A tejsavóprotein-szálak és a szén nanocsövek vagy a szén-nanohagyma kölcsönhatása 1. rész

Absztrakt: Tejsavófehérje izolátum (WPI) fibrillákat állítottunk elő savas hidrolízis indukciós eljárással.

Ahogy az emberek egyre nagyobb figyelmet fordítanak az egészséges életmódra, a memória fokozatosan aggodalomra ad okot. A rost olyan élelmiszer-összetevő, amelyet sokan általában figyelmen kívül hagynak. Szorosan összefügg az emberi egészséggel is.

A rost egy emészthetetlen növényi cellulóz, amely serkentheti a bél perisztaltikáját, elősegítheti a székletürítést, felszívja és csökkenti a vérzsírokat, a vércukorszintet és a koleszterint az emberi szervezetben, valamint csökkenti az elhízás és a szív- és érrendszeri betegségek előfordulását. Ezenkívül a rostok szabályozhatják a bél mikroökológiájának egyensúlyát, elősegíthetik a tápanyagok felszívódását és javíthatják az immunitást.

Ugyanakkor egyre több tanulmány kimutatta, hogy a fibrillum a memóriával is szorosan összefügg. A rostok fogyasztása elősegítheti a bélrendszer egészségét, javíthatja az emberi anyagcsere-funkciókat és javíthatja a szervezet immunitását. Ezek szorosan kapcsolódnak az emberi idegrendszerhez, és az idegrendszer egészsége az emberi egészség egyik fontos sarokköve.

Ezenkívül a rostban gazdag tápanyagok, mint a B-vitamin, az E-vitamin és a cink, elősegíthetik az idegrendszer normál fejlődését és működését, javíthatják az emberi megismerési és tanulási képességeket, valamint javíthatják a memóriát.

Összefoglalva, a fibrillák a fizikai egészség előmozdítása mellett javíthatják az emberi memóriát és az intelligenciát is. Jó étkezési szokásokat kell kialakítanunk, és megfelelően növelnünk kell a nyers rostokat tartalmazó élelmiszerek, például zab, édesburgonya, zöld leveles zöldségek bevitelét, hogy megőrizzük egészségünket és elősegítsük az idegrendszer egészséges fejlődését. A memória segít a gyors tanulásban és a magasabb életminőség elérésében, ezért pozitívnak kell lennünk. Látható, hogy fejlesztenünk kell a memóriánkat, a Cistanche pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a neurotranszmitterek egyensúlyát is szabályozhatja, például növelheti az acetilkolin és a növekedési faktorok szintjét, amelyek nagyon fontosak a memória és a tanulás szempontjából. Ezen túlmenően, a Cistanche javíthatja a véráramlást és elősegítheti az oxigénszállítást, ami biztosítja, hogy az agy elegendő tápanyaghoz és energiához jusson, ezáltal javítva az agy vitalitását és állóképességét.

Kattintson a Tudnivaló-kiegészítőkre a memória javítása érdekében

A szén nanocsöveket (CNT-ket) és szén-nano-hagymákat (CNO-kat) metán katalitikus kémiai gőzleválasztásával (CVD) készítettek. A WPI fibrill-CNT és WPI fibrill--CNO-kat hidrotermális szintézissel állítottuk elő 80 ◦C-on.

A kompozitokat SEM, TEM, FTIR, XRD, Raman és TG analízissel jellemeztük. A CNT-k és CNO-k közötti WPI-szálak közötti kölcsönhatást tanulmányozták. A WPI-szálak a CNT-kkel és CNO-kkal egységes géleket és filmeket alkottak. A CNT-k és a CNO-k nagymértékben diszpergáltak a gélekben. A CNT-kkel (vagy CNO-kkal) rendelkező WPI-szálak hidrogélei új anyagok lehetnek az orvostudományban vagy más területeken.

A CNT-k és a CNO-k lerövidítették a WPI-szálakat, amelyek fontos kutatási értékkel bírhatnak a fibrózisos betegségek, például a Parkinson- és az Alzheimer-kór gyógyítására. Az FTIR kimutatta, hogy a CNT-k és a CNO-k egyaránt kölcsönhatásba léptek a WPI-szálakkal.

Az XRDanalysis azt sugallta, hogy a legtöbb CNT-t WPI-szálakba csomagolták be, míg a CNO-k részben. Ez segített a CNT-k és CNO-k biokompatibilitásának növelésében és citotoxicitásának csökkentésében. A HR-TEM és Raman spektroszkópiai vizsgálatok azt mutatták, hogy a CNT-k grafitosítási szintje magasabb, mint a CNO-ké.

A WPI fibrillákkal történő hibridizációt követően több hiba keletkezett a CNT-ben, de néhány eredeti hibát elvetettünk a CNO-kban. A TG eredmények azt mutatták, hogy a WPIfibril–CNT-k vagy CNO-k új fázisa alakult ki.

Kulcsszavak: tejsavófehérje rostok; szén nanocsövek; szén nanohagyma; kompozitok; kölcsönhatás.

1. Bevezetés

A tejsavófehérje gyakori és könnyen beszerezhető szarvasmarhatejből. Gyakorlati jelentőséggel bírt a tejsavófehérje izolátum (WPI) fibrillumok elkészítése. Napjainkban a tejsavókomponenseken alapuló, önszerveződő damiloid fibrillumok fontos kutatási területnek számítanak [1–3].

Általában az amiloid fibrillumok az amiloidózissal való kapcsolatból származnak. Például az isletamyloid peptid a cukorbetegséggel, az -amiloid fehérje pedig az Alzheimer-kórral [4].

Protein fibrillumok in vitro is szintetizálhatók. Ezenkívül a laktoglobulin (-lg) képes magától összeállítani fibrilláris fehérjéket [5,6]. Az -lg egy gömb alakú fehérje, amelynek molekulatömege 18 400 g·mol-1 és sugara körülbelül 2 nm [7].

Hosszan tartó (6–24 óra) melegítés mellett 80 ◦C-on képes fibrillumot indukálni, pH-ja 2, ionerőssége alacsony [8]. A fibrillumok átlagos hossza 1-8 µm, átmérőjük körülbelül 4 nm [9].

Az ezekben a rostokban lévő fehérjeszerű anyagot intermolekuláris -lapok tartják össze [10]. A rostok képződése során a -lapok mennyisége megnő. A szén nanocsövek (CNT) többrétegű grafitlapokból készült üreges csövek, amelyek ugyanazon tengely körül forognak és hullámosodnak. bizonyos szögben [11].

Átmérőjük 0,4 (SWCNT) és 100 nm (MWCNT) között van; hosszuk elérheti a több mikront; kiváló mechanikai tulajdonságokkal, kémiai stabilitással és nagy fajlagos felülettel rendelkeznek [12]. A szén nanocsöveket gyakran használják töltőanyagként a nanokompozit előállításához, hogy javítsák a mátrix anyagok mechanikai viselkedését.

Széles körben tanulmányozták a szén nanocsövek biológiai alkalmazásait is, például bioszenzorokban, gyógyszer- és vakcinabejuttatásban, szövetsebészetben [13] és új bioanyagokban [14]. Az érintetlen CNT-k azonban rosszul oldódnak és potenciálisan citotoxicitással rendelkeznek [15]. A kapcsolódó biomakromolekulák, mint például a fehérje, a DNS és az RNS, elősegíthetik a CNT-k diszperzióját [16].

A biomakromolekulákkal való fizikai kölcsönhatások megváltoztathatják azok biológiai aktivitását in vivo [17]. Funkcionalizálás és módosítás után a CNT-k különböző típusú gyógyszereket tudnak betölteni célzott célokra [18]. A biokompatibilis CNT-alapú rendszerek több terápiás, célzó- és vizsgálószert is betölthetnek a rákterápiához.

Bebizonyosodott, hogy a funkcionalizált CNT-k különböző mechanizmusokon, nevezetesen endocitózison keresztül képesek átjutni a plazmamembránon [19–21]. A szén nanohagymák (CNO-k) több koncentrikus fullerének héjat tartalmaznak.

A ketrecben a ketrecben lévő szerkezetek néhány egyedi fizikai-kémiai tulajdonságot generálnak. A többi szén-allotróptól eltérően [22,23] a CNO-k ugyanolyan fontosak, mint a CNT-k és a fullerének, amelyek ideálisak gyógyszeradagolási alkalmazásokhoz, mivel képesek órákon át a szisztémás keringésben maradni, növelve az esélyüket a célterület elérésére [24–28].

A szövettervezésben a módosított CNO állványok szövetregeneráló képességet mutatnak [28]. A távoli vörös fluoreszcens CNO-kat sejtes képalkotási célokra fejlesztették ki [29].

E hatalmas potenciál ellenére úgy tűnik, hogy ennek az új nanorendszernek az orvosbiológiai területen betöltött szerepét évek óta figyelmen kívül hagyták. A fehérjeszálak–szén nanoanyag rendszerek kutatásának nagy jelentősége lesz az emberi betegségek kezelésében, a karbonnanoanyagok citotoxicitásának csökkentésében és új technológiák fejlesztésében.

Az amiloid fibrillumok in vivo képződése számos betegséghez vezethet, mint például az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór neurodegeneratív betegségeihez. A kutatók olyan anyagokat keresnek, amelyek gátolhatják az amiloid fibrillumot vagy elpusztíthatják az amiloid rostokat [30,31]. Az 1. táblázat összefoglal néhány tanulmányt a szén nanoanyagok és az amiloid fibrillumok kölcsönhatásáról [32].

Egyes tanulmányok kimutatták, hogy a karbonnanoanyagok kölcsönhatásba léphetnek különféle biológiai fehérjékkel [33]. A CNT-ket nagy fajlagos felületük és hidrofób felületük miatt a biológiai oldatban adszorbeált biológiai makromolekulák borítják [34].

Az adszorbeált fehérjék a szén nanoanyagok felületén összegyűlnek, és "fehérje koronát" alkotnak [34]. A CNT-k és a fehérjék közötti kölcsönhatás szintén fontos szerepet játszik a -lapok kialakulásában.

Ghule és mtsai. megállapították, hogy a többfalú szén nanocsövek (MWCNT) interakciós felületeket biztosítanak a fehérjeadszorpcióhoz vagy kapszulázáshoz. Ez gátolhatja a fehérjék nem poláris felületének azon képességét, hogy fehérjeszálakat kötődjön, ezáltal megakadályozza a fehérje további fibrillációját [35].

Jana és Sengupta [36], valamint Wei et al. [37] molekuláris dinamikai (MD) szimuláció segítségével tanulmányozta az A-peptid önszerveződését egyfalú szén nanocsövek (SWCNT) jelenlétében. Az A-peptid egy rövid amfifil peptid, és aggregációja szorosan összefügg az Alzheimer-kór patogenezisével [38]. A CNT-k erős hidrofób hatása segíthet a peptidek megtalálásában az SWCNT-k felszínén.

Ez megakadályozza a diffúziót és gátolja a peptidek fibrózisát. Az olyan fehérjék, mint az inzulin, a lizozim, a -laktoglobulin és a citokróm c mintázhatnak a grafiton [39,40]. Ez a nanomintázatú grafit képes az amiloid fibrillumok elrendezésének template-vezetésére [39]. A fullerének és a fehérjeanyagok közötti kölcsönhatást is tanulmányozták.

ThT fluoreszcencia mérésekkel Kim és Lee azt találta, hogy a fullerén gátolja a fehérje fibrózisát. A fullerén specifikusan kötődhet a központi hidrofób KLVFF motívumhoz, így gátolja az A-peptid aggregációját [41].

Azt találták, hogy a hidratált fullerének nemcsak elpusztíthatják az érett amiloid fibrillákat, hanem megakadályozhatják új fibrillumok képződését is [42]. Podolski és mtsai. azt találták, hogy a hidratált fullerének hatékonyan blokkolják az A 25–35 aggregációját [43].

Kevés tanulmány létezik a CNO-k és az amiloid fibrillumok közötti kölcsönhatásról. A CNO-k egy új allotróp, alacsony toxicitású és jó biokompatibilitással. A CNO-k és az amiloid fibrillumok közötti kölcsönhatás tanulmányozása kívánatos.

Másrészt mechanikai és elektromos előnyeik miatt egyes szén nanoanyagokat biológiai makromolekulákkal kombináltak hibrid nanokompozitok előállítására szöveti tervezéshez vagy gyógyszerszállításhoz [55–57].

Az amiloid rostok bizonyos mechanikai viselkedéssel és aminosavfelületekkel is rendelkeznek, amelyeket nanohuzalok [58], hidrogélek [59], rostos sejtvázak [60, 61] és szilárd funkcionális szerves filmek [62] előállítására használnak. A fehérjék monomerek, oroligomerek formájában kapcsolódnak a CNT-k felületéhez [63,64], hogy javítsák vízoldhatóságukat és csökkentsék citotoxicitásukat.

A CNT hibridizáción és rekombináción keresztül megváltoztatja a fehérjeszálak szerkezeti tulajdonságait, hogy megcélozza a terápiás gyógyszerek in vivo bejutását és elpusztítsa a rákos sejteket [64,65]. Hendler et al. a "ko-assemble" módszert alkalmazta hibrid amiloid-fullerén kompozitfibrillumok létrehozására [66], amelyeket színleválasztó nanomarkerek, diagnosztikai anyagok és optoelektronikai eszközök előállítására használnak.

A fehérjeszálak és szén nanoanyagok speciális tulajdonságai (például a szén nanoanyagok mechanikai és elektromágneses tulajdonságai, valamint a fehérjeanyagok biológiai tulajdonságai) kölcsönösen előnyösek lehetnek egymásnak, és ezek kombinációja nagymértékben kiszélesíti e kétféle nanoanyag alkalmazási körét.

Azonban még mindig hosszú utat kell megtenni a fehérjeszálak és a szén nanoanyagok közötti kölcsönhatás teljes megértéséhez. Ebben a kutatásban a WPI fibrillák kölcsönhatását vizsgáltuk CNT-kkel (vagy CNO-kkal), és jellemeztük a WPI fibrillák–CNT-k (vagy CNO-k) kompozitjait SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR és TG segítségével. A WPI fibrillákat savas hidrolízis indukciós eljárással állítottuk elő. A WPI fibrill-CNT (vagy CNO) kompozitok hidrotermális szintézissel készültek.

2. Anyagok és módszerek

2.1. WPI rostképződés

A WPI-t-1 a Davisco Foods International Inc.-től (97,8% lecitin nélkül, NM, USA), a WPI-t-2 pedig a Hilmar Ingredientstől (90,39% lecitinnel, Hilmar, CA, USA) vásárolta.

A WPI Millipore vízben való feloldásával törzsoldatot (körülbelül 6 tömeg%) készítünk. Az oldat pH-ját ezután 4,75-re állítottuk be 1 M HCl hozzáadásával, majd centrifugálással (10, 000 fordulat/perc, 60 perc, 4 ◦C) és a felülúszó szűrésével (FP 030/ 0,45 µm, Schleicher és Schuell). Szűrés után a szűrt oldat pH-ját 2-re állítottuk 6 M sósavval.

A törzsoldat fehérjekoncentrációját UV-spektrofotométerrel (UV-1800PC, MAPADA, Shanghai, Kína) és ismert WPI-koncentrációk kalibrációs görbéjével határoztuk meg 278 nm-es hullámhosszon.

A törzsoldatot 2 tömeg%-os fehérjekoncentrációra hígítottuk 2-es pH-jú HCl-oldattal. A WPI-oldatot ezután melegítettük és kevertük (kb. 290 fordulat/perc) 20 órán át 80 °C-on, hogy fibrillákat képezzenek.

2.2. CNT-k és CNO-k előkészítése

2.2.1. CNT-k elkészítése

La2NiO4 katalizátor előállítása: La(NO3)3·6H2O-t és Ni(NO3)2·6H2O-t (La/Ni=2:1 mólarány) ionmentes vízben oldunk, majd citromsavat adunk hozzá. Az oldatot 1 órán át keverés közben 80 ◦C-on melegítettük, végül kolloid anyaggá alakult.

A kolloid anyagot tokos kemencében kalcináltuk (levegőn 10 ◦C/perc; 300 ◦C 1 órán át, majd 800 ◦C 5 órán keresztül). Metán katalitikus kémiai gőzleválasztása (CVD) CNT-k előállítására: A fix- ágygáz-szilárd katalitikus reaktort alkalmaztak a metán CVD-hez a CNT-k előállításához.

A La2NiO4-katalizátort (0,5 g) kvarccsónakokba helyezték egy csőkvarcreaktorban. Először nitrogénnel (30 ml/perc) öblítettük a reaktort 30 percig, majd hidrogént (10 ml/perc) használtunk a La2NiO4 redukálására 600 ◦C-on 1 órán át.

Ezt követően a gázt metánra (60 ml/perc) cserélték át katalitikus CVD-re 800 ◦C-on 8 órán át, hogy szintetizálják a CNT-ket. CNT-k tisztítása: A katalizátorokkal kevert CNT-ket 0,1 M salétromsavban 80 °C-on tisztítottuk. ◦C-on keverés közben 5 órán át.

Szűrtük és ötször mostuk ioncserélt vízzel. Végül a mintát 120 ◦C-on 6 órán át szárítottuk.

2.2.2. CNO-k készítése

Rozsdamentes acél hálós hordozó előkezelése: 20 mm × 20 mm méretű SS316 rozsdamentes acél hálókat ultrahanggal tisztítottuk 30 percig 0,1 M HCl oldatban. Ezután a témákat egy cső alakú kvarcreaktorba helyezték.

A kvarccsőbe nitrogéngázt szállító vízgőzt (90 ◦C vízgőzt) vezettünk be. A kvarccsövet 300 ◦C-ra melegítettük 1 órán át. Az ilyen kezelés után a rozsdamentes acél felületét katalizátor hordozóként használták.

Katalizátor betöltése: A fent előkezelt rozsdamentes acél hálót nikkeloxalát oldatba merítettük. Citromsavat adunk hozzá keverés közben 1 órán át. Az oldatot 80 ◦C-ra melegítettük, és végül kolloiddá alakult. A kolloid és a rozsdamentes acél hálót tégelybe helyeztük, és tokos kemencében (Zhonghuan, Tianjin, Kína) 900 ◦ C-on (10 ◦ C/perc, levegőn) 3 órán át kalcináltuk.

Végül a katalizátorral feltöltött rozsdamentes acél hálót kapták. Metán katalitikus CVD-je CNO-k előállításához [67]: Fix ágyas gáz-szilárd reaktort (Zhonghuan, Tianjin, Kína) is használtak. A rozsdamentes acél hálókatalizátort kvarccsőbe helyezték.

Nitrogénnel (30 ml/perc) öblítettük át a reaktort szobahőmérsékleten 1 órán át, majd a reakcióhőmérsékletet 900 ◦C-ra emeltük, és a nitrogént metánra (30 ml/perc) állítottuk át 8 órára a katalitikus krakkoláshoz. .

Végül a metánt visszaváltották nitrogéngázzá, és a reaktort szobahőmérsékletre hűtötték. Végül a rozsdamentes acél hálókatalizátort és a CNO-kat eltávolítottuk. CNO-k tisztítása: Először egy CNO-mintát szitáltunk, hogy eltávolítsuk a szabad katalizátorrészecskéket.

Ezután tömény HNO3-mal kevertük, és 90 °C-on 40 órán át visszafolyató hűtő alatt forraltuk. Hígítás és hűtés után 4000 fordulat/perc sebességgel centrifugáltuk 10 percig, és a savas oldatot eltávolítottuk.

A fennmaradó CNO-kat többször alaposan leöblítettük desztillált vízzel, amíg el nem érték a semleges pH-t. Végül a tisztított CNO-kat megszárítottuk.

2.3. WPI Fibrill–CNT-k (vagy CNO-k) előkészítése

A WPI fibrill-CNT-ket (vagy CNO-kat) hidrotermális módszerrel szintetizálták. Az {{0}}.05 tömeg%, 0,10 tömeg% és 0,15 tömeg% koncentrációjú CNT-ket (vagy CNO-kat) ionmentesített vízbe kevertük, és 30 percig ultrahanggal kezeltük, hogy eloszlassák. amennyire csak lehetséges.

Ugyanazon térfogatú WPI fibrill oldatot adtunk hozzá, és mágneses keveréssel 30 percig kevertük. Az elegyet ezután az autokláv reaktorba (Hongchen, Xi'an, Kína) öntjük hidrotermális reakcióhoz (80 °C, 20 óra).

Ezt követően a terméket szobahőmérsékletre hűtjük, az autoklávot kinyitjuk és a keveréket eltávolítjuk. A terméket kemencében (60 °C) 48 órán át szárítottuk.

For more information:1950477648nn@gmail.com