Súhra medzi srvátkovými proteínovými vláknami s uhlíkovými nanorúrkami alebo uhlíkovými nano-cibuľami časť 1

Abstrakt: Fibrily srvátkového proteínového izolátu (WPI) boli pripravené pomocou procesu indukcie kyslej hydrolýzy.

Ako ľudia venujú stále viac pozornosti zdravému životu, pamäť sa postupne stala horúcou témou. Vláknina je potravinová zložka, ktorú mnohí ľudia vo všeobecnosti ignorujú. Úzko súvisí aj so zdravím človeka.

Vláknina je nestráviteľná rastlinná celulóza, ktorá dokáže stimulovať peristaltiku čriev, podporuje vyprázdňovanie, vstrebávanie a znižovanie krvných lipidov, krvného cukru a cholesterolu v ľudskom tele a znižuje výskyt obezity a kardiovaskulárnych ochorení. Okrem toho môže fibrila tiež regulovať rovnováhu črevnej mikroekológie, podporovať vstrebávanie živín a zlepšovať imunitu.

Zároveň čoraz viac štúdií ukázalo, že fibrila úzko súvisí aj s pamäťou. Konzumácia vlákniny môže podporiť zdravie čriev, zlepšiť funkciu ľudského metabolizmu a zlepšiť imunitu tela. Tie úzko súvisia s ľudským nervovým systémom a zdravie nervového systému je jedným z dôležitých základných kameňov ľudského zdravia.

Okrem toho živiny, ako je vitamín B, vitamín E a zinok bohaté na vlákninu, môžu tiež podporovať normálny vývoj a fungovanie nervového systému, zlepšiť ľudské kognície a schopnosť učiť sa a zlepšiť pamäť.

Stručne povedané, pri podpore fyzického zdravia môže fibrila tiež zlepšiť ľudskú pamäť a inteligenciu. Aby sme si udržali dobré zdravie a podporili zdravý vývoj nervovej sústavy, musíme si osvojiť správne stravovacie návyky a primerane zvýšiť príjem potravín obsahujúcich surovú vlákninu, ako je ovos, sladké zemiaky a zelená listová zelenina. Pamäť nám pomáha rýchlo sa učiť a dosiahnuť vyššiu kvalitu života, takže by sme mali byť pozitívni. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť našu pamäť a Cistanche dokáže výrazne zlepšiť pamäť, pretože dokáže regulovať aj rovnováhu neurotransmiterov, ako je zvýšenie hladín acetylcholínu a rastových faktorov, ktoré sú veľmi dôležité pre pamäť a učenie. Okrem toho môže Cistanche tiež zlepšiť prietok krvi a podporiť dodávku kyslíka, čo môže zabezpečiť, aby mozog získal dostatočnú výživu a energiu, čím sa zlepší mozgová vitalita a vytrvalosť.

Kliknite na vedieť doplnky na zlepšenie pamäte

Uhlíkové nanorúrky (CNT) a uhlíkové nano-cibuľky (CNO) boli vyrobené katalytickochemickou depozíciou metánu (CVD). WPI fibril-CNTs a WPI fibril--CNOs boli pripravené hydrotermálnou syntézou pri 80 ◦C.

Kompozity boli charakterizované pomocou SEM, TEM, FTIR, XRD, Ramanovej a TG analýzy. Študovala sa súhra medzi vláknami WPI CNT a CNO. Fibrily WPI s CNT a CNO tvorili jednotné gély a filmy. CNT a CNO boli v géloch vysoko rozptýlené. Hydrogély vlákien WPI s CNT (alebo CNO) by mohli byť nové materiály s aplikáciami v medicíne alebo iných oblastiach.

CNT a CNO skrátili fibrily WPI, ktoré by mohli mať významnú výskumnú hodnotu pri liečbe fibróznych chorôb, ako je Parkinsonova a Alzheimerova choroba. FTIR odhalila, že CNT aj CNO mali interakcie s vláknami WPI.

XRDanalýza naznačila, že väčšina CNT bola zabalená vo fibrilách WPI, zatiaľ čo CNO boli čiastočne zabalené. To pomohlo zvýšiť biokompatibilitu a znížiť cytotoxicitu CNT a CNO. Štúdie HR-TEM a Ramanovej spektroskopie ukázali, že úroveň grafitizácie CNT je vyššia ako v prípade CNO.

Po hybridizácii s vláknami WPI sa v CNT vytvorilo viac defektov, ale niektoré pôvodné defekty boli v CNO zamietnuté. Výsledky TG naznačili, že sa vytvorila nová fáza WPIfibril-CNT alebo CNO.

Kľúčové slová: srvátkové proteínové fibrily; uhlíkové nanorúrky; uhlíkové nano-cibuľky; kompozity; interakcie.

1. Úvod

Srvátkový proteín je bežný a ľahko získaný z hovädzieho mlieka. Príprava fibríl srvátkového proteínového izolátu (WPI) mala praktický význam. V súčasnosti sú dôležitou oblasťou výskumu samozostavujúce sa fibrily na báze srvátkových zložiek [1–3].

Vo všeobecnosti sú amyloidné fibrily odvodené zo spojenia s amyloidózou. Napríklad isletamyloidný peptid je spojený s cukrovkou a -amyloidný proteín je spojený s Alzheimerovou chorobou [4].

Proteínové fibrily môžu byť tiež syntetizované in vitro. Okrem toho laktoglobulín ( -lg) môže sám zostaviť fibrilárne proteíny [5,6]. -lg je globulárny proteín s molekulovou hmotnosťou 18 400 g·mol−1 a polomerom približne 2 nm [7].

Môže vyvolať tvorbu fibríl pri dlhšom zahrievaní (6–24 hodín) pri 80 ◦C a má pH 2 a nízku iónovú silu [8]. Priemerná dĺžka fibríl je 1–8 µm, s priemerom asi 4 nm [9].

Proteínový materiál v týchto fibrilách je držaný pohromade medzimolekulovými vrstvami [10]. Počas tvorby vlákien sa počet vrstiev zvyšuje. Uhlíkové nanorúrky (CNT) sú duté trubice vyrobené z viacvrstvových grafitových plátov, ktoré sa otáčajú a zvlňujú okolo rovnakej osi. pod určitým uhlom [11].

Ich priemery sa pohybujú od 0,4 (SWCNT) do 100 nm (MWCNT); ich dĺžka môže dosiahnuť niekoľko mikrónov; a majú vynikajúce mechanické vlastnosti, chemickú stabilitu a veľký špecifický povrch [12]. Uhlíkové nanorúrky sa často používajú ako plniace materiály na prípravu nanokompozitov na zlepšenie mechanického správania matricových materiálov.

Biologické aplikácie uhlíkových nanorúrok boli tiež široko študované, napríklad v biosenzoroch, podávaní liekov a vakcín, tkanivovom inžinierstve [13] a nových biomateriáloch [14]. Nedotknuté CNT však majú nízku rozpustnosť a potenciálnu cytotoxicitu [15]. Pripojené biomakromolekuly, ako sú proteín, DNA a RNA, môžu podporovať disperziu CNT [16].

Fyzikálne interakcie s biomakromolekulami môžu zmeniť ich biologickú aktivitu in vivo [17]. Po funkcionalizácii a modifikácii môžu CNT nasávať rôzne typy liečiv na cielené účely [18]. Biokompatibilné systémy založené na CNT môžu načítať viacero terapeutických, zacielených a sondovacích činidiel na terapiu rakoviny.

Dokázalo sa, že funkcionalizované CNT môžu prechádzať cez plazmatickú membránu rôznymi mechanizmami, najmä prostredníctvom endocytózy [19–21]. Uhlíkové nanocibuľky (CNO) obsahujú viaceré koncentrické obaly fullerénov.

Ich štruktúry klietka v klietke vytvárajú niektoré jedinečné fyzikálno-chemické vlastnosti. Na rozdiel od iných uhlíkových alotrópov [22,23] sú CNO rovnako dôležité ako CNT a fullerény, ktoré sú ideálne na aplikácie na dodávanie liekov vďaka svojej schopnosti zotrvať v systémovej cirkulácii celé hodiny, čím sa zvyšujú ich šance na prístup k cieľovému miestu [24–28].

V tkanivovom inžinierstve modifikované skelety CNO vykazujú schopnosť regenerácie tkaniva [28]. Far-červené fluorescenčné CNO boli vyvinuté na účely zobrazovania buniek [29].

Napriek tomuto obrovskému potenciálu sa zdá, že úloha tohto nového nanosystému v biomedicínskej oblasti bola dlhé roky prehliadaná. Výskum systémov proteínových vlákien a uhlíkových nanomateriálov bude mať veľký význam pri liečbe ľudských chorôb, znižovaní cytotoxicity uhlíkových nanomateriálov a vývoji nových technológií.

Tvorba amyloidných fibríl in vivo môže viesť k rôznym ochoreniam, ako je Alzheimerova a Parkinsonova neurodegeneratívna choroba. Výskumníci hľadajú látky, ktoré môžu inhibovať amyloidnú fibrózu alebo zničiť amyloidné fibrily [30,31]. Tabuľka 1 sumarizuje niektoré štúdie o interakcii uhlíkových nanomateriálov s amyloidnými fibrilami [32].

Niektoré štúdie ukázali, že uhlíkové nanomateriály môžu interagovať s rôznymi biologickými proteínmi [33]. CNT sú pokryté adsorbovanými biologickými makromolekulami v biologickom roztoku kvôli ich vysokej špecifickej ploche a hydrofóbnemu povrchu [34].

Adsorbované proteíny sa zhromažďujú na povrchu uhlíkových nanomateriálov a vytvárajú „proteínovú korunu“ [34]. Interakcia medzi CNT a proteínmi tiež hrá dôležitú úlohu pri tvorbe -listov.

Ghule a kol. zistili, že viacstenné uhlíkové nanorúrky (MWCNT) poskytujú interakčné povrchy na adsorpciu proteínov alebo enkapsuláciu. To by mohlo inhibovať schopnosť nepolárneho povrchu proteínov viazať proteínové fibrily, a tým zabrániť proteínu v ďalšej fibróze [35].

Jana a Sengupta [36] a Wei a kol. [37] študovali samouskladanie A-peptidu v prítomnosti jednostenných uhlíkových nanorúrok (SWCNT) pomocou simulácie molekulárnej dynamiky (MD). A-peptid je krátky amfifilný peptid a jeho agregácia úzko súvisí s patogenézou Alzheimerovej choroby [38]. Silný hydrofóbny účinok CNT môže pomôcť lokalizovať peptidy na povrchu SWCNT.

To zabraňuje difúzii a inhibuje fibrózu peptidov. Proteíny, ako je inzulín, lyzozým, -laktoglobulín a cytochróm c, sa môžu vytvárať na grafite [39,40]. Tento nanovzorovaný grafit je schopný pomocou šablóny usmerňovať usporiadanie amyloidných fibríl [39]. Bola tiež študovaná interakcia medzi fullerénmi a proteínovými materiálmi.

Prostredníctvom ThT fluorescenčných meraní Kim a Lee zistili, že fullerén môže inhibovať fibrózu proteínu. Fullerén sa mohol špecificky viazať na centrálny hydrofóbny motív KLVFF, čím by bránil agregácii A-peptidu [41].

Zistilo sa, že hydratované fullerény môžu nielen zničiť zrelé amyloidné fibrily, ale aj zabrániť tvorbe nových fibríl [42]. Podolski a kol. zistili, že hydratované fullerény môžu účinne blokovať agregáciu A25–35 [43].

Existuje len málo štúdií o súhre medzi CNO a amyloidnými fibrilami. CNO sú novým alotropom s nízkou toxicitou a dobrou biokompatibilitou. Štúdium interakcie medzi CNOs a amyloidnými vláknami je žiaduce.

Na druhej strane sa niektoré uhlíkové nanomateriály skombinovali s biologickými makromolekulami na prípravu hybridných nanokompozitov na tkanivové inžinierstvo alebo dodávanie liečiv, pretože majú mechanické a elektrické výhody [55–57].

Amyloidné fibrily majú tiež určité mechanické vlastnosti a povrchy aminokyselín, ktoré sa používajú na prípravu nanodrôtov [58], hydrogélov [59], skeletov vláknitých buniek [60,61] a pevných funkčných organických vrstiev [62]. Proteíny sú pripojené k povrchom CNT vo forme monomérov oroligomérov [63,64], aby sa zlepšila ich rozpustnosť vo vode a znížila ich cytotoxicita.

CNT menia štrukturálne vlastnosti proteínových fibríl prostredníctvom hybridizácie a rekombinácie, aby sa zamerali na podávanie terapeutických liečiv in vivo a zničili rakovinové bunky [64,65].Hendler a kol. použili metódu „co-assembly“ na vytvorenie hybridných amyloid-fulerénových kompozitných fibríl [66], ktoré sa používajú na prípravu nanomarkerov na separáciu farieb, diagnostických materiálov a optoelektronických zariadení.

Špeciálne vlastnosti proteínových fibríl a uhlíkových nanomateriálov (ako sú mechanické a elektromagnetické vlastnosti uhlíkových nanomateriálov a biologické vlastnosti proteínových materiálov) sa môžu navzájom využívať a ich kombinácia výrazne rozšíri rozsah použitia týchto dvoch druhov nanomateriálov.

K úplnému pochopeniu interakcie medzi proteínovými vláknami a uhlíkovými nanomateriálmi je však ešte dlhá cesta. V tomto výskume sme študovali interakciu WPI fibríl s CNT (alebo CNO) a charakterizovali sme kompozity WPI fibríl – CNT (alebo CNO) pomocou SEM, TEM, XRD, Raman, FTIR a TG. WPI fibrily boli pripravené použitím procesu indukcie kyslej hydrolýzy. WPI fibril-CNTs (alebo CNO) kompozity boli vyrobené pomocou hydrotermálnej syntézy.

2. Materiály a metódy

2.1. Tvorba vlákien WPI

WPI-1 bol zakúpený od Davisco Foods International Inc. (97,8 % bez lecitínu, NM, USA) a WPI-2 bol zakúpený od Hilmar Ingredients (90,39 % s lecitínom, Hilmar, CA, USA).

Zásobný roztok (asi 6 % hmotn.) sa pripravil rozpustením WPI vo vode Millipore. pH roztoku sa potom upravilo na 4,75 pridaním 1 M HCl, nasledovala centrifugácia (10,000 rpm, 60 min, 4 °C) a filtrácia supernatantu (FP 030/ 0,45 um, Schleicher a Schuell). Po filtrácii sa pH prefiltrovaného roztoku nastavilo na 2 použitím 6 M HCl.

Koncentrácia proteínu v zásobnom roztoku bola stanovená pomocou UV spektrofotometra (UV{0}}PC, MAPADA, Shanghai, Čína) a kalibračnej krivky známych koncentrácií WPI pri vlnovej dĺžke 278 nm.

Zásobný roztok sa zriedil na koncentráciu proteínu 2 % hmotn. roztokom HCl s pH 2. Roztok WPI sa potom zahrieval a miešal (asi 290 otáčok za minútu) počas 20 hodín pri 80 °C, aby sa vytvorili fibrily.

2.2. Príprava CNT a CNO

2.2.1. Príprava CNT

Príprava katalyzátora La2NiO4: La(NO3)3.6H2O a Ni(NO3)2.6H2O (molárny pomer La/Ni=2:1) sa rozpustili v deionizovanej vode, potom sa pridala kyselina citrónová. Roztok sa zahrieval na 80 °C počas 1 hodiny za miešania a nakoniec sa zmenil na koloidnú látku.

Koloidná látka bola kalcinovaná v muflovej peci (10 ◦C/min na vzduchu; 300 ◦C počas 1 hodiny, potom 800 ◦C počas 5 hodín). Katalytická chemická depozícia metánu (CVD) na výrobu CNT: Na výrobu CNT bol pre metánový CVD použitý reaktor bedgas-tuhý katalytický reaktor.

Katalyzátor La2NiO4 (0,5 g) sa umiestnil do kremenných člnov v rúrkovom kremennom reaktore. Najprv sa použil dusík (30 ml/min) na preplachovanie reaktora počas 30 minút a potom sa použil vodík (10 ml/min) na redukciu La2Ni04 pri 600 °C počas 1 hodiny.

Potom sa plyn zmenil na metán (60 ml/min) pre katalytické CVD pri 800 ◦C počas 8 hodín, aby sa syntetizovali CNT. Čistenie CNT: CNT zmiešané s katalyzátormi sa purifikovali v 0,1 M kyseline dusičnej 80 ◦C za miešania počas 5 hodín.

Prefiltrovala a päťkrát premyla deionizovanou vodou. Nakoniec sa vzorka sušila pri 120 °C počas 6 hodín.

2.2.2. Príprava CNO

Predúprava nosiča sieťoviny z nehrdzavejúcej ocele: Sitá z nehrdzavejúcej ocele SS316 s rozmermi 20 mm × 20 mm sa čistili ultrazvukom počas 30 minút v 0,1 M roztoku HCl. Potom sa sitá umiestnili do rúrkového kremenného reaktora.

Vodná para nesúca dusík (90 ◦C vodná para) sa zaviedla do kremennej trubice. Kremenná trubica sa zahrievala na 300 °C počas 1 hodiny. Povrch nehrdzavejúcej ocele sa po takomto spracovaní použil ako nosič katalyzátora.

Plnenie katalyzátora: Vyššie vopred upravená sieťka z nehrdzavejúcej ocele bola ponorená do roztoku nikeloxalátu. Za miešania počas 1 hodiny sa pridala kyselina citrónová. Roztok sa zahrial na 80 °C a nakoniec sa zmenil na koloid. Koloidné a nerezové sitá boli vložené do téglika a kalcinované v muflovej peci (Zhonghuan, Tianjin, Čína) pri 900 ◦C (10 ◦C/min, na vzduchu) počas 3 hodín.

Nakoniec sa získalo sito z nehrdzavejúcej ocele naplnené katalyzátorom. Katalytické CVD metánu na výrobu CNO [67]: Použil sa aj plyno-pevný reaktor s pevným lôžkom (Zhonghuan, Tianjin, Čína). Sieťový katalyzátor z nehrdzavejúcej ocele sa umiestnil do kremennej trubice.

Dusík (30 ml/min) sa použil na preplachovanie reaktora pri teplote miestnosti počas 1 hodiny, potom sa teplota zvýšila na reakčnú teplotu 900 °C a dusík sa premenil na metán (30 ml/min) na 8 hodín na katalytické krakovanie. .

Nakoniec sa metán prepol späť na plynný dusík a reaktor sa ochladil na teplotu miestnosti. Nakoniec sa vybral sieťový katalyzátor z nehrdzavejúcej ocele a CNO. Čistenie CNO: Vzorka CNO sa najprv preosiala, aby sa odstránili voľné častice katalyzátora.

Potom bola zmiešaná s koncentrovanou HN03 a refluxovaná pri 90 °C počas 40 hodín. Po zriedení a ochladení sa 10 minút centrifugovalo pri 4000 ot./min. a kyslý roztok sa odstránil.

Zvyšné CNO sa niekoľkokrát dôkladne prepláchli destilovanou vodou, kým sa nedosiahlo neutrálne pH. Nakoniec sa purifikované CNO vysušili.

2.3. Príprava WPI Fibril-CNT (alebo CNO)

WPI fibril-CNT (alebo CNO) boli syntetizované pomocou hydrotermálnej metódy. CNT (alebo CNO) s koncentráciou {{0}}.05 % hmotn., 0,10 % hmotn. a 0,15 % hmotn. sa zmiešalo v deionizovanej vode a upravovalo sa ultrazvukom počas 30 minút na rozptýlenie čo najlepšie.

Pridal sa rovnaký objem roztoku vlákien WPI a miešal sa magnetickým miešaním počas 30 minút. Zmes sa potom naliala do autoklávového reaktora (Hongchen, Xi'an, Čína) na hydrotermálnu reakciu (80 °C, 20 h).

Potom sa produkt ochladil na teplotu miestnosti, autokláv sa otvoril a zmes sa vybrala. Produkt sa sušil v sušiarni (60 °C) počas 48 hodín.

For more information:1950477648nn@gmail.com