. REM-Aufnahmen zeigen, dass die Morphologie dieser Fasern linear und perlenartig ist.

Das übergeordnete Ziel besteht darin, Fasern herzustellen, die überwiegend linear sind. Eine Strom-Spannungs-Kurve von Matten aus Nanofasern zeigt ein omisches Verhalten eines Widerstands, wenn das Antigen an die Nanofasern gebunden ist. Eine Änderung des Widerstands deutet darauf hin, dass die funktionalisierten Fasern potenziell als aktive Komponente in Sensoren zur Einzelmolekül-Detektion eingesetzt werden können.

Das Arbeiten mit Lösungsmitteln wie Tetrahydrofuran, Dichlormethan, Chlorbenzol und Dimethylsulfoxid kann äußerst gefährlich sein, daher sind die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Dieser Ansatz kann innerhalb von fünf Tagen durchgeführt werden. Dies beinhaltet die Polymerisynthese und -charakterisierung sowie die Herstellung und Charakterisierung nichtfaserförmiger Materialien.

Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist es wichtig, daran zu denken, dass die anionische Polymerisation empfindlich gegenüber Produktverunreinigungen ist. Ich hoffe, das Video hat Ihnen gefallen, und viel Erfolg bei den Experimenten.