Heraproteiinifibrillien ja hiilinanoputkien tai hiilinano-sipulien välinen vuorovaikutus Osa 1

Tiivistelmä: Heraproteiini-isolaatti (WPI) fibrillit valmistettiin käyttämällä happohydrolyysin induktioprosessia.

Kun ihmiset kiinnittävät yhä enemmän huomiota terveelliseen elämään, muistista on vähitellen tullut kuuma huolenaihe. Kuitu on elintarvikkeiden ainesosa, jonka monet ihmiset yleensä jättävät huomiotta. Se liittyy läheisesti myös ihmisten terveyteen.

Kuitu on sulamatonta kasviselluloosaa, joka voi stimuloida suoliston peristaltiikkaa, edistää ulostamista, imeä ja vähentää veren lipidejä, verensokeria ja kolesterolia ihmiskehossa sekä vähentää liikalihavuuden ja sydän- ja verisuonisairauksien esiintymistä. Lisäksi fibrilli voi myös säädellä suoliston mikroekologian tasapainoa, edistää ravinteiden imeytymistä ja parantaa vastustuskykyä.

Samaan aikaan yhä useammat tutkimukset ovat osoittaneet, että fibrilli liittyy läheisesti muistiin. Kuidun kulutus voi edistää suoliston terveyttä, parantaa ihmisen aineenvaihduntaa ja parantaa kehon vastustuskykyä. Nämä liittyvät läheisesti ihmisen hermostoon, ja hermoston terveys on yksi ihmisen terveyden tärkeimmistä kulmakivistä.

Lisäksi ravintoaineet, kuten B-vitamiini, E-vitamiini ja runsaasti kuitua sisältävä sinkki, voivat myös edistää hermoston normaalia kehitystä ja toimintaa, parantaa ihmisen kognitio- ja oppimiskykyä sekä parantaa muistia.

Yhteenvetona voidaan todeta, että vaikka fibrilli edistää fyysistä terveyttä, se voi myös parantaa ihmisen muistia ja älykkyyttä. Meidän on kehitettävä hyviä ruokailutottumuksia ja lisättävä asianmukaisesti raakakuitua sisältävien elintarvikkeiden, kuten kauran, bataattien ja vihreiden lehtivihannesten, saantia hyvän terveyden ylläpitämiseksi ja hermoston terveen kehityksen edistämiseksi. Muisti auttaa meitä oppimaan nopeasti ja tavoittelemaan parempaa elämänlaatua, joten meidän tulee olla positiivisia. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistiamme, ja Cistanche voi parantaa muistia merkittävästi, koska se voi myös säädellä välittäjäaineiden tasapainoa, kuten nostaa asetyylikoliinin ja kasvutekijöiden tasoa, jotka ovat erittäin tärkeitä muistille ja oppimiselle. Lisäksi Cistanche voi myös parantaa verenkiertoa ja edistää hapen toimitusta, mikä voi varmistaa, että aivot saavat riittävästi ravintoa ja energiaa, mikä parantaa aivojen elinvoimaa ja kestävyyttä.

Napsauta tietää lisäravinteita parantaaksesi muistia

Hiilinanoputket (CNT) ja hiilinano-sipulit (CNO) valmistettiin metaanin katalyyttisen kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) avulla. WPI fibrilli-CNT ja WPI fibril--CNO valmistettiin hydrotermisellä synteesillä 80 ◦C:ssa.

Komposiitit karakterisoitiin SEM-, TEM-, FTIR-, XRD-, Raman- ja TG-analyyseillä. WPI-fibrillien CNT:iden ja CNO:iden välistä vuorovaikutusta tutkittiin. WPI-fibrillit CNT:iden ja CNO:iden kanssa muodostivat yhtenäisiä geelejä ja kalvoja. CNT:t ja CNO:t olivat erittäin dispergoituneita geeleissä. WPI-fibrillien hydrogeelit, joissa on CNT:itä (tai CNO:ita), voivat olla uusia materiaaleja, joita voidaan käyttää lääketieteessä tai muilla aloilla.

CNT:t ja CNO:t lyhensivät WPI-fibrillejä, joilla saattaa olla tärkeä tutkimusarvo fibroosisairauksien, kuten Parkinsonin ja Alzheimerin taudin, parantamiseksi. FTIR paljasti, että molemmilla CNT:illä ja CNO:illa oli vuorovaikutuksia WPI-fibrillien kanssa.

XRD-analyysi ehdotti, että suurin osa CNT:istä oli kääritty WPI-fibrilleihin, kun taas CNO:t olivat osittain käärittyinä. Tämä auttoi lisäämään CNT:iden ja CNO:iden biologista yhteensopivuutta ja vähentämään sytotoksisuutta. HR-TEM- ja Raman-spektroskopiatutkimukset osoittivat, että CNT:iden grafitoitumistaso oli korkeampi kuin CNO:iden.

WPI-fibrillien kanssa hybridisaation jälkeen CNT:issä syntyi lisää vikoja, mutta jotkin alkuperäiset viat hylättiin CNO:issa. TG-tulokset osoittivat, että muodostui uusi vaihe WPIfibril-CNT:istä tai CNO:ista.

Avainsanat: heraproteiinifibrillit; hiilinanoputket; hiilinano-sipulit; komposiitit; vuorovaikutusta.

1. Johdanto

Heraproteiini on yleistä ja sitä saa helposti naudanmaidosta. Oli käytännön merkitystä valmistaa heraproteiini-isolaatti (WPI) fibrillejä. Nykyään herakomponentteihin perustuvat itsekokoontuvat damyloidifibrillit ovat tärkeä tutkimusala [1–3].

Yleensä amyloidifibrillit ovat peräisin yhteydestä amyloidoosiin. Esimerkiksi isletamyloidipeptidi liittyy diabetekseen ja -amyloidiproteiini Alzheimerin tautiin [4].

Proteiinifibrillejä voidaan myös syntetisoida in vitro. Lisäksi laktoglobuliini (-lg) voi koota itse fibrillaarisia proteiineja [5,6]. -lg on pallomainen proteiini, jonka molekyylipaino on 18 400 g·mol-1 ja säde noin 2 nm [7].

Se voi indusoida fibrillien muodostumista pitkäaikaisessa kuumennuksessa (6–24 tuntia) 80 ◦C:ssa ja sen pH on 2 ja ionivahvuus alhainen [8]. Fibrillien keskipituus on 1–8 µm ja halkaisija noin 4 nm [9].

Näiden fibrillien proteiinipitoista materiaalia pitävät yhdessä molekyylien väliset -levyt [10]. Fibrillien muodostumisen aikana -arkkien määrä kasvaa. Hiilinanoputket (CNT) ovat onttoja putkia, jotka on valmistettu monikerroksisista grafiittilevyistä, jotka pyörivät ja kiertyvät saman akselin ympäri. tietyssä kulmassa [11].

Niiden halkaisijat vaihtelevat välillä 0,4 (SWCNT) - 100 nm (MWCNTs); niiden pituus voi olla useita mikroneja; ja niillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kemiallinen stabiilisuus ja suuri ominaispinta-ala [12]. Hiilinanoputkia käytetään usein täytemateriaaleina nanokomposiittimateriaalien valmistukseen matriisimateriaalien mekaanisen käyttäytymisen parantamiseksi.

Hiilinanoputkien biologisia sovelluksia on myös tutkittu laajasti, kuten biosensoreissa, lääkkeiden ja rokotteiden toimittamisessa, kudostekniikassa [13] ja uusissa biomateriaaleissa [14]. Koskemattomilla CNT:illä on kuitenkin huono liukoisuus ja mahdollinen sytotoksisuus [15]. Kiinnittyneet biomakromolekyylit, kuten proteiini, DNA ja RNA, voivat edistää CNT:iden hajaantumista [16].

Fysikaaliset vuorovaikutukset biomakromolekyylien kanssa voivat muuttaa niiden biologista aktiivisuutta in vivo [17]. Funktionalisoinnin ja muuntamisen jälkeen CNT:t voivat ladata erityyppisiä lääkkeitä kohdennettuihin tarkoituksiin [18]. Bioyhteensopivat CNT-pohjaiset järjestelmät voivat ladata useita terapeuttisia, kohdentavia ja koettavia aineita syövän hoitoon.

On osoitettu, että funktionalisoidut CNT:t voivat läpäistä plasmakalvon eri mekanismeilla, erityisesti endosytoosin kautta [19–21]. Hiilinano-sipulit (CNO) sisältävät useita samankeskisiä fullereenin kuoria.

Niiden häkin sisällä olevat rakenteet tuottavat ainutlaatuisia fysiokemiallisia ominaisuuksia. Toisin kuin muut hiiliallotroopit [22,23], CNO:t ovat yhtä tärkeitä kuin CNT:t ja fullereenit, jotka ovat ihanteellisia lääkkeiden annostelutarkoituksiin, koska ne pystyvät pysymään systeemisessä verenkierrossa tuntikausia, mikä lisää niiden mahdollisuuksia päästä kohdealueelle [24–28].

Kudostekniikassa modifioidut CNO-telineet osoittavat kudoksen regeneraatiokykyä [28]. Kaukopunaisia ​​fluoresoivia CNO:ita on kehitetty solukuvaustarkoituksiin [29].

Tästä valtavasta potentiaalista huolimatta näyttää siltä, ​​että tämän uuden nanojärjestelmän rooli biolääketieteen alalla on jäänyt huomiotta useiden vuosien ajan. Proteiinifibrillien ja hiilinanomateriaalien järjestelmien tutkimuksella on suuri merkitys ihmisten sairauksien hoidossa, hiilinanomateriaalien sytotoksisuuden vähentämisessä ja uusien teknologioiden kehittämisessä.

Amyloidifibrillien muodostuminen in vivo voi johtaa erilaisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin ja Parkinsonin hermostoa rappeutuviin sairauksiin. Tutkijat etsivät aineita, jotka voivat estää amyloidifibroosia tai tuhota amyloidifibrillejä [30,31]. Taulukossa 1 on yhteenveto joistakin tutkimuksista hiilinanomateriaalien vuorovaikutuksesta amyloidifibrillien kanssa [32].

Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että hiilinanomateriaalit voivat olla vuorovaikutuksessa erilaisten biologisten proteiinien kanssa [33]. CNT:t ovat biologisessa liuoksessa adsorboituneiden biologisten makromolekyylien peitossa niiden suuren ominaispinta-alan ja hydrofobisen pinnan vuoksi [34].

Adsorboituneet proteiinit kerääntyvät hiilinanomateriaalien pinnalle muodostaen "proteiinikruunun" [34]. CNT:n ja proteiinien välisellä vuorovaikutuksella on myös tärkeä rooli -arkkien muodostumisessa.

Ghule et ai. havaitsi, että moniseinäiset hiilinanoputket (MWCNT) tarjosivat vuorovaikutuspinnat proteiinien adsorptiolle tai kapseloinnille. Tämä saattaa estää proteiinien ei-polaarisen pinnan kykyä sitoa proteiinifibrillejä, mikä estää proteiinia fibroosin lisääntymisestä [35].

Jana ja Sengupta [36] ja Wei et ai. [37] tutki A-peptidin itsekokoonpanoa yksiseinäisten hiilinanoputkien (SWCNT) läsnä ollessa molekyylidynamiikan (MD) simulaatiolla. A-peptidi on lyhyt amfifiilinen peptidi, ja sen aggregoituminen liittyy läheisesti Alzheimerin taudin patogeneesiin [38]. CNT:iden vahva hydrofobinen vaikutus voi auttaa paikantamaan peptidejä SWCNT:iden pinnalta.

Tämä estää peptidien diffuusion ja estää fibroosia. Proteiinit, kuten insuliini, lysotsyymi, -laktoglobuliini ja sytokromi c, voivat muodostaa kuvion grafiitille [39,40]. Tämä nanokuvioitu grafiitti pystyy ohjaamaan amyloidifibrillien kohdistusta mallipohjaisesti [39]. Myös fullereenien ja proteiinimateriaalien välistä vuorovaikutusta on tutkittu.

ThT-fluoresenssimittausten avulla Kim ja Lee havaitsivat, että fullereeni voi estää proteiinin fibroosia. Fullereeni voisi spesifisesti sitoutua keskeiseen hydrofobiseen KLVFF-motiiviin, mikä estää A-peptidin aggregaatiota [41].

Havaittiin, että hydratoidut fullereenit eivät voi ainoastaan ​​tuhota kypsiä amyloidifibrillejä, vaan myös estää uusien fibrillien muodostumisen [42]. Podolski et ai. havaitsi, että hydratoidut fullereenit voivat tehokkaasti estää A 25–35:n aggregaation [43].

CNO:iden ja amyloidifibrillien välisestä vuorovaikutuksesta on vähän tutkimuksia. CNO:t ovat uusi allotrooppi, jolla on alhainen toksisuus ja hyvä biologinen yhteensopivuus. CNO:n ja amyloidifibrillien välisen vuorovaikutuksen tutkiminen on toivottavaa.

Toisaalta joitain hiilinanomateriaaleja on yhdistetty biologisiin makromolekyyleihin hybridinanokomposiittien valmistamiseksi kudostekniikkaa tai lääkkeiden antoa varten niiden mekaanisten ja sähköisten etujen vuoksi [55–57].

Amyloidifibrilleillä on myös tiettyjä mekaanisia käyttäytymismalleja ja aminohappopintoja, joita käytetään nanolankojen [58], hydrogeelien [59], kuitusolujen tukirakenteiden [60,61] ja kiinteiden funktionaalisten orgaanisten kalvojen [62] valmistukseen. Proteiinit kiinnitetään CNT:iden pintoihin monomeeri-oroligomeerien muodossa [63,64] niiden vesiliukoisuuden parantamiseksi ja sytotoksisuuden vähentämiseksi.

CNT muuttaa proteiinifibrillien rakenteellisia ominaisuuksia hybridisaation ja rekombinoinnin avulla kohdentaakseen terapeuttisten lääkkeiden toimituksen in vivo ja tuhotakseen syöpäsoluja [64,65]. Hendler et ai. käytti "yhteiskokoonpano"-menetelmää muodostaakseen hybridiamyloidi-fullereeni-komposiittifibrillejä [66], joita käytetään värinerotusnanomarkkerien, diagnostisten materiaalien ja optoelektronisten laitteiden valmistukseen.

Proteiinifibrillien ja hiilinanomateriaalien erityisominaisuudet (kuten hiilinanomateriaalien mekaaniset ja sähkömagneettiset ominaisuudet sekä proteiinimateriaalien biologiset ominaisuudet) voivat hyödyttää toisiaan, ja niiden yhdistelmä laajentaa suuresti näiden kahden nanomateriaalin käyttöalueita.

Proteiinifibrillien ja hiilinanomateriaalien välisen vuorovaikutuksen ymmärtämiseen on kuitenkin vielä pitkä matka. Tässä tutkimuksessa tutkimme WPI-fibrillien vuorovaikutusta CNT:iden (tai CNO:iden) kanssa ja karakterisoimme WPI-fibrilli-CNT:iden (tai CNO:iden) komposiitteja SEM:n, TEM:n, XRD:n, Ramanin, FTIR:n ja TG:n avulla. WPI fibrillit valmistettiin käyttämällä happohydrolyysin induktioprosessia. WPI fibrilli-CNT (tai CNO) komposiitit valmistettiin käyttämällä hydrotermistä synteesiä.

2. Materiaalit ja menetelmät

2.1. WPI fibrillien muodostuminen

WPI-1 ostettiin Davisco Foods International Inc:ltä (97,8 % ilman lesitiiniä, NM, USA) ja WPI-2 ostettiin Hilmar Ingredientsiltä (90,39 % lesitiinin kanssa, Hilmar, CA, USA).

Varastoliuos (noin 6 paino-%) valmistettiin liuottamalla WPI Millipore-veteen. Liuoksen pH säädettiin sitten arvoon 4,75 lisäämällä 1 M HCl:a, mitä seurasi sentrifugointi (10, 000 rpm, 60 min, 4 ◦C) ja supernatantin suodatus (FP 030/ 0,45 µm, Schleicher ja Schuell). Suodatuksen jälkeen suodatetun liuoksen pH säädettiin arvoon 2 käyttämällä 6 M HCl:a.

Kantaliuoksen proteiinipitoisuus määritettiin käyttämällä UV-spektrofotometriä (UV-1800PC, MAPADA, Shanghai, Kiina) ja kalibrointikäyrää tunnetuista WPI-pitoisuuksista aallonpituudella 278 nm.

Kantaliuos laimennettiin proteiinipitoisuuteen 2 paino-% HCl-liuoksella, jonka pH oli 2. Sitten WPI-liuosta kuumennettiin ja sekoitettiin (noin 290 rpm) 20 tuntia 80 °C:ssa fibrillien muodostamiseksi.

2.2. CNT:t ja CNO:t Valmistelu

2.2.1. CNT:iden valmistus

La2NiO4-katalyytin valmistus: La(NO3)3·6H2O ja Ni(NO3)2·6H2O (molaarisuus La/Ni=2:1) liuotettiin deionisoituun veteen, sitten lisättiin sitruunahappoa. Liuosta kuumennettiin 80 ◦C:ssa 1 h sekoittaen ja lopuksi se muuttui kolloidiseksi aineeksi.

Kolloidinen aine kalsinoitiin muhveliuunissa (10 ◦C/min ilmassa; 300 ◦C 1 h, sitten 800 ◦C 5 h). Metaanin katalyyttinen kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) CNT:iden valmistamiseksi: Kiinteä- petikaasu-kiinteä katalyyttinen reaktori otettiin käyttöön metaani CVD: ssä CNT: n valmistamiseksi.

La2NiO4-katalyytti (0,5 g) sijoitettiin kvartsiveneiden sisään putkimaiseen kvartsireaktoriin. Ensin reaktorin huuhteluun käytettiin typpeä (30 ml/min) 30 minuutin ajan ja sitten vetyä (10 ml/min) La2NiO4:n pelkistämiseen 600 ◦C:ssa 1 tunnin ajan.

Myöhemmin kaasu vaihdettiin metaaniin (60 ml/min) katalyyttistä CVD:tä varten 800 ◦C:ssa 8 tunnin ajan CNT:iden syntetisoimiseksi. CNT:iden puhdistus: Katalyytteihin sekoitetut CNT:t puhdistettiin 0,1 M typpihapossa 80 °C:ssa. ◦C sekoittaen 5 tuntia.

Se suodatettiin ja pestiin deionisoidulla vedellä viisi kertaa. Lopuksi näytettä kuivattiin 120 ◦C:ssa 6 tuntia.

2.2.2. CNO:iden valmistus

Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen verkkojen esikäsittely: SS316 ruostumattomasta teräksestä valmistettuja verkkoja, joiden mitat olivat 20 mm × 20 mm, puhdistettiin ultraäänellä 30 minuutin ajan 0,1 M HCl-liuoksessa. Sitten teemat asetettiin putkimaiseen kvartsireaktoriin.

Kvartsiputkeen johdettiin typpikaasua kuljettavaa vesihöyryä (90 ◦C vesihöyryä). Kvartsiputki kuumennettiin 300 ◦C:seen 1 tunniksi. Ruostumattoman teräksen pintaa käytettiin katalyytin kantajana tällaisen käsittelyn jälkeen.

Katalyytin lataus: Yllä oleva esikäsitelty ruostumaton teräsverkko upotettiin nikkeloksalaattiliuokseen. Sitruunahappoa lisättiin sekoittaen 1 tunnin ajan. Liuos kuumennettiin 80 ◦C:seen ja lopulta muuttui kolloidiksi. Kolloidi- ja ruostumattomasta teräksestä valmistetut verkot laitettiin upokkaaseen ja kalsinoitiin muhveliuunissa (Zhonghuan, Tianjin, Kiina) 900 ◦C:ssa (10 ◦C/min, ilmassa) 3 tuntia.

Lopuksi saatiin ruostumaton teräsverkko, joka oli ladattu katalyytillä. Metaanin katalyyttinen CVD CNO:iden valmistamiseksi [67]: Käytettiin myös kiinteäkerroskaasureaktoria (Zhonghuan, Tianjin, Kiina). Ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkkokatalyytti asetettiin kvartsiputkeen.

Typpeä (30 ml/min) käytettiin reaktorin puhdistamiseen huoneenlämpötilassa 1 tunnin ajan, sitten lämpötila nostettiin reaktiolämpötilaan 900 ◦C ja typpi vaihdettiin metaaniksi (30 ml/min) 8 tunnin ajaksi katalyyttistä krakkausta varten. .

Lopulta metaani vaihdettiin takaisin typpikaasuksi ja reaktori jäähdytettiin huoneenlämpötilaan. Lopuksi ruostumattomasta teräksestä valmistettu verkkokatalyytti ja CNO:t otettiin pois. CNO:iden puhdistus: CNO-näyte seulottiin ensin vapaiden katalyyttihiukkasten poistamiseksi.

Sitten se sekoitettiin väkevän HNO3:n kanssa ja refluksoitiin 90 °C:ssa 40 tuntia. Laimentamisen ja jäähdytyksen jälkeen sitä sentrifugoitiin 4000 rpm 10 minuuttia ja happoliuos poistettiin.

Loput CNO:t huuhdeltiin perusteellisesti tislatulla vedellä useita kertoja, kunnes saavutettiin neutraali pH. Lopuksi puhdistetut CNO:t kuivattiin.

2.3. WPI-fibril-CNT:iden (tai CNO:iden) valmistelu

WPI fibrilli-CNT:t (tai CNO:t) syntetisoitiin hydrotermisellä menetelmällä. CNT:t (tai CNO:t), joiden pitoisuudet olivat {{0}}.05 painoprosenttia, 0,10 painoprosenttia ja 0,15 painoprosenttia, sekoitettiin deionisoituun veteen ja käsiteltiin ultraäänellä 30 minuutin ajan dispergoimiseksi. niin hyvin kuin mahdollista.

Sama määrä WPI-fibrilliliuosta lisättiin ja sekoitettiin magneettisekoituksella 30 minuuttia. Sitten seos kaadettiin autoklaavireaktoriin (Hongchen, Xi'an, Kiina) hydrotermistä reaktiota varten (80 °C, 20 h).

Tämän jälkeen tuote jäähdytettiin huoneenlämpötilaan, autoklaavi avattiin ja seos otettiin pois. Tuotetta kuivattiin uunissa (60 ◦C) 48 tuntia.

For more information:1950477648nn@gmail.com