En este trabajo es apoyado por el Ministerio de ciencia y tecnología, Taiwán, República de China, otorga número más 105-2221-E-011-008, y también por Advanced-Connectek Inc., Taipei, Taiwán, ROC bajo contrato número RD Ref. Nº 6749 y Departamento Ref no. 011 a través de la Instituto de ingeniería electro-óptica, Universidad Nacional de Taiwán de la ciencia y tecnología.

PRECAUCIÓN: Use guantes de látex, gafas protectoras y una capa del laboratorio para realizar el experimento. Siempre usando el gabinete de seguridad, encienda el ventilador gabinete y mantenga la puerta del gabinete cerrado de media.
1. preparación de perlas de vidrio
<ol><li>100 perlas de vidrio de 3 mm de diámetro en una botella de 100 mL laboratorio y luego la tapa firmemente.</li>
	<li>Autoclave el contenido a 120 ° C durante 10 minutos.</li>
	<li>Deje la botella a enfriar a temperatura ambiente y luego coloque en la bioseguridad gabinete.</li>
</ol>2. preparación del caldo de lisogenia (LB)
<ol><li>Disolver 8 g de polvo de caldo LB-Lennox en una botella de 500 mL laboratorio con 400 mL de agua.</li>
	<li>Mezclar el contenido con una barra de agitación magnética de PTFE por 20 min y luego la tapa firmemente.</li>
	<li>Autoclave el contenido a 120 ° C durante 10 minutos.</li>
	<li>Dejar la solución enfriar a temperatura ambiente y colóquelo en la bioseguridad gabinete.</li>
	<li>Mediante una pipeta, alícuota del caldo en ocho tubos de centrífuga de 15 mL en el gabinete de seguridad biológica (12,5 mL de cada una).</li>
	<li>Parte alícuota el caldo restante en botellas de 100 mL laboratorio tres en el gabinete de seguridad biológica (100 mL). Tapa firmemente las tres botellas. Mantenerlos en la bioseguridad gabinete.</li>
</ol>3. cultura de la alga de Shewanella
<ol><li>Utilizar la cepa criopreservada congelada.</li>
	<li>En el gabinete de bioseguridad, seleccionar 1 mL del material congelado del tubo congelado con una espátula de acero inoxidable y colóquelo en un tubo de centrífuga preparado en el paso 3.5.</li>
	<li>Incubar los cultivos durante 24 h en una incubadora de 37 ° C.</li>
</ol>4. elaboración de platos de Petri LB-Lennox (caldo con Agar)
<ol><li>Disolver dos tabletas de LB-Lennox (caldo con agar) en una botella de 100 mL laboratorio con 100 mL de agua.</li>
	<li>Remover el contenido con una barra de agitación magnética de PTFE por 20 min y luego la tapa firmemente.</li>
	<li>Autoclave el contenido a 120 ° C durante 10 minutos.</li>
	<li>En el gabinete de bioseguridad, alícuota de mano 100 mL de solución en 4 placas de Petri, asegurando a cada uno recibir ~ 25 mL. Dejar la solución enfriar a temperatura ambiente.</li>
</ol>5. preparación de bacterias Monoclonal
<ol><li>En el gabinete de bioseguridad, etiqueta las tres botellas de preparado en el paso 2.6, #1, #2 y #3, respectivamente.</li>
	<li>Pipetear 0,1 mL de la suspensión bacteriana resultante en el paso 3.3 en botella #1. Tapa la botella y gire a mano durante 1 minuto obtener una solución homogénea.</li>
	<li>Pipetear 0,1 mL del líquido bacteriano resultante en el paso 5.2 en botella #2. Tapa la botella y gire a mano durante 1 minuto obtener una solución homogénea.</li>
	<li>Pipetear 0,1 mL del líquido bacteriano resultante en el paso 5.3 en botella #3. Tapa la botella y agitar manualmente durante 1 minuto obtener una solución homogénea.</li>
	<li>Pipeta el líquido en botella #3 en las 4 cajas Petri preparada en el paso 4.4, usando un volumen de 0,02 mL.</li>
	<li>Poner los granos de cristal, preparados en el paso 1.3 en las 4 cajas Petri utilizado, 4 granos en cada plato.</li>
	<li>Cierre las tapas de las cajas Petri y sacudirlas a mano durante 1 minuto.</li>
	<li>Invierta las placas de Petri e incubar en una incubadora de 37 ° C durante 24 h.</li>
</ol>6. multiplicación de las bacterias Monoclonal
<ol><li>Buscar 7 tubos preparados en el paso 2.5.</li>
	<li>Seleccionar las bacterias monoclonales resultantes de las 4 cajas Petri preparada en el paso 5.8 con una espátula de acero inoxidable y los puso en 7 tubos por separado.</li>
	<li>Dejar los 7 tubos en una incubadora de 37 ° C durante 24 h.</li>
	<li>Seleccionar con la mayor dispersión de la luz mediante el método colorimétrico visual.</li>
</ol>7. preparación de caldo LB-Lennox con glucosa y sal
<ol><li>Poner 10 g de caldo LB-Lennox, 10 g de NaCl y 10 g de glucosa en un laboratorio de 500 mL botella. Añadir agua hasta que el volumen llegue a 450 mL.</li>
	<li>Mezclar el contenido con una barra de agitación magnética de PTFE por 20 min.</li>
	<li>Autoclave el contenido a 120 ° C durante 10 minutos.</li>
</ol>8. preparación de tungstato de sodio
<ol><li>Poner 16,5 g de tungstato de sodio Na2WO4.2 h2O en una botella de 100 mL laboratorio con una espátula de acero inoxidable. Añadir agua hasta el volumen 50 mL.</li>
	<li>Mezclar el contenido con una barra de agitación magnética de PTFE por 20 min.</li>
	<li>Autoclave el contenido a 120 ° C durante 10 minutos.</li>
	<li>En el gabinete de bioseguridad, haz filtrado mediante un filtro de fibra de vidrio vacío con poros de 1 μm.</li>
</ol>9. preparación de LB con tungstato de sodio, glucosa y sal
<ol><li>En el gabinete de bioseguridad, vierta el filtrado obtenido en paso 8.4 a mano en la solución con glucosa y sal preparado en el paso 7.3.</li>
	<li>En el gabinete de seguridad de la biotecnología, alícuota con una pipeta de la solución resultante de 500 mL en el paso 9.1 en tubos de centrífuga de 10 x 50 mL.</li>
</ol>10. cultivo de bacterias
<ol><li>En el gabinete de bioseguridad, recoger el líquido preparado en el paso 6.4 y alícuota con una pipeta en los 10 tubos de ensayo preparados en el paso 9.2, con cada tubo recibir 0,05 mL.</li>
	<li>Incubar los 10 tubos en una incubadora de 37 ° C durante 120 h.</li>
</ol>11. cosecha de minerales BME
<ol><li>Ultrasonicate cada uno de los tubos de 10 paso 9.2 a 20 KHz con 150 W durante 1 hora.</li>
	<li>Centrifugar los tubos a 2.025 x g durante 1 hora.</li>
	<li>Retire el líquido claro en los tubos con una pipeta, añadir agua y repita los pasos 11.1 y 11.2 una vez más.</li>
	<li>Retire el líquido claro en los tubos con una pipeta, añadir alcohol y luego los ultrasonicate a 20 KHz con 150 W durante 1 hora.</li>
	<li>Centrifugar los tubos a 2.025 x g durante 1 hora.</li>
	<li>Repita los pasos 11.4 y 11.5 una vez más</li>
	<li>Minerales BME de cosecha mediante la eliminación de líquido claro en los tubos con una pipeta; Luego, tapa los tubos inmediatamente sin ejecutar ningún proceso de secado.</li>
</ol>12. oscilación de la temperatura con Pandoraea SP. y molibdato
<ol><li>Cultura Pandoraea SP. de la misma manera como en los pasos 2, 3, 4, 5 y 6 para la alga de Shewanella. El resultado de este paso corresponde a la de paso 6.4.</li>
	<li>Hacer caldo LB con glucosa y sal de la misma manera como en los pasos 7, 8 y 9, excepto que se sustituye el 16,5 g de tungstato de sodio en el paso 7.1 con 12 g de molibdato de sodio, Na2MoO4 · 2H2O. El resultado de este paso corresponde a la de paso 9.2.</li>
	<li>En el gabinete de bioseguridad, fetch el líquido preparado en paso 12.1 y alícuotas con una pipeta en los 10 tubos preparados en el paso 12.2, con cada tubo de recepción 0.05 mL.</li>
	<li>Incubar los tubos de 10 paso 12.3 bajo temperaturas oscilantes de 120 h en una recíproca sacudida baño, oscilando la temperatura 5 veces entre 25 ° C y 37 ° C, con cada temperatura durante 12 h.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Chertok, B., Moffat, B. A., David, A. E., Yu, F., Bergemann, C., Ross, B. D., Yang, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+Oxide+Nanoparticles+as+a+Drug+Delivery+Vehicle+for+MRI+Monitored+Magnetic+Targeting+of+Brain+Tumors.">Iron Oxide Nanoparticles as a Drug Delivery Vehicle for MRI Monitored Magnetic Targeting of Brain Tumors.</a> Biomaterials. 29 (4), 487 (2008).</li><li>Mansur, C., Pope, M., Pascucci, M. 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Los autores no tienen nada que revelar.

En cuanto a la uno mismo-consistencia de los resultados experimentales, la preparación y la multiplicación de bacterias monoclonales son críticos. Este experimento, diferente de la plantilla síntesis experimentos15,16, empleados bioactivas bacterias Gram-negativas. Para obtener una sola pared, elegimos procariotas bacterias en lugar de bacterias eucariotas como la levadura15. Para conseguir una forma esférica con una relación longitud a diámetro de 1:1, en lugar de una mayor relación longitud a diámetro16, nos alimenta las bacterias con una mucho mayor concentración de oxianiones para manipularlos para reducir en forma esférica, fabricación de microcápsulas con una pared sola, redonda y fina (< 30 nm).
Desde BME se basa principalmente en ajustar la concentración de oxianiones para controlar el metabolismo de las bacterias, tiene dos limitaciones. En primer lugar, la concentración de oxianiones está limitada por la solubilidad, la concentración debe ser tan alta como sea posible. En segundo lugar, más bacteriana metabolismo se detendrá a una temperatura superior a 45 ° C o menos 5 ° C, respectivamente de la parte superior y límites inferiores de nuestro experimento.
A pesar de estas dos limitaciones, BME tiene un gran potencial para la fabricación de materiales de óxido de metal de interés práctico. Para fundamentar esta afirmación, vamos a probar este método para hacer microcápsulas de circonio y microcápsulas de hierro — el primero ser un buen candidato material para huesos artificiales y el segundo para el suministro de medicamentos.

Nanopartículas de óxido de metal son explotadas para drogas entrega1, construcción artificial huesos2, catálisis heterogénea3, emisión de campo4,5, células solares6, sensores de gas7, y las baterías de litio8. Para aplicaciones prácticas, la resistencia mecánica de nanocristales y su microestructura son cruciales. Entre las microestructuras, estructuras de cascarón vacío pueden utilizarse para crear materiales ligeros y mecánicamente robusto9. Entre estructuras de cascarón vacío, una forma esférica es conocida por ser más rígido que una forma elipsoidal; el último tiene una relación de longitud a diámetro más grande que el anterior10,11. Este trabajo describe un protocolo para la síntesis de microcápsulas esféricas por las bacterias con un método no tóxico bajo una condición ambiental, que contrasta con los métodos alternativos, incluyendo el método de síntesis de plantilla de12, síntesis asistida por aerosol ultrasónico método13 y método hidrotermal14. Algunos de los métodos alternativos requieren plantillas12, algunos una temperatura tan alta como 500 º C13y algunos14a una alta presión. En cuanto a la estructura resultante, el método de síntesis de plantilla utilizando la plantilla de la levadura produce una estructura core-shell15, en vez de uno con una sola pared, y la utilización de la plantilla de e. coli produce una estructura con relación longitud a diámetro de 1.7:0.8 y no es esférica. 16.
En este trabajo, hemos hecho microcápsulas de óxido de metal con una sola pared y de forma esférica bajo una condición ambiental por explotación de metabolismo bacteriano. En glucólisis bacteriana, un proceso químico que metaboliza las fuentes de carbono, como la glucosa y la lactosa, se consideran fuentes de carbono como el origen del poder reductor generado en el mismo. Manipulamos el metabolismo bacteriano mediante el ajuste de la concentración de fuentes de carbono para lograr fines deseados. Este método es favorable al medio ambiente, utilizando a agentes no tóxicos y consume mucho menos electricidad. Por último, este método permite la producción en masa de las microcápsulas simplemente incrementando el volumen de caldo.
Antes el método, ha habido otros dos métodos utilizando metabolismo bacteriano para minerales: inducida biológicamente mineralización (BIM)17 y controlados biológicamente mineralización (BCM)18. BIM ni BCM puede utilizarse para la fabricación de sodio tungstato y molibdato de microcápsulas de tungstato como nuestro proceso, que se señala como la excreción mineral bacteriana (BME)19. En este experimento, la forma de las microcápsulas puede controlarse para tener una relación longitud a diámetro de 10:1 a 1:1, y el tamaño de nanopartícula granos que forman las conchas se pueden ajustar de 15 nm a 110 nm.

<table><tbody><tr><td>LB(Lennox)broth with agar tablets</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L7075</td><td>1 tablet for 50 mL broth with agar</td></tr><tr><td>LB (Lennox) broth</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>L3022-1KG</td><td>LB (Lennox) powder 1 kg</td></tr><tr><td>Dextrose anhydrous</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL 78695</td><td>glucose</td></tr><tr><td>Sodium Tungstate</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL 76050</td><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;WO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; &amp;middot; 2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>Sodium Molybdate</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL103564</td><td>Na&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;MoO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt; &amp;middot; 2H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td></tr><tr><td>Sodium Chloride</td><td>Nihon Shiyaku Reagent</td><td>PL 68131</td><td>NaCl</td></tr><tr><td>Ethanol 99.5%</td><td>Acros organics</td><td>AC615090040</td><td>CH&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;CH&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;OH</td></tr><tr><td>Water</td><td>Made in our university</td><td></td><td>de-ionlized water</td></tr><tr><td>Autoclave</td><td>Tomin Medical Equipmenco, Ltd., Taipei City, Taiwan, ROC</td><td>TM-329</td><td>heat to 120 &amp;deg;C for 10 min</td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>Digit System Laboratory System, New Taipei City, Taiwan, ROC</td><td>DSC302SD</td><td>centrifuge at 2025 x g</td></tr><tr><td>-80 &amp;deg;C Refrigerator</td><td>Panasonic</td><td>MDF-U3386S</td><td>Use to deep-freeze cryopreserve strain</td></tr><tr><td>Ultrasonic Homogenizer Sonicator Processor Cell Disruptor</td><td>Lenox</td><td>UPS-150</td><td>frequency 20 KHz power 150 W</td></tr><tr><td>Incubator</td><td>Customer made</td><td>custom made</td><td>heat to 40 &amp;deg;C or cool to 18 &amp;deg;C with time cotrol</td></tr><tr><td>Reciprocal shaking baths</td><td>Kingtech Scientific Co., Ltd</td><td>WBS-L</td><td></td></tr><tr><td>Digital Stirring Hot Plate</td><td>Corning</td><td>#6797-620D</td><td>use with PTFE magnetic stirring bar</td></tr><tr><td>Biosafety cabinet</td><td>Zong Yen co., LTD</td><td>ZYBH-420</td><td>All bacteria related process are done here</td></tr><tr><td>Scanning electron microscope</td><td>JEOL</td><td>JSM-6500F</td><td>SEM Images</td></tr><tr><td>50 mL centrifudge tube</td><td>Falcon</td><td>14-432-22</td><td></td></tr><tr><td>15 mL centrifudge tube</td><td>Falcon</td><td>14-959-53A</td><td></td></tr><tr><td>Laboratory bottle 100 mL</td><td>Duran</td><td>21 801 24 5</td><td></td></tr><tr><td>Laboratory bottle 500 mL</td><td>Duran</td><td>21 801 44 5</td><td></td></tr><tr><td>Stainless steel spatula</td><td>Chemglass</td><td>CG-1981-10</td><td></td></tr><tr><td>PTFE Disposable Stir Bars</td><td>Fisher</td><td>S68066</td><td></td></tr><tr><td>Plastic Petri Dishes</td><td>Fisher</td><td>S33580A</td><td></td></tr><tr><td>Shewanella algae</td><td>Courtesy of author #3</td><td>Courtesy of author #3</td><td></td></tr><tr><td>Pandoraea sp.</td><td>Courtesy of author #3</td><td>Courtesy of author #3</td><td></td></tr></tbody></table>

synthesizing sodium tungstate and sodium molybdate microcapsules via bacterial mineral excretion

Se presenta un método, la excreción mineral bacteriana (BME), para sintetizar dos clases de microcápsulas, tungstato de sodio, molibdato de sodio y nanopartículas correspondientes de los dos óxidos metálicos, el primero siendo tan pequeño como 22 nm y los 15 últimos nm. Nos alimenta dos cepas de bacterias, algas de Shewanella y Pandoraea SP., con diferentes concentraciones de iones tungstato o de molibdato. Las concentraciones de tungstato y molibdato se ajustaron para microcápsulas de diferentes proporciones de longitud a diámetro. Encontramos que cuanto mayor sea la concentración más pequeña las nanopartículas fueron. Las nanopartículas llegaron con tres proporciones de longitud a diámetro: 10:1, 3:1 y 1:1, que fueron alcanzados por las bacterias de la alimentación respectivamente con una baja concentración media concentración y una alta concentración. Las imágenes de las microcápsulas hueco fueron tomadas a través de la microesfera escaneo de electrones (SEM). Fueron verificados sus estructuras cristalinas por difracción de rayos x (DRX), la estructura cristalina de microcápsulas de molibdato es Na2MoO4 y de microcápsulas de tungstato Na2WO4 Na2W2O7. Estas síntesis todos fueron logrados bajo condición ambiente cercana.

La figura 1 muestra genuino microcápsulas esféricas. Las dos cepas de la bacteria, alga de Shewanella y Pandoraea sp., originalmente tienen una relación longitud a diámetro de 3:1. Para el logro de la relación longitud a diámetro de 1:1, una alta concentración (> 100 mM) de oxianiones metal se requiere. Una concentración baja (< 5 mM) de oxianiones puede resultar en una longitud al cociente del diámetro de 10:1, como que en la figura 2, que puede resultar de la afluencia de los oxianiones, bloqueando la fisión binaria de las bacterias. Por último, para lograr una relación de longitud a diámetro de 3:1, como en la figura 3, se necesita una concentración media (~ 20 mM) de oxianiones. La formación de conchas esféricas, con una relación longitud a diámetro de 1:1, puede ser provocada por unidades bacterianas que se hacen reducir su área superficial para equilibrar la ingesta de oxianiones mientras difunde oxianiones a través de la membrana celular. Las tres figuras juntas indican que la relación longitud a diámetro puede ajustarse de 10:1 a 1:1 simplemente ajustando la concentración de oxianiones.
Figura 4 y figura 5 muestran la nanopartícula granos de molibdato de sodio en diferentes tamaños: el ser 15 nm y el más grande uno de 110 nm. Tenga en cuenta que en la figura 5, en las cáscaras no roto, partículas de 110 nm puede todavía ser encadenados entre sí, formando depósitos porosos. La fue ganada a través de la oscilación de la temperatura del caldo cultivo 5 veces entre 25 ° C y 37 ° C, con cada temperatura durante 12 h. Durante la oscilación de temperatura, granos de diferentes tamaños pueden no sólo producir sino también mantener la estructura micro-esférica, que significa que podemos hacer microcápsulas con tamaños de grano diferentes, de 15 nm a 110 nm, sólo mediante el control de la temperatura del caldo .
La figura 6 muestra la pared rota con granos más grandes, está al lado de la abertura de la pared. El grueso de pared es de aproximadamente 22 nm y el grano más grande es de 40-60 nm. La diferencia de tamaño puede deberse a diferentes procesos metabólicos, que aún no son identificados.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig1.jpg"> Figura 1: imagen de la SEM de cáscaras esféricas huecas con una relación longitud a diámetro de 1:1. Esta estructura fue hecha de tungstato de sodio excretado por Shewanella algas con glucosa como fuente de carbono. Reimpreso con permiso de ECS J. al estado sólido y la tecnología, 6(3), N3113 (2017). Copyright 2017, la sociedad electroquímica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig2.jpg"> Figura 2: imagen de la SEM de cáscaras de filamento largo hueco con una relación longitud a diámetro de 10:1. Esta estructura fue hecha de molibdato de sodio excretado por Pandoraea SP con glucosa como fuente de carbono. Reimpreso con permiso de ECS J. al estado sólido y la tecnología, 6(3), N3113 (2017). Copyright 2017, la sociedad electroquímica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig3.jpg"> Figura 3: imagen de la SEM de rotas cáscaras huecos en forma con una relación longitud a diámetro de 3:1. Esta estructura fue hecha de tungstato de sodio excretado por Shewanella algas con glucosa como fuente de carbono. Reimpreso con permiso de ECS J. al estado sólido y la tecnología, 6(3), N3113 (2017). Copyright 2017, la sociedad electroquímica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig4.jpg"> Figura 4: imagen de la SEM de cáscaras de molibdato de sodio destrozada con un tamaño de partícula del grano de 15 nm. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig5.jpg"> Figura 5: imagen de la SEM de cáscaras de molibdato de sodio roto y no roto con un tamaño de partícula del grano de 110 nm. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig5large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig6.jpg"> Figura 6: imagen de la SEM de cáscaras huecos rotos con una relación longitud a diámetro de 1:1. Esta estructura fue hecha de tungstato de sodio excretado por Shewanella algas con glucosa como fuente de carbono. Granulado con un tamaño de 40-60 nm colgar fuera de la concha junto a un gran agujero, mientras que la cáscara sí mismo está hecha de gránulos con un tamaño de unos 22 nm. Reimpreso con permiso de ECS J. al estado sólido y la tecnología, 6(3), N3113 (2017). Copyright 2017, la sociedad electroquímica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion

Este trabajo presenta un protocolo para la fabricación de microcápsulas de molibdato de sodio tungstato y sodio a través de las bacterias y sus correspondientes nanopartículas.

Síntesis de tungstato de sodio y sodio molibdato microcápsulas vía excreción bacteriana de minerales

We present a method, the bacterial mineral excretion (BME), for synthesizing two kinds of microcapsules, sodium tungstate and sodium molybdate, and the ...

synthesizing-sodium-tungstate-sodium-molybdate-microcapsules-via

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

8.5K vistas.  National Taiwan University of Science and Technology. Este trabajo presenta un protocolo para la fabricación de microcápsulas de molibdato de sodio tungstato y sodio a través de las bacterias y sus correspondientes nanopartículas.

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Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The silica-encapsulated metal oxide nanoparticles are then carburized in a methane/hydrogen atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal carbide nanoparticles. During the carburization process, the silica shells prevent the sintering of adjacent carbide nanoparticles while also preventing the deposition of excess surface carbon. Alternatively, the silica-encapsulated metal oxide nanoparticles can be nitridized in an ammonia atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal nitride nanoparticles. By adjusting the reverse microemulsion parameters, the thickness of the silica shells, and the carburization/nitridation conditions, the transition metal carbide or nitride nanoparticles can be tuned to various sizes, compositions, and crystal phases. After carburization or nitridation, the silica shells are then removed using either a room-temperature aqueous ammonium bifluoride solution or a 0.1 to 0.5 M NaOH solution at 40-60 &#176;C. While the silica shells are dissolving, a high surface area support, such as carbon black, can be added to these solutions to obtain supported early transition metal carbide or nitride nanoparticles. If no high surface area support is added, then the nanoparticles can be stored as a nanodispersion or centrifuged to obtain a nanopowder.

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

Síntesis microemulsión inversa mediada de monometálicos y bimetálico temprana de metal de transición de carburo y nitruro de nanopartículas

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

Investigación

Química

Synthesis and Reaction Chemistry of Nanosize Monosodium Titanate

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the material with Au(III) ions. The synthesis method was derived from a sol-gel process used to produce micron-sized monosodium titanate (MST), with several key modifications, including altering reagent concentrations, omitting a particle seed step, and introducing a non-ionic surfactant to facilitate control of particle formation and growth. The resultant nMST material exhibits spherical-shaped particle morphology with a monodisperse distribution of particle diameters in the range from 100 to 150&#160;nm. The nMST material was found to have a Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of 285 m2g-1, which is more than an order of magnitude higher than the micron-sized MST. The isoelectric point of the nMST measured 3.34 pH units, which is a pH unit lower than that measured for the micron-size MST. The nMST material was found to serve as an effective ion exchanger under weakly acidic conditions for the preparation of an Au(III)-exchange nanotitanate. In addition, the formation of the corresponding peroxotitanate was demonstrated by reaction of the nMST with hydrogen peroxide.

The surfactant mediated sol-gel synthesis of nanosized monosodium titanate is described, along with preparation of the corresponding peroxide modified material. An ion-exchange reaction with Au(III) is also presented.

Síntesis y Reacción Química de tamaño nanométrico monosódico titanato

This paper describes the synthesis and peroxide-modification of nanosize monosodium titanate (nMST), along with an ion-exchange reaction to load the ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature solvents. These coordinating ligands help solubilize and stabilize the nanoparticles while in solution, and can influence the resulting size and reactivity of the nanoparticles during their formation. Despite the ubiquity of using ligands during synthesis, the presence of aliphatic ligands on the nanoparticle surface can result in a number of problems during the end use of the nanoparticles, necessitating further ligand stripping or ligand exchange procedures. We have developed a way to synthesize cadmium sulfide (CdS) nanoparticles using a unique sulfur copolymer. This sulfur copolymer is primarily composed of elemental sulfur, which is a cheap and abundant material. The sulfur copolymer has the advantages of operating both as a high temperature solvent and as a sulfur source, which can react with a cadmium precursor during nanoparticle synthesis, resulting in the generation of ligand free CdS. During the reaction, only some of the copolymer is consumed to produce CdS, while the rest remains in the polymeric state, thereby producing a nanocomposite material. Once the reaction is finished, the copolymer stabilizes the nanoparticles within a solid polymeric matrix. The copolymer can then be removed before the nanoparticles are used, which produces nanoparticles that do not have organic coordinating ligands. This nascent synthesis technique presents a method to produce metal-sulfide nanoparticles for a wide variety of applications where the presence of organic ligands is not desired.

Herein we present a method to synthesize ligand-free cadmium sulfide (CdS) nanoparticles based on a unique sulfur copolymer. The sulfur copolymer operates as a high temperature solvent and a sulfur source during the nanoparticle synthesis and stabilizes the nanoparticles after the reaction.

Síntesis del ligando libre de CdS nanopartículas dentro de una matriz de copolímero de azufre

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

Nanosponge Tunability in Size and Crosslinking Density

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with controlled dimensions. This approach begins with synthesis of a functionalized lactone which is key to the pendant functionalization of the resulting polymer. Valerolactone (VL) and allyl-valerolactone (AVL) are then copolymerized using ring-opening polymerization. Post-polymerization modification is then used to install an epoxide moiety on some or all of the pendant allyl groups. Epoxy-amine chemistry is employed to form nanoparticles in a dilute solution of both polymer and small molecule diamine crosslinker based on the desired nanosponge size and crosslinking density. Nanosponge sizes can be characterized by transmission electron microscopy (TEM) imaging to determine the dimension and distribution. This method provides a pathway by which highly tunable polyesters can create tunable nanoparticles, which can be used for small molecule drug encapsulation. Due to the nature of the backbone, these particles are hydrolytically and enzymatically degradable for a controlled release of a wide range of hydrophobic small molecules.

This article describes a process for tuning the size and crosslinking density of covalently crosslinked nanoparticles from linear polyesters containing pendant functionality. By tailoring synthesis parameters (polymer molecular weight, pendant functionality incorporation, and crosslinker equivalents), a desired nanoparticle size and crosslinking density can be achieved for drug delivery applications.

Nanosponge afinabilidad de tamaño y densidad de entrecruzamiento

We describe a protocol for the synthesis of linear polyesters containing pendant epoxide functionality and their incorporation into a nanosponge with ...

Analysis of Minerals Produced by hFOB 1.19 and Saos-2 Cells Using Transmission Electron Microscopy with Energy Dispersive X-ray Microanalysis

This video presents the use of transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray microanalysis (TEM-EDX) to compare the state of minerals in vesicles released by two human bone cell lines: hFOB 1.19 and Saos-2. These cell lines, after treatment with ascorbic acid (AA) and &#946;-glycerophosphate (&#946;-GP), undergo complete osteogenic transdifferentiation from proliferation to mineralization and produce matrix vesicles (MVs) that trigger apatite nucleation in the extracellular matrix (ECM).
Based on Alizarin Red-S (AR-S) staining and analysis of the composition of minerals in cell lysates using ultraviolet (UV) light or in vesicles using TEM imaging followed by EDX quantitation and ion mapping, we can infer that osteosarcoma Saos-2 and osteoblastic hFOB 1.19 cells reveal distinct mineralization profiles. Saos-2 cells mineralize more efficiently than hFOB 1.19 cells and produce larger mineral deposits that are not visible under UV light but are similar to hydroxyapatite (HA) in that they have more Ca and F substitutions.
The results obtained using these techniques allow us to conclude that the process of mineralization differs depending on the cell type. We propose that, at the cellular level, the origin and properties of vesicles predetermine the type of minerals.

We present a protocol to compare the state of minerals in vesicles released by two human bone cell lines: hFOB 1.19 and Saos-2. Their mineralization profiles were analyzed by Alizarin Red-S (AR-S) staining, ultraviolet (UV) light visualization, transmission electron microscopy (TEM) imaging and energy dispersive X-ray microanalysis (EDX).

Análisis de minerales producidos por hFOB 1.19 y Saos-2 células usando la microscopia electrónica transmisión con microanálisis de rayos x dispersiva de energía

This video presents the use of transmission electron microscopy with energy dispersive X-ray microanalysis (TEM-EDX) to compare the state of minerals in ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

Sales fundidas síntesis de nanopartículas de óxidos metálicos complejos

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Extraction of Plant-based Capsules for Microencapsulation Applications

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin exine capsules (SECs) are obtained when spores or pollen are processed so as to remove the internal sporoplasmic contents. The resulting hollow microcapsules exhibit a high degree of micromeritic uniformity and retain intricate microstructural features related to the particular plant species. Herein, we demonstrate a streamlined process for the production of SECs from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs. The current SEC isolation procedure has been recently optimized to significantly reduce the processing requirements which are conventionally used in SEC isolation, and to ensure the production of intact microcapsules. Natural L. clavatum spores are defatted with acetone, treated with phosphoric acid, and extensively washed to remove sporoplasmic contents. After acetone defatting, a single processing step using 85% phosphoric acid has been shown to remove all sporoplasmic contents. By limiting the acid processing time to 30 hr, it is possible to isolate clean SECs and avoid SEC fracturing, which has been shown to occur with prolonged processing time. Extensive washing with water, dilute acids, dilute bases, and solvents ensures that all sporoplasmic material and chemical residues are adequately removed. The vacuum loading technique is utilized to load a model protein (Bovine Serum Albumin) as a representative hydrophilic compound. Vacuum loading provides a simple technique to load various compounds without the need for harsh solvents or undesirable chemicals which are often required in other microencapsulation protocols. Based on these isolation and loading protocols, SECs provide a promising material for use in a diverse range of microencapsulation applications, such as, therapeutics, foods, cosmetics, and personal care products.

This protocol/manuscript describes a streamlined process for the production of sporopollenin exine capsules (SECs) from Lycopodium clavatum spores and for the loading of hydrophilic compounds into these SECs.

Las cápsulas de origen vegetal extracción de microencapsulación para Aplicaciones

Microcapsules derived from plant-based spores or pollen provide a robust platform for a diverse range of microencapsulation applications. Sporopollenin ...

Bioingeniería

Triplet Fusion Upconversion Nanocapsule Synthesis

Triplet fusion upconversion (UC) allows for the generation of one high energy photon from two low energy input photons. This well-studied process has significant implications for producing high energy light beyond a material's surface. However, the deployment of UC materials has been stymied due to poor material solubility, high concentration requirements, and oxygen sensitivity, ultimately resulting in reduced light output. Toward this end, nanoencapsulation has been a popular motif to circumvent these challenges, but durability has remained elusive in organic solvents. Recently, a nanoencapsulation technique was engineered to tackle each of these challenges, whereupon an oleic acid nanodroplet containing upconversion materials was encapsulated with a silica shell. Ultimately, these nanocapsules (NCs) were durable enough to enable triplet fusion upconversion-facilitated volumetric three-dimensional (3D) printing. By encapsulating upconversion materials with silica and dispersing them in a 3D printing resin, photopatterning beyond the surface of the printing vat was made possible. Here, video protocols for the synthesis of upconversion NCs are presented for both small-scale and large-scale batches. The outlined protocols serve as a starting point for adapting this encapsulation scheme to multiple upconversion schemes for use in volumetric 3D printing applications.

This protocol details the synthesis of upconversion nanocapsules for subsequent use in photopolymerizable resins for triplet fusion upconversion-facilitated volumetric 3D printing.

Síntesis de nanocápsulas de conversión ascendente de fusión triplete

Triplet fusion upconversion (UC) allows for the generation of one high energy photon from two low energy input photons. This well-studied process has ...

Ingeniería

Synthesis of Black Seed Oil-loaded-, Alginate-based, pH-sensitive Beads Using Electrospraying Technique

Black seed oil (BSO), derived from the seeds of the Nigella sativa plant, has garnered attention for its potential anti-cancer properties, particularly in the context of colon cancer. Its active compound, thymoquinone, may help inhibit cancer cell growth and induce apoptosis in colon cancer cells. Additionally, black seed oil's anti-inflammatory and antioxidant effects could contribute to a healthier gut environment, potentially reducing cancer risk. Therefore, this study synthesized pH-sensitive alginate beads to deliver BSO into the colon in a controlled-release manner without releasing the drug at pH 1.2 (stomach), thus providing a well-defined release pattern at pH 6.8. The use of electrospray technology improves process performance by making it easier to formulate small, homogeneous beads with a higher rate of swelling and diffusion in the gastrointestinal medium. 
The formulated beads were characterized by an ex-vivo mucoadhesive strength test, bead size, sphericity factor (SF), encapsulation efficiency (EE), scanning electron microscope (SEM), in vitro swelling behavior (SB), and in vitro drug release in acidic and buffer media. All these manufactured beads demonstrated modest sizes of 0.58 &plusmn; 0.01 mm and spherical shape of 0.03 &plusmn; 0.00 mm in this testing. The formulation showed promising floating and releasing properties in vitro. With a very low cumulative percentage of beads, the oil EE of 90.13% &plusmn; 0.93% was high, and the release study demonstrated more than 90% in pH 6.8 with good floating nature in the stomach. Additionally, the beads were evenly spaced throughout the intestine. The electrospraying approach used in this protocol can be reproducible, yielding consistent outcomes. Therefore, this protocol can be used for large-scale production for commercialization purposes.

A technique employing high electric voltage and a targeted, active ingredient-loaded emulsion to fabricate pH-responsive, uniform microbeads is presented.

Black seed oil (BSO), derived from the seeds of the Nigella sativa plant, has garnered attention for its potential anti-cancer properties, particularly in ...

Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of Manganese(II) Acetylacetonate

For biomedical applications, metal oxide nanoparticles such as iron oxide and manganese oxide (MnO), have been used as biosensors and contrast agents in magnetic resonance imaging (MRI). While iron oxide nanoparticles provide constant negative contrast on MRI over typical experimental timeframes, MnO generates switchable positive contrast on MRI through dissolution of MnO to Mn2+ at low pH within cell endosomes to &#8216;turn ON&#8217; MRI contrast. This protocol describes a one-pot synthesis of MnO nanoparticles formed by thermal decomposition of manganese(II) acetylacetonate in oleylamine and dibenzyl ether. Although running the synthesis of MnO nanoparticles is simple, the initial experimental setup can be difficult to reproduce if detailed instructions are not provided. Thus, the glassware and tubing assembly is first thoroughly described to allow other investigators to easily reproduce the setup. The synthesis method incorporates a temperature controller to achieve automated and precise manipulation of the desired temperature profile, which will impact resulting nanoparticle size and chemistry. The thermal decomposition protocol can be readily adapted to generate other metal oxide nanoparticles (e.g., iron oxide) and to include alternative organic solvents and stabilizers (e.g., oleic acid). In addition, the ratio of organic solvent to stabilizer can be changed to further impact nanoparticle properties, which is shown herein. Synthesized MnO nanoparticles are characterized for morphology, size, bulk composition, and surface composition through transmission electron microscopy, X-ray diffraction, and Fourier-transform infrared spectroscopy, respectively. The MnO nanoparticles synthesized by this method will be hydrophobic and must be further manipulated through ligand exchange, polymeric encapsulation, or lipid capping to incorporate hydrophilic groups for interaction with biological fluids and tissues.

Manganese Oxide Nanoparticle Synthesis by Thermal Decomposition of ManganeseII Acetylacetonate

This protocol details a facile, one-pot synthesis of manganese oxide (MnO) nanoparticles by thermal decomposition of manganese(II) acetylacetonate in the presence of oleylamine and dibenzyl ether. MnO nanoparticles have been utilized in diverse applications including magnetic resonance imaging, biosensing, catalysis, batteries, and waste water treatment.

Síntesis de nanopartículas de óxido de manganeso por descomposición térmica de manganeso(II) acetilacetonato

For biomedical applications, metal oxide nanoparticles such as iron oxide and manganese oxide (MnO), have been used as biosensors and contrast agents in ...