バイオ機能ナノファイバーを製造するための手順

本手順の全体的な目的は、官能基で修飾されたナノファイバーを作製することです。まず、アニオン重合により2つのメトキシスチレンとエチレンオキシドのブロック共重合体を合成し、プロトンNMR分光法によってその特性を評価します。次に、機能性ポリマーと単層カーボンナノチューブの溶液をエレクトロスピンし、複合ナノファイバーを作製します。

次に、タンパク質IgEに曝露した後のナノファイバーの電流電圧挙動を測定します。最終的に、ANIとリビング重合をエレクトロスピン法と組み合わせることで、特定のタンパク質に結合可能な官能基で修飾されたナノファイバーを製造できます。バイオ機能性ナノファイバーを製造するこの手法において、リビング重合により、分子量を制御したバイオ機能性ポリマーを容易に合成することが可能です。さらに、エレクトロスピン法を用いることで、タンパク質と特異的に相互作用できる官能基で修飾されたナノファイバーの調製が可能になります。

この手法は、医療診断に貴重な知見をもたらす可能性があります。また、機能性ナノファイバーを衣類や自動車などに組み込むことで、環境中の任意の単一分子をモニタリングするといった他のシステムにも応用可能です。Can I Polyには非常に厳格な条件が必要です。このビデオでは、ポリマーの合成およびその後のナノファイバーへの加工に必要な操作を習得するのに役立ちます。ベンゾフェノンを指示薬として用い、乾燥窒素ガス下でナトリウム金属を用いて200 millilitersのテトラヒドロフランを脱水してください。

また、重合反応器に使用するため、10 millilitersの2-メトキシスチレンを水素化カルシウムで24時間乾燥させます。この反応にあたり、イソプロパノールと液体窒素のスラリーを用いて、minus 78 degrees Celsiusに維持された低温浴を準備します。

標準テーパー外口を備えた100 mLの丸底単口フラスコを組み立てます。反応フロー全体に、ストップコック付きのフローコントロールアダプター2個とテフロン製攪拌棒1本を配置します。システムを不活性にするため、超高純度窒素を使用します。

重合反応フラスコに 25 µL の THF を加えます。次に、開始剤溶液 2 mL を加えます。続いて、1番目のモノマー 4 mL を注入し、40 分間反応させます。

次に、重合のために第2モノマーを1 mL加え、室温で2日間重合させ、6 M 塩酸とメタノールで重合を停止させます。その後、ポリマーをヘキサン中で沈殿させて精製し、真空オーブンで乾燥させ、NMRを用いてポリマーの特性評価を行います。カップリング試薬を三口フラスコに入れ、真空ラインで4時間乾燥させます。

次に、窒素雰囲気下で、乾燥した 10 milliliter のジクロロメタンをフラスコに注入します。室温で 12 時間、混合物を撹拌して反応させます。

反応混合物をろ過し、ヘキサンとメタノールで2回洗浄してポリマー沈殿を回収し、沈殿したポリマーを40 °Cの真空乾燥機で乾燥させます。最後に、FTIRおよびHNMRによってポリマーの構造と官能基を決定します。官能基化ポリマーの20%をクロロベンゼンに溶解させます。

次に、クロロベンゼンを用いた2種類のポリスチレン溶液を調製します。分子量の高いポリスチレンを使用することで、ポリマー鎖の絡み合いを改善し、エレクトロスピニングに必要な最適な粘度を得ることができます。これらのポリマー溶液を混合し、ポリマーの比率が1:1および1:2となるように調製します。

次に、1%の単層カーボンナノチューブを混合物に加えて一晩撹拌します。Glassman高電圧電源、シリコンウェハー、シリンジまたは化学シリンジポンプ、および手順を可視化するためのランプを用いて、電界紡糸装置を組み立てます。準備ができたら、少量のポリマーswc NT溶液を皮下注射用シリンジに吸い上げ、そのシリンジを装着します。

次に、シリンジの針に印加する高電圧のクリップを取り付けます。エレクトロスピニングを開始するために、高電圧電源をオンにし、電圧計を10 kilovoltsに調整します。その後、シリンジのプランジャーを押し始めます。

複合材に含まれるポリマーの性質によっては、より高い電圧が必要になる場合があり、特に100 nm以下のナノファイバーを得たい場合に顕著です。シリコンウェハーを取り外し、デシケーター内で一晩完全に乾燥させます。ナノファイバーの全体像を観察するため、まず光学顕微鏡で画像を取得します。

次に、走査電子顕微鏡を用いて、形態、直径、平均孔径などのより詳細な構造を観察します。さらに、原子間力顕微鏡で結像することにより、ナノファイバーの3Dトポグラフィーを観察することが可能です。ナノファイバーが付着したシリコンウェハーの小さな断片をマットテックの上に配置します。

ウェルカバーガラスを用意します。蛍光標識抗体を10 µL加え、1時間インキュベートします。その後、マトリックディッシュの壁面にPBS-BSA溶液を静かに分注し、手でゆっくりとディッシュを回して洗浄する操作を3回繰り返し、ピペットで緩衝液を除去してIgEとの結合を観察します。繊維は共焦点顕微鏡を用いて可視化します。

ナノファイバーの初期の電流-電圧特性を測定するために使用される典型的なプローブステーションは、ABOsおよびlo micro zoomo顕微鏡、マイクロポジショナー用の真空チャックステージ、電圧測定用のマルチメーター、およびファイバーへの低電流入力用のソースメーターで構成されています。まず、2台のマイクロポジショナーを非常に低電流の電源に接続し、マイクロポジショナーのプローブアームをファイバーマットの反対側に配置して、チップをファイバーに接触させます。次に、別の2台のマイクロポジショナーをデジタルマルチメーターに接続します。

プローブアームを他の2本の間に取り付け、チップをファイバーマット上に接地させます。4つのチップができるだけ直線上に並ぶようにしてください。通常、ナノアンペア（nA）範囲のさまざまな電流値を入力します。

次に、供給する電流の各強度において、外側端子間の電圧降下を測定します。続いて、電流-電圧特性図（I-Vプロット）を作成し、ファイバーマットによって特性評価されるデバイスの種類を決定します。本手法では、DNPの機能性ポリマーをアニオンリビング重合によって調製します。

重合に使用されるD機能性開始剤は、電子移動反応によって調製されます。この工程では、まず開始剤に2-メトキシスチレンモノマーを添加し、次に2番目のモノマーとしてエチレンオキシドを添加します。最後に、リビングポリマーをメタノールで停止させます。

機能性ポリマーの構造は、FTIRおよびNMR分光法によって確認されます。FTIRでは、OH基の幅広な吸収が完全に消失しており、CDNP基による定量的な機能化が行われたことが示されています。NMRスペクトルのピーク積分値により、ポリマーが定量的に機能化されていることが決定されます。

次に、DCCカップリングによってポリマーを機能化し、導電性ナノファイバーのマットに機能性DNP部位を組み込みます。電界紡糸したDNPポリマーのIgE抗体に対する結合特異性は、蛍光により実証されます。通常、原子間力顕微鏡によるナノファイバー画像で、ナノファイバーの寸法を測定できます。SEM画像は、これらのファイバーの形態が線状およびビーズ状であることを示しています。

全体の目的は、ほぼ直線的なファイバーを作製することである。ナノファイバーマットの電流電圧特性をプロットすると、抗原がナノファイバーに結合した際に抵抗器のようなオーム挙動を示す。抵抗値の変化は、この機能化ファイバーが単一分子検出用センサーの活性成分として応用できる可能性を示唆している。

テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロベンゼン、ジメチルスルホキシドなどの溶媒を取り扱う際は非常に危険を伴うため、適切な予防措置を講じてください。この手法は5日間で実施可能です。これにはポリマーの合成および特性評価、ならびにナノファイバーの作製および特性評価が含まれます。

この手順を行う際は、アノマー重合が生成物の不純物に敏感であることに留意することが重要です。このビデオがお役に立てば幸いです。実験の成功をお祈りいたします。