A tejsavófehérje-szálak kölcsönhatása szén nanocsövekkel vagy szén-nanohagymával 2. rész

2.4. Jellemzés

Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM): A minta felületi morfológiáját és szerkezetét JSM{0}}F pásztázó elektronmikroszkóppal (JEOL, Tokió, Japán) elemeztük.

Az utóbbi években a tudomány és a technika folyamatos fejlődésével egyre több tanulmány igazolta, hogy az elektronmikroszkópok pozitív hatással vannak a memória javítására. Az elektronmikroszkópok egy modern tudományos műszer, amely elektronsugarat használ a minták felületének letapogatására és nagy felbontású képek készítésére. Alkalmazásának széles skálája van, például anyagtudomány, biomedicina, nanotechnológia és más területeken.

Szóval, hogyan javítják az elektronmikroszkópok a memóriánkat? Először is, az elektronmikroszkópok javíthatják vizuális észlelésünket. Nagy felbontású képalkotási jellemzői révén lehetővé teszi számunkra, hogy tisztább és finomabb részleteket lássunk, ezáltal javítva megfigyelési és észlelési képességeinket.

Másodszor, az elektronmikroszkópok elősegíthetik agyunk tanulását és memóriáját is. Mivel a fejlett elektronmikroszkópok segítségével finomabb struktúrákat és textúrákat látunk, jobban megérthetjük és emlékezhetünk ezekre a tartalmakra. Például a biológiai sejtek finom szerkezetének, a kémiai anyagok összetett kémiai szerkezetének stb. megtekintése mély benyomást hagyhat agyunkban, és javíthatja tanulási és memóriaképességünket.

Végül, az elektronmikroszkópok is segíthetnek jobb tudományos kutatásban és feltárásban. Az elektronmikroszkópok megfigyelésével mélyrehatóan elemezhetjük az anyagok szerkezetét, kémiai összetételét stb., hogy jobban megértsük a dolgok lényegét és alapelveit, megvalósítva ezzel a tudományos ismeretek felhalmozódását és feltárását.

Összefoglalva, az elektronmikroszkópia nagy jelentőséggel bír az emberi megismerés és tudásfelhalmozás szempontjából. Javíthatja tanulási és memóriaképességünket, elősegítheti az emberi tudás felhalmozódását és fejlődését, valamint kiemelkedően hozzájárulhat az emberi fejlődéshez és haladáshoz. Látható, hogy javítanunk kell a memóriánkat, a Cistanche deserticola pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola egy hagyományos kínai gyógyanyag, számos egyedi hatással, amelyek közül az egyik a memória javítása. A Cistanche deserticola hatékonysága a benne található különféle hatóanyagoknak köszönhető, beleértve a csersavat, poliszacharidokat, flavonoid glikozidokat stb. Ezek az összetevők számos módon elősegíthetik az agy egészségét.

Kattintson a Tudás gombra a rövid távú memória javításához

A SEM-fotók tisztábbak voltak, miután 10 percig arannyal permetezték be őket, mielőtt transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM, JEM-2010, Tokió, Japán) megfigyelték őket. A mintát hígítottuk és ultrahanggal diszpergáltuk. Egy oldatcseppet egy rézrácson lévő szénhordozó fóliára helyeztünk.

15 másodperc elteltével a felesleges részt szűrőpapírral eltávolítjuk. Ezt követően egy csepp 2%-os uranil-acetátot helyeztünk a rácsra, és 15 másodperc múlva ismét eltávolítottuk. Az elektronmikroszkópos felvételek JEOL elektronmikroszkóppal (JEM-2010, Tokió, Japán) készültek, amely 100 kV-on működött.

Fourier transzformációs infravörös spektrum (FTIR): Fourier transzformációs infravörös spektrométert (Nicolet iS10, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) használtunk. A kompozit anyagot és a kálium-bromidot 1:100 tömegarányban lemértük, és infravörös lámpa alatt 10 percig őröltük, hogy egyenletesen elegyedjenek.

A tömörítés után felvettük az FTIR spektrumokat. A pásztázási tartomány 400-4000 cm-1, a felbontás 4 cm-1 volt. Röntgendiffrakció (XRD): A kompozitok kristályszerkezetét MAXima-X XRD-7000 röntgendiffraktométerrel jellemeztük ( Tokió, Japán) a következő beállításokkal: Cu K-sugár, 40 kV, 2θ 5◦-tól 80◦-ig. Raman spektroszkópia: A Raman spektrumokat HORIBA HR800 (Párizs, Franciaország) készüléken határoztuk meg 514 nm-es lézerrel.

Termogravimetria (TG): A kompozitok levegőben való termikus stabilitását NETZSCH STA449 F3 szinkron hőelemzővel (Selb, Németország) jellemeztük. A fűtési tartomány 30-700 ◦C, a fűtési sebesség 10 ◦C/perc.

3. Eredmények és megbeszélés

3.1. WPI rostok

A WPI-1 (lecitin nélkül) szálas oldat átlátszó és színtelen volt (1(a1) ábra). A szálakat polarizált lapok kettős törésén keresztül lehetett megfigyelni. A WPI-2(lecitinnel) szálas oldat barna volt (1(a2) ábra).

Sötét színük miatt nehéz volt megfigyelni a rostokat a kettős törési lapokon keresztül. Wang és mtsai. beszámoltak arról, hogy tejsavófehérje-koncentrátum (lecitint tartalmazó WPC) fibrillumot tartalmazó oldatuk 5 órán belül fokozatosan átlátszó világossárgáról sötétbarnára változott (80 ◦C, pH 1,8).

Úgy vélték, hogy Maillard-reakció játszódik le, mivel a szálak kialakulása során a WPC hidrolízisével kis peptidek keletkeztek [68]. Ebben a vizsgálatban a WPI-oldatokat lecitinnel vagy anélkül egyaránt felhasználták a WPI-szálas oldat elkészítéséhez.

Ez az első alkalom, hogy valaki bebizonyította, hogy a barnulás nem a peptidekkel való Maillard-reakciónak köszönhető, míg a lecitin volt az oka a WPI barnulásának a rostok előállítása során.

A WPI-1 (97,80% fehérjetömeg-frakció lecitin nélkül) és WPI-2 (90,39% lecitintartalmú fehérjetömeg-frakció) fibrillák TEM-eredményeit az 1b, c. ábra mutatja. Megfigyelhető, hogy a fibrillák véletlenszerűen oszlottak el az oldatban.

A WPI fibrillák hossza körülbelül 2 µm volt. Mantovani et al. értékelte a szójabab lecitin hatásait a tejsavófehérje rostok képződésére. A hőkezelés során a szójalecitinnek nem volt szignifikáns hatása a rostképződés sebességére vagy a fehérje másodlagos szerkezetének konformációjára [69].

Az 1c. ábrán látható eredmények azt mutatják, hogy a WPI-tartalmú lecitinnel előállított fibrillumok bizonyos agglomerációval és sötét színűvel rendelkeztek, ami azt jelzi, hogy a lecitin egyenletesen tapadhat a WPI-szálakhoz, így a rostoldat színe sötétebb lesz.

Ez összhangban van azzal a korábbi megfigyeléssel, hogy a lecitin elsötétítheti a WPI színét.

3.2. CNT-k és CNO-k

A 2a és b ábra a CNT-k TEM- és HR-TEM-képeit mutatja. A CNT-k átmérője körülbelül 30 nm volt, többrétegű grafitfalakkal. A La2NiO4 katalizátort hidrogénnel redukálták a metános krakkolás előtt.

A redukciót követően a perovszkitszerű katalizátor felületén a „--La--Ni--La--Ni--” rendezett struktúrák alakultak ki (: oxigénvacancy) . Az oxigénhiány helyet biztosított a felszínen a metán adszorpciójához.

Megállapították, hogy a metán megrepedése az oxigénhiány közelében lévő Ni-helyeken fordul elő. A --La--Ni--La--Ni-- szerkezete gátolt a Ni-részecskék aggregációja biztosította a nanofém-Ni-katalizátorok nagy koncentrációjának meglétét a felületen. A nano-Ni szükséges feltétele volt a CNT-k növekedésének [70].

A 2c és d ábra a CNO-k TEM és HR-TEM képét mutatja. A tisztítás után néhány szénhagyma mag üregessé vált. Az üreges magok átmérője körülbelül 100 nm. A HR-TEM képek egyértelműen mutatták a CNO-k többrétegű grafitizált szerkezetét. A Fe-Ni ötvözet volt a szén nano-hagymaképződésének magképző központja. A metán először Fe-Ni-on bomlott le szénatomokra.

A szénatomok behatoltak az ötvözetbe, és fémkarbidokat képeztek. A fém-karbid katalizátorok körül a metán tovább repedt, és többrétegű grafitos szerkezet alakult ki [67].

A HR-TEM felvételeken megfigyelhető, hogy a CNT-kben a grafitos rétegek nem teljesen párhuzamosak egymással, ami hibák meglétére utal. A CNO-kban néhány grafitos szénhéjhálózat nem volt tökéletesen lezárva, ami további hibák meglétére utal.

3.3. WPI Fibrill–CNT (CNO) kompozitok

Általánosságban elmondható, hogy a WPI fibrill–CNT (vagy CNO) kompozitok viszonylag egységes kolloid szerkezetet mutattak, amint az a 3. ábrán látható. A CNT-k és CNO-k erősen hidrofób felülete miatt eredeti formájukban nehezen tudtak spontán diszpergálni a vízben.

A fehérjefibrillumok amfifilek voltak, amelyek hatékonyan tudták adszorbeálni és kötődni a szén nanorészecskék grafit felületéhez, biztosítva a szükséges vízoldhatóságot és biokompatibilitást [71,72].

Mivel a tejsavófehérje-szálak is amfifilek voltak, ez segített megoldani a CNT-kkel és CNO-kkal kapcsolatos diszperziós problémát.

A 3a. ábrán látható WPI fibrill-CNT mintánál (CNT-k: 0,05 tömeg%), néhány agglomerált CNT-részecskét figyeltek meg a kolloidban. Egyes tanulmányok arról számoltak be, hogy a tejsavóprotein hatékony és szelektív diszpergálószer lehet bizonyos átmérőjű CNT-k esetében.

A tejsavófehérje felületén található lehetséges aktív kötőhelyek jobban illeszkedtek bizonyos CNT-k görbületeihez [54]. Feltételezték, hogy a magasabb CNT-koncentrációjú kompozitokban aggregációk léphetnek fel.

Több CNT vagy CNO hozzáadásával a kompozitok viszkozitása nőtt. A WPI fibrill-szén nanokompozit gélek szárítása után a WPI fibrill-CNT-k kevésbé egységesek, de fényesebbek voltak, mint a WPI fibrill-CNO-k (3c, f ábra).

A WPI fibrill–CNO-k ideális funkcionális biofilm anyagok lehetnek. A 3a, d ábrákból látható, hogy a WPI fibrill–szén nanoanyagok mindegyike egyenletesen gélesedett. A szén nanoanyagok hozzáadása előtt a WPI fibrillumok oldatai nem voltak zselatinosak ennél a fehérjekoncentrációnál. Sem az egyes CNT-k, sem a CNO-k nem voltak zselatinosak vizes oldatban.

Hidrotermális folyamat nélkül a WPI-szálak és a CNT-k (WPI-szálak és CNO-k) keverékei nem voltak gélek. A kompozitok csak hidrotermális eljárással váltak kolloidlá. Egyes szerzők arról számoltak be, hogy az amiloidfibrill alapú hidrogélek fizikai és szerkezeti tulajdonságait is megváltoztathatják CNT-k jelenlétében [73].

Ez azt jelenti, hogy a fehérjefibrillumok és a CNT-k bizonyos körülmények között kölcsönhatásba léptek. A gélképződést a következő tényezők okozhatják: (i) a WPI fibrillák fibrilláris szerkezete elősegítheti a gélképződést; (ii) az autoklávban a hidrotermális folyamat során a melegítés és nyomás elősegítheti a kompozit zselatinát; (iii) a karbonnanoanyagok negatív töltésű felületekkel rendelkeznek, amelyek kölcsönhatásba lépnek a pozitív töltésű fehérjeszálakkal, és géleket képeznek, ami filmképződés lehetőségére utal [32]. A 4a, e ábra a WPI fibrill–CNT-k és WPI fibrill–CNO-k SEM-képeit mutatja.

Megfigyelhető a diszpergált CNT-k és CNO-k morfológiája. A WPIfibril–CNO-k (4e. ábra) diszperziója jobb volt, mint a WPI fibrill–CNT-ké (4a. ábra), alátámasztva a 3. ábrán látható információkat. A WPI fibrill–CNT-k (4b. ábra) és WPI fibrill–CNO-k (4f. , WPI fibrillumok és CNT-k figyelhetők meg; hasonlóan WPI-szálak és CNO-k is léteztek.

Nem figyeltek meg nyilvánvaló károsodást a CNT-kben vagy a CNO-kban a WPI-szálakkal történő hibridizációt követően (4c, g ábra). Azonban a kompozitokban lévő WPI fibrillumok hosszának jelentős csökkenése látható a 4d, h ábrán.

A WPI fibrillumok hosszát 2 µm-ről kb. 200 nm-re rövidítettük a WPI fibrill–CNT és WPI fibrill–CNO kompozitokban is. A rövid fibrillák kis klasztereket alkottak.

Ennek lehetséges okai a következők: (i) a fibrillumok intermolekuláris erejének megsemmisülése gőznyomás alatt az autoklávban; (ii) a szén nanorészecskék Brown-mozgása nyomás alatt szintén a WPI szálak lebomlását okozhatja; (iii) a WPI-fibrillumok fordulópontja közelében összehajtogatott rostkötegek eltorzultak és megsemmisültek [74,75].

Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a CNT-k és a CNO-k elpusztíthatják a WPI-szálakat és gátolhatják a további fehérjefibrózist hidrotermális körülmények között. Ennek a megállapításnak fontos kutatási értéke lehet a jövőben a szervfibrózis és az in vivo fehérjefibrózis célzott terápiájában.

Molekulaszimuláció segítségével a kutatók arról számoltak be, hogy a szén nanocsövek és a fullerén megakadályozták az amiloid-peptid oligomerek másodlagos szerkezetének kialakulását [76–78]. Az 5. ábra a WPI fibrill-szén nanokompozitok FTIR eredményeit mutatja.

Általában egyértelmű volt, hogy a WPI fibrillák-CNO-kon a funkcionális csoportok jelei erősebbek voltak, mint a WPI fibrillák-CNT-eken, ami erősebb kölcsönhatást mutat a WPI-szálak és a CNO-k között.

Ez előnyös lehet a CNO-k diszperziójában és a homogén gél kialakításában. Ez az eredmény összhangban volt a vizuális megfigyeléssel. A hidroxilcsoport nyújtási rezgéscsúcsa 3500 cm-1-nél, az amid I sáv N-H nyújtási rezgéscsúcsa pedig körülbelül 3280 cm-1-nél jelent meg. A 3000 és 2800 cm−1 közötti csúcs a C–H kötés nyújtó rezgését okozta.

Az 1400–1300 cm−1-es abszorpciós sáv a C–H és C–OH rezgések változó szögű rezgésének tulajdonítható. Az 1260–1000 cm−1 tartományt a C–OH nyújtórezgés okozta. Savas vizes oldatban a CNT-k és CNO-k könnyebben hordoztak hidroxilcsoportokat a felszínen [79].

Az FTIR spektrumok jellegzetes csúcsai nemcsak a kompozitok funkcionális csoportjainak, hanem a fehérjék másodlagos szerkezetének elemzésére is alkalmasak voltak.

Az 5. ábrán látható, hogy az amid sáv rezgéstípusai a következők voltak: az amid I sáv C=O (1640 cm−1) nyújtó rezgéscsúcsa, az amid II sáv hajlító rezgése NH síkban, és karakterisztikus a C–N nyújtórezgés abszorpciós csúcsa (1570–1520 cm−1).

Az amid I-es és II-es sávok csúcsmintáit nem befolyásolta a fehérje oldallánc szerkezete, hanem csak a másodlagos szerkezete. A fehérje másodlagos szerkezetének változását az amid I sáv régió spektrumainak összehasonlításával elemeztük [80]. Az amid II sáv érzékenyen tükrözte az intermolekuláris vagy intramolekuláris hidrogénkötés asszociációt.

For more information:1950477648nn@gmail.com