Interplay između vlakana proteina surutke s ugljičnim nanocijevima ili ugljičnim nano-lukom, 2. dio

2.4. Karakterizacija

Skenirajuća elektronska mikroskopija (SEM): Morfologija površine i struktura uzorka analizirani su pomoću JSM-7100F skenirajućeg elektronskog mikroskopa (JEOL, Tokio, Japan).

Posljednjih godina, uz kontinuirani razvoj nauke i tehnologije, sve više istraživanja pokazuje da elektronski mikroskopi pozitivno djeluju na poboljšanje pamćenja. Elektronski mikroskopi su moderni naučni instrument koji koristi elektronske zrake za skeniranje površine uzoraka i dobijanje slika visoke definicije. Ima širok spektar primena, kao što su nauka o materijalima, biomedicina, nanotehnologija i druga polja.

Dakle, kako elektronski mikroskopi poboljšavaju naše pamćenje? Prije svega, elektronski mikroskopi mogu poboljšati našu vizualnu percepciju. Svojim karakteristikama snimanja visoke definicije, omogućava nam da vidimo jasnije i suptilnije detalje, čime se poboljšavaju naše sposobnosti zapažanja i percepcije.

Drugo, elektronski mikroskopi također mogu promovirati učenje i pamćenje našeg mozga. Budući da nam napredni elektronski mikroskopi omogućavaju da vidimo delikatnije strukture i teksture, možemo bolje razumjeti i zapamtiti ove sadržaje. Na primjer, uočavanje fine strukture bioloških ćelija, složene hemijske strukture hemijskih supstanci, itd., može ostaviti dubok utisak na naš mozak i poboljšati naše sposobnosti učenja i pamćenja.

Konačno, elektronski mikroskopi nam takođe mogu pomoći u sprovođenju boljih naučnih istraživanja i istraživanja. Posmatranjem elektronskih mikroskopa možemo duboko analizirati strukturu i hemijski sastav materijala itd., kako bi nam pomogli da bolje razumemo suštinu i principe stvari, čime ostvarujemo akumulaciju i istraživanje naučnog znanja.

Ukratko, elektronska mikroskopija je od velikog značaja za ljudsku spoznaju i akumulaciju znanja. Može poboljšati naše sposobnosti učenja i pamćenja, promovirati akumulaciju i razvoj ljudskog znanja i dati izvanredan doprinos ljudskom razvoju i napretku. Vidi se da moramo poboljšati svoje pamćenje, a cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal sa brojnim jedinstvenim efektima, od kojih je jedno poboljšanje pamćenja. Djelotvornost Cistanche deserticola proizlazi iz različitih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući taninsku kiselinu, polisaharide, flavonoidne glikozide, itd. Ovi sastojci mogu promovirati zdravlje mozga na različite načine.

Kliknite Znaj da poboljšate kratkoročno pamćenje

SEM fotografije su bile jasnije nakon prskanja zlatom 10 minuta prije posmatranja pomoću transmisionog elektronskog mikroskopa (TEM, JEM-2010, Tokio, Japan). Uzorak je razrijeđen i ultrazvučno dispergovan. Kapljica rastvora stavljena je na karbonski noseći film na bakrenoj mreži.

Nakon 15 s, višak je uklonjen filter papirom. Nakon toga, kapljica 2% uranil acetata je stavljena na rešetku i ponovo uklonjena nakon 15 s. Elektronski mikrosnimci su napravljeni pomoću JEOL elektronskog mikroskopa (JEM-2010, Tokio, Japan) koji radi na 100 kV.

Infracrveni spektar Fourierove transformacije (FTIR): Korišten je infracrveni spektrometar Fourierove transformacije (Nicolet iS10, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Kompozitni materijal i kalijum bromid su izvagani u masenom omjeru 1:100 i mljeveni pod infracrvenom lampom 10 minuta kako bi se ravnomjerno pomiješali.

Nakon kompresije, FTIR spektri su snimljeni. Opseg skeniranja je bio 400~4000 cm−1, a rezolucija 4 cm−1. Difrakcija rendgenskih zraka (XRD): Kristalne strukture kompozita su karakterizirane pomoću MAXima-X XRD-7000 rendgenskog difraktometra ( Tokio, Japan) sa sledećim postavkama: Cu K - zrak, 40 kV, 2θ od 5◦do 80◦.Ramanova spektroskopija: Ramanski spektri su određeni na HORIBA HR800 (Pariz, Francuska) laserom od 514 nm.

Termogravimetrija (TG): Termička stabilnost kompozita na zraku je karakterizirana korištenjem NETZSCH STA449 F3 sinhronog termičkog analizatora (Selb, Njemačka). Opseg grijanja je bio od 30 do 700 ◦C, a brzina zagrijavanja je bila 10 ◦C/min.

3. Rezultati i diskusija

3.1. WPI Fibrils

Rastvor fibrila WPI-1 (bez lecitina) bio je providan i bezbojan (Slika 1(a1)). Vlakna su se mogla posmatrati kroz dvolomnost polarizovanih listova. Rastvor WPI-2(sa lecitinom) fibrila je bio smeđe boje (Slika 1(a2)).

Zbog njihove tamne boje, bilo je teško uočiti fibrile preko dvolomnih listova. Wang et al. izvijestili su da je njihov koncentrat proteina surutke (WPC, koji sadrži lecitin) fibrilni rastvor postepeno mijenjao od prozirne svijetložute do tamno smeđe u roku od 5 h (80 ◦C, pH 1,8).

Oni su vjerovali da je došlo do Maillardove reakcije, budući da su mali peptidi nastali hidrolizom WPC tokom formiranja fibrila [68]. U ovoj studiji, otopine WPI sa ili bez lecitina korištene su za pripremu otopine WPI fibrila.

Ovo je prvi put da je iko dokazao da posmeđivanje nije nastalo zbog Maillardove reakcije s peptidima, dok je lecitin bio razlog posmeđivanja WPI u pripremi fibrila.

TEM rezultati za WPI-1 (maseni udio proteina od 97,80%, bez lecitina) i WPI-2 (maseni udio proteina od 90,39%, koji sadrže lecitin) fibrile su prikazani na slici 1b,c. Može se primijetiti da su fibrile nasumično raspoređene u otopini.

Dužina WPI fibrila bila je oko 2 µm. Mantovani i dr. procijenio efekte sojinog lecitinona na formiranje vlakana proteina surutke. Tokom termičke obrade, sojin lecitin nije imao značajan uticaj na brzinu formiranja fibrila ili konformaciju sekundarne strukture proteina [69].

Rezultati na slici 1c pokazuju da su vlakna pripremljena korištenjem WPI koji sadrže lecitin imala određenu aglomeraciju i tamnu boju, što ukazuje na to da se lecitin može ravnomjerno prianjati na WPI fibrile, čineći boju otopine fibrila tamnijom.

Ovo je u skladu s prethodnim zapažanjem da lecitin može potamniti boju WPI.

3.2. CNT i CNO

Slike 2a i b prikazuju TEM i HR-TEM slike CNT-a, respektivno. Prečnik CNT-a bio je oko 30 nm, sa višeslojnim grafitnim zidovima. Katalizator La2NiO4 je reduciran vodonikom prije metanskog krekiranja.

Nakon redukcije, "--La--Ni--La--Ni--" uređene strukture su formirane na površini katalizatora nalik na perovskit (:praznina kisika) . Prazan prostor za kiseonik obezbedio je mesto za adsorpciju metana na površini.

Tada je otkriveno da se pucanje metana javlja na lokacijama Ni blizu slobodnih mjesta za kiseonik. Struktura --La--Ni--La--Ni-- je inhibirana agregacija čestica Ni i osiguralo postojanje visoke koncentracije nanometalnih Ni katalizatora na površini. Nano-Ni je bio neophodan uslov za rast CNT-a [70].

Slike 2c i d prikazuju TEM i HR-TEM slike CNO, respektivno. Nakon pročišćavanja, neke jezgre karbonskog luka su postale šuplje. Šuplje jezgre su imale približno 100 nm u prečniku. HR-TEM slike jasno su pokazale višeslojnu grafitiziranu strukturu CNO. Legura Fe-Ni bila je centar nukleacije ugljične nano-lučne formacije. Metan je prvo razložen na atome ugljika na Fe-Ni.

Atomi ugljika su prodrli u leguru i formirali metalne karbide. Oko metalnih karbidnih katalizatora, metan je dodatno napukao i formirao višeslojnu grafitnu strukturu [67].

Na HR-TEM slikama, uočeno je da u CNT-ima, grafitni slojevi nisu baš paralelni jedan s drugim, što ukazuje na postojanje defekata. U CNO, neke mreže grafitnih karbonskih školjki nisu bile savršeno zatvorene, što ukazuje na postojanje više defekata.

3.3. WPI Fibril–CNT (CNOs) kompoziti

Općenito, kompoziti WPI fibril–CNT (ili CNO) pokazali su relativno ujednačene koloidne strukture, kao što se vidi na slici 3. Zbog visoko hidrofobnih površina CNT-a i CNO-a, bilo ih je teško spontano dispergirati u vodi u njihovim izvornim oblicima.

Proteinfibrile su bile amfifilne, koje su mogle efikasno da se adsorbuju i vežu za grafitne površine ugljeničnih nanočestica, obezbeđujući potrebnu rastvorljivost u vodi i biokompatibilnost [71,72].

Budući da su vlakna proteina surutke također bila amfifilna, ovo je pomoglo da se riješi problem disperzije vezan za CNT i CNO.

Za uzorak WPI fibril–CNT (CNT: 0.05 tež.%), kao što se vidi na slici 3a, nekoliko aglomeriranih CNT čestica je uočeno u koloidu. Neke studije su objavile da bi protein sirutke mogao biti efikasan i selektivan disperzant za CNT određenih promjera.

Moguća aktivna vezna mjesta na površini proteina surutke bolje su se poklapala sa zakrivljenostima određenih CNT-ova [54]. Nagađalo se da bi u kompozitima s većom koncentracijom CNT-a moglo doći do agregacija.

Sa dodatkom više CNT ili CNO, viskoznost kompozita se povećala. Nakon sušenja WPI fibril-ugljik nanokompozitnih gelova, WPI fibril-CNTs su bili manje ujednačeni, ali sjajniji od WPI fibril-CNOs (slika 3c,f).

WPI fibril-CNOs bi mogli biti idealni funkcionalni biofilmski materijali. Sa slike 3a,d se može vidjeti da su svi nanomaterijali WPI fibril-ugljik bili ravnomjerno gelirani. Prije dodavanja ugljičnih nanomaterijala, otopine WPI fibrila nisu bile želatinozne pri ovoj koncentraciji proteina. Ni pojedinačni CNT ni CNO nisu bili želatinozni u vodenom rastvoru.

Bez hidrotermalnog procesa, mješavine WPI fibrila i CNT-a (WPI fibrili i CNO) nisu bile gelovi. Tek kada su podvrgnuti hidrotermalnom procesu, kompoziti su postali koloidni. Neki autori su izvijestili da bi hidrogelovi na bazi amiloidnih fibrila mogli biti promijenjeni u pogledu fizičkih i strukturnih svojstava u prisustvu CNT-a [73].

To znači da su proteinska fibrila i CNT međusobno djelovali pod određenim uvjetima. Formiranje gela može biti uzrokovano sljedećim faktorima: (i) fibrilarna struktura WPI fibrila može promovirati stvaranje gela; (ii) zagrijavanje i pritisak tokom hidrotermalnog procesa u autoklavu mogu pomoći kompozitnom želatinatu; (iii) ugljenični nanomaterijali imaju negativno nabijene površine, koje bi stupile u interakciju s pozitivno nabijenim proteinskim fibrilima kako bi formirale gelove, što sugerira mogućnost formiranja filma [32]. Slika 4a,e prikazuje SEM slike WPI fibril–CNTs i WPI fibril–CNOs.

Može se uočiti temorfologija dispergovanih CNT-ova i CNO. Disperzija WPIfibril–CNOs (Slika 4e) bila je bolja od WPI fibril–CNTs (Slika 4a), podržavajući informacije na Slici 3. Na TEM slikama WPI fibril–CNTs (Slika 4b) i WPI fibril–CNOs (Slika 4f) , WPI fibrili i CNT se mogu uočiti; slično tome, WPI fibrili i CNO su takođe postojali.

Nisu uočena očigledna oštećenja u CNT-ovima ili CNO nakon hibridizacije sa WPI fibrilima (Slika 4c,g). Međutim, značajno smanjenje dužine WPI fibrila u kompozitima može se vidjeti na slici 4d,h.

Dužine WPI fibrila su skraćene sa 2 µm na oko 200 nm i u kompozitima WPI fibril–CNT i WPI fibril–CNO. Kratke fibrile su formirale male klastere.

Mogući razlozi za to su sljedeći: (i) uništavanje intermolekularne sile fibrila pod pritiskom pare u autoklavu; (ii) Brownovo kretanje ugljičnih nanočestica pod pritiskom također može uzrokovati razbijanje WPI fibrila; (iii) -savijeni snopovi fibrila u blizini tačke preokreta WPIfibrila su izobličeni i uništeni [74,75].

Ovi rezultati pokazuju da CNT i CNO mogu uništiti WPI fibrile i inhibirati dalju fibrozu proteina u hidrotermalnim uvjetima. Ovaj nalaz bi mogao imati važnu istraživačku vrijednost u budućnosti u ciljanoj terapiji fibroze organa i in vivo proteinske fibroze.

Koristeći simulaciju molekula, istraživači su izvijestili da ugljične nanocijevi i fuleren sprečavaju formiranje sekundarne strukture amiloidnih peptidnih oligomera [76–78]. Slika 5 prikazuje FTIR rezultate za WPI fibril-ugljenične nanokompozite.

Općenito, bilo je jasno da su signali funkcionalnih grupa na WPI fibril-CNOs jači od onih na WPI fibril-CNTs, pokazujući jaču interakciju između WPI fibrila i CNOs.

Ovo bi moglo biti korisno za disperziju CNO i za formiranje homogenog gela. Ovaj rezultat je bio u skladu sa vizuelnim posmatranjem. Vrh vibracije istezanja hidroksilne grupe pojavio se na 3500 cm−1, a vrh vibracije istezanja N–H amidne I trake pojavio se na oko 3280 cm−1. Vrh između 3000 i 2800 cm−1 bio je vibracija istezanja C–H veze.

Opseg apsorpcije u 1400–1300 cm−1 može se pripisati vibracijama promjenjivog ugla C–H i C–OH vibracija. Opseg od 1260~1000 cm−1 uzrokovan je C–OH vibracijama istezanja. U kiseloj vodenoj otopini, CNT i CNO je bilo lakše nositi hidroksilne grupe na površini [79].

Karakteristični vrhovi FTIR spektra mogu se koristiti za analizu ne samo funkcionalnih grupa kompozita, već i sekundarnih struktura proteina.

Sa slike 5 može se vidjeti da su tipovi vibracija amidne trake bili sljedeći: vibracija istezanja vrha amidne I trake C=O (1640 cm−1), vibracija savijanja amidne II trake u NH ravni i karakteristika apsorpcioni vrh C–N istezne vibracije (1570–1520 cm−1).

Na vršne obrasce amida I i II traka nije utjecala struktura bočnog lanca proteina, već samo njegova sekundarna struktura. Promjena sekundarne strukture proteina analizirana je poređenjem spektra područja amida I pojasa [80]. Opseg amida II osjetljivo je odražavao međumolekularnu ili intramolekularnu povezanost vodikovih veza.

For more information:1950477648nn@gmail.com