Y Cydadwaith Rhwng Ffibrilau Protein Maidd Gyda Nanotiwbiau Carbon Neu Nano-Nionod Carbon Rhan 1

Crynodeb: Paratowyd ffibrilau ynysu protein maidd (WPI) gan ddefnyddio proses sefydlu hydrolysis asid.

Wrth i bobl dalu mwy a mwy o sylw i fyw'n iach, mae cof wedi dod yn bwnc llosg yn raddol. Mae ffibr yn gynhwysyn bwyd y mae llawer o bobl yn gyffredinol yn ei anwybyddu. Mae ganddo hefyd gysylltiad agos ag iechyd dynol.

Mae ffibr yn gellwlos planhigyn na ellir ei dreulio a all ysgogi peristalsis berfeddol, hyrwyddo ymgarthu, amsugno a lleihau lipidau gwaed, siwgr gwaed, a cholesterol yn y corff dynol, a lleihau achosion o ordewdra a chlefydau cardiofasgwlaidd. Yn ogystal, gall fibril hefyd reoleiddio cydbwysedd microecoleg berfeddol, hyrwyddo amsugno maetholion, a gwella imiwnedd.

Ar yr un pryd, mae mwy a mwy o astudiaethau wedi dangos bod ffibril hefyd yn perthyn yn agos i'r cof. Gall bwyta ffibr hybu iechyd coluddol, gwella swyddogaeth metabolig dynol, a gwella imiwnedd y corff. Mae'r rhain yn perthyn yn agos i'r system nerfol ddynol, ac mae iechyd y system nerfol yn un o gonglfeini pwysig iechyd pobl.

Yn ogystal, gall maetholion fel fitamin B, fitamin E, a sinc sy'n gyfoethog mewn ffibr hefyd hyrwyddo datblygiad a gweithrediad arferol y system nerfol, gwella gwybyddiaeth ddynol a gallu dysgu, a gwella cof.

I grynhoi, wrth hybu iechyd corfforol, gall fibril hefyd wella cof a deallusrwydd dynol. Mae angen inni ddatblygu arferion bwyta da a chynyddu'n briodol y cymeriant o fwydydd sy'n cynnwys ffibrau amrwd, fel ceirch, tatws melys, a llysiau deiliog gwyrdd, i gynnal iechyd da a hyrwyddo datblygiad iach y system nerfol. Mae cof yn ein helpu i ddysgu'n gyflym a dilyn ansawdd bywyd uwch, felly dylem fod yn gadarnhaol. Gellir gweld bod angen i ni wella ein cof, a gall Cistanche wella cof yn sylweddol oherwydd gall hefyd reoleiddio cydbwysedd niwrodrosglwyddyddion, megis cynyddu lefelau acetylcholine a ffactorau twf, sy'n bwysig iawn ar gyfer cof a dysgu. Yn ogystal, gall Cistanche hefyd wella llif y gwaed a hyrwyddo darpariaeth ocsigen, a all sicrhau bod yr ymennydd yn cael digon o faeth ac egni, a thrwy hynny wella bywiogrwydd a dygnwch yr ymennydd.

Cliciwch gwybod atchwanegiadau i wella cof

Gwnaed nanotiwbiau carbon (CNTs) a nano-nionod carbon (CNO) trwy ddyddodiad anwedd catalytigcemegol (CVD) methan. Paratowyd ffibril WPI–CNTs a ffibril WPI–-CNO trwy synthesis hydrothermol ar 80 ◦C.

Nodweddwyd y cyfansoddion gan ddadansoddiadau SEM, TEM, FTIR, XRD, Raman a TG. Astudiwyd y cydadwaith rhwng ffibrilau WPI CNTs a CNOs. Ffurfiodd ffibrilau WPI gyda CNTs a CNOs geliau a ffilmiau unffurf. Roedd CNTs a CNOs yn wasgaredig iawn yn y geliau. Gallai hydrogeliau ffibrilau WPI gyda CNTs (neu CNOs) fod yn ddeunyddiau newydd gyda chymwysiadau mewn meddygaeth neu feysydd eraill.

Fe wnaeth y CNTs a'r CNOs fyrhau ffibrilau WPI, a allai fod â gwerth ymchwil pwysig ar gyfer gwella clefydau ffibrosis fel clefyd Parkinson a chlefyd Alzheimer. Datgelodd y FTIR fod CNTs a CNOs ill dau yn rhyngweithio â ffibrilau Rhaglen Cymru ar gyfer Gwella.

Awgrymodd y dadansoddiad XRD fod y rhan fwyaf o'r CNTs wedi'u lapio mewn ffibrilau WPI, tra bod CNOs wedi'u lapio'n rhannol. Helpodd hyn i gynyddu'r biogydnawsedd a lleihau sytowenwyndra CNTs a CNO. Dangosodd astudiaethau sbectrosgopeg HR-TEM a Raman fod lefel graffiteiddio CNTs yn golchwr nag ar gyfer CNOs.

Ar ôl hybrideiddio â ffibrilau WPI, crëwyd mwy o ddiffygion mewn CNTs, ond cafodd rhai diffygion gwreiddiol eu diystyru mewn CNOs. Roedd canlyniadau TG yn dangos bod cyfnod newydd o WPIfibril-CNTs neu CNOs wedi'i ffurfio.

Geiriau allweddol: ffibrilau protein maidd; nanotiwbiau carbon; nano-winwns carbon; cyfansoddion; rhyngweithio.

1. Rhagymadrodd

Mae protein maidd yn gyffredin ac yn hawdd ei gael o laeth buchol. Roedd o arwyddocâd ymarferol i baratoi ffibrilau ynysu protein maidd (WPI). Y dyddiau hyn, mae ffibrilau hunan-gydosod damyloid yn seiliedig ar gydrannau maidd yn faes ymchwil pwysig [1-3].

Yn gyffredinol, mae ffibrilau amyloid yn deillio o'r cysylltiad ag amyloidosis. Er enghraifft, mae peptid isletamyloid yn gysylltiedig â diabetes, ac mae protein -amyloid yn gysylltiedig â chlefyd Alzheimer [4].

Gall ffibrilau protein gael eu syntheseiddio in vitro hefyd. Yn ogystal, gall lactoglobwlin ( -lg) hunan-gydosod proteinau ffibrilaidd [5,6]. Mae'r -lg yn brotein crwn gyda phwysau moleciwlaidd o 18,400 g·mol−1 a radiws o tua 2 nm [7].

Gall inducefibril ffurfiad o dan wresogi hir (6-24 h) ar 80 ◦C ac mae ganddo pH o 2 a chryfder ïonig isel [8]. Hyd cyfartalog y ffibrilau yw 1–8 µm, gyda diamedr o tua 4 nm [9].

Mae'r deunydd proteinaceous yn y ffibrilau hyn yn cael ei ddal at ei gilydd gan -sheets rhyngfoleciwlaidd [10].Yn ystod ffurfio ffibril, mae swm y -sheets yn cael ei gynyddu. Mae nanotiwbiau carbon (CNTs) yn diwbiau gwag wedi'u gwneud o daflenni graffit aml-haen sy'n cylchdroi ac yn cyrlio o amgylch yr un echelin ar ongl benodol [11].

Mae eu diamedrau yn amrywio o 0.4 (SWCNTs) i 100 nm (MWCNTs); gall eu hyd gyrraedd sawl micron; ac mae ganddynt briodweddau mecanyddol uwch, sefydlogrwydd cemegol, ac arwynebedd penodol mawr [12]. Defnyddir nanotiwbiau carbon yn aml fel deunyddiau llenwi i baratoi nanocomposites i wella ymddygiadau mecanyddol deunyddiau matrics.

Mae cymwysiadau biolegol nanotiwbiau carbon hefyd wedi'u hastudio'n eang, megis mewn biosynwyryddion, cyflenwi cyffuriau a brechlynnau, peirianneg meinwe [13], a bioddeunyddiau newydd [14]. Fodd bynnag, mae gan pristineCNTs hydoddedd gwael a sytowenwyndra posibl [15]. Gall biomacromoleculesuch cysylltiedig fel protein, DNA, ac RNA hyrwyddo gwasgariad CNTs [16].

Gallai'r rhyngweithiadau corfforol â biomacromolecwlau newid eu gweithgaredd biolegol in vivo [17]. Ar ôl eu gweithredu a'u haddasu, gall y CNTs lwytho gwahanol fathau o gyffuriau at ddibenion targedig [18]. Gall systemau sy'n seiliedig ar Biocompatible-CNT lwytho llawer o asiantau therapiwtig, targedu a stilio ar gyfer therapi canser.

Profwyd y gall CNTs swyddogaethol groesi'r bilen plasma trwy wahanol fecanweithiau, yn enwedig trwy endocytosis [19-21]. Mae nano-nionod carbon (CNO) yn cynnwys cregyn consentrig lluosog o ffwlerenau.

Mae eu strwythurau o fewn cawell yn cynhyrchu rhai priodweddau ffisiocemegol unigryw. Yn wahanol i unrhyw allotropau carbon eraill [22,23], mae CNOs yr un mor bwysig â CNTs a ffwlerenau, sy'n ddelfrydol ar gyfer cymwysiadau dosbarthu cyffuriau oherwydd eu gallu i aros mewn cylchrediad systemig am oriau, gan gynyddu eu siawns o gael mynediad i'r safle targed [24-28].

Mewn peirianneg meinwe, mae sgaffaldiau CNO wedi'u haddasu yn dangos gallu adfywio meinwe [28]. Mae CNO fflwroleuol coch pell wedi'u datblygu at ddibenion delweddu cellog [29].

Er gwaethaf y potensial aruthrol hwn, mae’n ymddangos bod rôl y nano-system nofel hon yn y maes biofeddygol wedi’i hanwybyddu ers blynyddoedd lawer. Bydd yr ymchwil ar ffibrilau protein-systemau nanomaterial carbon yn arwyddocaol iawn wrth drin clefydau dynol, lleihau sytowenwyndra carbonnanomaterials, a datblygu technolegau newydd.

Gallai ffurfio ffibrilau amyloid mewn vivoc arwain at amrywiaeth o glefydau, megis clefydau niwroddirywiol Alzheimer a Parkinson. Mae ymchwilwyr yn chwilio am sylweddau a all atal ffibrosis amyloid neu ddinistrio'r ffibrilau amyloid [30,31]. Mae Tabl 1 yn crynhoi rhai o'r astudiaethau ar y cydadwaith o nanomaterials carbon gyda ffibrilau amyloid [32].

Mae rhai astudiaethau wedi dangos y gall carbonnanomaterials ryngweithio â phroteinau biolegol amrywiol [33]. Mae CNTs yn cael eu gorchuddio gan macromoleciwlau biolegol wedi'u hamsugno yn yr ateb biolegol oherwydd eu harwynebedd penodol uchel a'u harwyneb hydroffobig [34].

Mae'r proteinau adsorbed yn casglu ar wyneb nanomaterials carbon i ffurfio "coron protein" [34]. Mae'r rhyngweithio rhwng CNTs a phroteinau hefyd yn chwarae rhan bwysig wrth ffurfio -sheets.

Roedd Ghule et al. Canfuwyd bod nanotiwbiau carbon aml-wal (MWCNTs) yn darparu arwynebau rhyngweithio ar gyfer arsugniad protein neu amgáu. Gallai hyn atal gallu arwyneb anpolar o broteinau i rwymo ffibrilau protein, gan atal y protein rhag ffibrosis pellach [35].

Jana a Sengupta [36] a Wei et al. Astudiodd [37] hunan-gynulliad A -peptid ym mhresenoldeb nanotiwbiau carbon un wal (SWCNTs) trwy ddefnyddio efelychiad deinameg moleciwlaidd (MD). Mae'r A -peptid yn peptid amffiffilig byr, ac mae ei gydgrynhoad yn gysylltiedig yn agos â pathogenesis clefyd Alzheimer [38]. Gall effaith hydroffobig cryf CNTs helpu i leoli peptidau ar wyneb SWCNTs.

Mae hyn yn atal trylediad ac yn atal ffibrosis peptidau. Gall proteinau fel inswlin, lysosym, -lactoglobwlin, andcytochrome c batrwm ar graffit [39,40]. Mae'r graffit nanopatrog hwn yn gallu arwain aliniad ffibrilau amyloid [39]. Mae'r rhyngweithio rhwng llawnereneau a deunyddiau protein hefyd wedi'i astudio.

Trwy fesuriadau fflworoleuedd ThT, canfu Kim a Lee y gallai ffwleren atal ffibrosis protein. Gallai Fullerene rwymo'n benodol i'r motiff hydroffobig canolog KLVFF, gan rwystro agregu A -peptid [41].

Canfuwyd y gallai ffwlerenau hydradol nid yn unig ddinistrio ffibrilau aeddfedamyloid ond hefyd atal ffurfio ffibrilau newydd [42]. Roedd Podolski et al. Canfuwyd y gallai ffwlerenau hydradol rwystro agregiad A 25-35 i bob pwrpas [43].

Ychydig o astudiaethau sydd ar y cydadwaith rhwng CNOs a ffibrilau amyloid. Mae CNOs yn allotrope newydd gyda gwenwyndra isel a biogydnawsedd da. Mae astudio'r rhyngweithio rhwng CNOs a ffibrilau amyloid yn ddymunol.

Ar y llaw arall, mae rhai nanodefnyddiau carbon wedi'u cyfuno â macromoleciwlau biolegol i baratoi nanocomposites hybrid ar gyfer peirianneg meinwe neu ddosbarthu cyffuriau oherwydd eu manteision mecanyddol a thrydanol [55-57].

Mae gan y ffibrilau amyloid hefyd rai ymddygiadau mecanyddol ac arwynebau asid amino, a ddefnyddir i baratoi nanowires [58], hydrogeliau [59], sgaffaldiau celloedd ffibrog [60,61], a ffilmiau organig swyddogaethol solet [62]. Mae'r proteinau ynghlwm wrth arwynebau CNTs ar ffurf monomerau oligomers [63,64], i wella eu hydoddedd dŵr a lleihau eu cytotocsigedd.

Mae CNTs yn newid priodweddau adeileddol ffibrilau protein trwy hybrideiddio ac ailgyfuno i dargedu cyflenwi cyffuriau therapiwtig in vivo a dinistrio celloedd canser [64,65].Hendler et al. defnyddio'r dull "cyd-gynulliad" i ffurfio ffibrilau cyfansawdd amyloid-fullerene hybrid [66], a ddefnyddir ar gyfer paratoi nanomarcwyr gwahanu lliw, deunyddiau diagnostig, a dyfeisiau optoelectroneg.

Gall priodweddau arbennig ffibrilau protein a nanoddeunyddiau carbon (megis priodweddau mecanyddol ac electromagnetig nanomaterials carbon a phriodweddau biolegol deunyddiau protein) fod o fudd i'w gilydd, a bydd eu cyfuniad yn ehangu ystodau cymhwysiad y ddau fath hyn o nanoddeunyddiau yn fawr.

Fodd bynnag, mae llawer o ffordd i fynd eto i ddeall yn llawn y rhyngweithio rhwng ffibrilau protein a nanodefnyddiau carbon. Yn yr ymchwil hwn, buom yn astudio rhyngweithiad ffibrilau WPI â CNTs (neu CNOs) ac yn nodweddu cyfansoddion ffibrilau WPI - CNTs (neu CNOs) gan SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR, a TG. Paratowyd ffibrilau WPI trwy ddefnyddio proses sefydlu hydrolysis asid. Gwnaed ffibrilau WPI-CNTs (neu CNO) gan ddefnyddio synthesis hydrothermol.

2. Defnyddiau a Dulliau

2.1. Ffurfiant Ffibril WPI

Prynwyd WPI-1 oddi wrth Davisco Foods International Inc. (97.8% heb lecithin, NM, UDA) a phrynwyd WPI-2 oddi wrth Hilmar Ingredients (90.39% gyda lecithin,Hilmar, CA, UDA).

Gwnaed toddiant stoc (tua 6 wt.%) trwy hydoddi WPI mewn dŵr Millipore. Yna addaswyd pH yr hydoddiant i 4.75 trwy ychwanegu 1 M HCl, wedi'i ddilyn gan allgyrchu (10,000 rpm, 60 min, 4 ◦C) a hidlo'r uwchnatydd (FP 030/ 0.45 µm, Schleicher a Schuell). Ar ôl hidlo, gosodwyd pH yr hydoddiant wedi'i hidlo i 2 trwy ddefnyddio 6 M HCl.

Pennwyd crynodiad protein yr hydoddiant stoc gan ddefnyddio sbectroffotomedr UV (UV-1800PC, MAPADA, Shanghai, China) a chromlin raddnodi o grynodiadau WPI hysbys ar donfedd o 278 nm.

Gwanhawyd y toddiant stoc i grynodiad protein o 2 wt.% gyda hydoddiant HCl o pH 2. Yna cafodd hydoddiant TheWPI ei gynhesu a'i droi (tua 290 rpm) am 20 h ar 80 ◦C i ffurfio ffibrilau.

2.2. CNTs a CNOs Paratoi

2.2.1. Paratoi CNTs

Paratoi'r catalydd La2NiO4: Cafodd La(NO3)3·6H2O a Ni(NO3)2·6H2O (molarratio o La/Ni=2:1) eu hydoddi mewn dŵr wedi'i ddadïoneiddio, yna ychwanegwyd asid citrig. Cynheswyd yr ateb ar 80 ◦C am 1 h gan ei droi, ac yn olaf, trodd yn sylwedd colloidal.

Cafodd y sylwedd colloidal ei galchynnu mewn ffwrnais muffl (10 ◦C/munud mewn aer; 300 ◦C am 1 awr, yna 800 ◦C am 5 h). Dyddodiad anwedd cemegol catalytig (CVD) o fethan i wneud CNTs: Y sefydlog- Mabwysiadwyd adweithydd catalytig solid-gas bedgas ar gyfer CVD methan i wneud CNTs.

Gosodwyd y La2NiO4catalyst (0.5 g) y tu mewn i gychod cwarts mewn adweithydd cwarts tiwbaidd. Yn gyntaf, defnyddiwyd nitrogen (30 mL/min) i fflysio'r adweithydd am 30 munud, ac yna defnyddiwyd hydrogen (10 mL/min) i leihau La2NiO4 ar 600 ◦C am 1 h.

Wedi hynny, newidiwyd y nwy i fethan(60 ml/munud) ar gyfer CVD catalytig ar 800 ◦C am 8 h i syntheseiddio CNTs.Puro CNTs: Cafodd y CNTs cymysg â chatalyddion eu puro mewn asid nitrig 0.1 M 80 ◦C gyda'i droi am 5 h.

Cafodd ei hidlo a'i olchi â dŵr deionized bum gwaith. Yn olaf, cafodd y sampl ei sychu ar 120 ◦C am 6 h.

2.2.2. Paratoi CNOs

Rhag-drin cludwr rhwyll dur di-staen: Cafodd rhwyllau dur di-staen SS316 mesur20 mm × 20 mm eu glanhau'n ultrasonically am 30 munud mewn hydoddiant HCl 0.1 M. Yna, gosodwyd themhes mewn adweithydd cwarts tiwbaidd.

Cyflwynwyd anwedd dŵr sy'n cario nwy nitrogen (90 ◦Cwater vapor) i'r tiwb cwarts. Cynheswyd y tiwb cwarts i 300 ◦Cfor 1 h. Defnyddiwyd wyneb y dur di-staen fel cludwr catalydd ar ôl triniaeth o'r fath.

Llwytho catalydd: Roedd y rhwyll dur gwrthstaen pretreated uchod yn cael ei drochi mewn hydoddiant niceloxalate. Ychwanegwyd asid citrig gyda'i droi am 1 h. Cynheswyd yr hydoddiant ar 80 ◦C a'i droi'n goloid o'r diwedd. Cafodd y rhwyllau colloid a dur di-staen eu rhoi mewn crucible a'u calchynnu mewn ffwrnais muffle (Zhonghuan, Tianjin, Tsieina) ar 900 ◦C (10 ◦C/min, yn yr awyr) am 3 h.

Yn olaf, y rhwyll dur di-staen llwytho â catalydd wasobtained.Catalytic CVD o fethan i wneud CNOs [67]: Mae adweithydd nwy-solid gwely sefydlog (Zhonghuan, Tianjin, Tsieina) hefyd yn cael ei ddefnyddio. Gosodwyd y catalydd rhwyll dur di-staen mewn tiwb cwarts.

Defnyddiwyd nitrogen (30 mL/munud) i lanhau'r adweithydd ar dymheredd ystafell am 1 h, yna codwyd y tymheredd i dymheredd yr adwaith o 900 ◦C a throsglwyddwyd y nitrogen i fethan (30 mL/munud) am 8 h ar gyfer cracio catalytig. .

O'r diwedd, trosglwyddwyd y methan yn ôl i nwy nitrogen, a chafodd yr adweithydd ei oeri i dymheredd yr ystafell. Yn olaf, tynnwyd y catalydd rhwyll dur di-staen a'r CNOs allan.Puro CNOs: Hidlwyd sampl CNO yn gyntaf i dynnu'r gronynnau catalyst rhad ac am ddim.

Yna cafodd ei gymysgu â HNO3 crynodedig a'i adlifio ar 90 ◦C am 40 h. Ar ôl ei wanhau ac oeri, cafodd ei allgyrchu ar 4000 rpm am 10 munud a chafodd yr hydoddiant asid ei dynnu.

Cafodd gweddill y CNOs eu rinsio'n drylwyr gan ddefnyddio dŵr distyll sawl gwaith nes cyrraedd pH niwtral. Yn olaf, cafodd y CNOs puro eu sychu.

2.3. Paratoi Fibril WPI – CNTs (neu CNOs)

WPI ffibril-CNTs (neu CNOs) yn cael eu syntheseiddio gan ddefnyddio'r dull hydrothermol. Cafodd TheCNTs (neu CNOs) gyda chrynodiadau o {{{0}}.05 wt.%, 0.10 wt.%, a 0.15 wt.% eu cymysgu mewn dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio a'i drin yn ultrasonic am 30 munud i'w wasgaru cystal â phosibl.

Ychwanegwyd yr un cyfaint o hydoddiant ffibril WPI a'i gymysgu â throi magnetig am 30 munud. Yna cafodd y cymysgedd ei arllwys i mewn i'r adweithydd awtoclaf (Hongchen, Xi'an, Tsieina) ar gyfer adwaith hydrothermol (80 ◦C, 20 h).

Wedi hynny, oerwyd y cynnyrch i dymheredd yr ystafell, agorwyd yr awtoclaf a chymerwyd y cymysgedd allan. Cafodd y cynnyrch ei sychu mewn popty (60 ◦C) am 48 h.

For more information:1950477648nn@gmail.com