Name: encapsulating cytochrome c in silica aerogel nanoarchitectures without metal nanoparticles while retaining gas-phase bioactivity
Uploaded: 2016-03-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 6 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity at JoVE.com

תמיכה עבור עבודה זו ו / או פרסום סופק על ידי מכון המדע של המכללה של Fairfield באוניברסיטה לאמנויות ומדעים, מענק מחקר בפקולטה Fairfield האוניברסיטה, פרס מדעי מכללת קוטרל מחברת מחקר לקידום המדע, מכללת אוניברסיטת פיירפילד לאמנויות ומדעים ו Fairfield של מהמחלקה לכימיה &amp; ביוכימיה באוניברסיטת. אנו בתודה להכיר ז&#39;אן מארי וואלאס עבור מועיל הרבה תובנות ועצות לגבי תחום מחקר הכללי הזה. בנוסף, אנו מרחיבים מאוד תודה מיוחדת לכל עבר, הנוכחי, וחוקרים ראשון העתיד של מעבדת המחקר הארפר-Leatherman.

<ol>
	<li>Pettigrew, G. W., Moore, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytochromes c. Biological Aspects. , (1987).</li><li>Moore, G. R., Pettigrew, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytochromes c. Evolutionary, Structural, and Physicochemical Aspects. , (1990).</li><li>Scott, R. A., Mauk, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cytochrome c: A Multidisciplinary Approach. , (1996).</li><li>Wallace, J. M., Rice, J. K., Pietron, J. J., Stroud, R. M., Long, J. W., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica+nanoarchitectures+incorporating+self-organized+protein+superstructures+with+gas-phase+bioactivity.">Silica nanoarchitectures incorporating self-organized protein superstructures with gas-phase bioactivity.</a> Nano Lett. 3 (10), 1463-1467 (2003).</li><li>Wallace, J. M., Dening, B. M., Eden, K. B., Stroud, R. M., Long, J. W., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver-colloid-nucleated+cytochrome+c.+superstructures+encapsulated+in+silica+nanoarchitectures.">Silver-colloid-nucleated cytochrome c. superstructures encapsulated in silica nanoarchitectures.</a> Langmuir. 20 (21), 9276-9281 (2004).</li><li>Wallace, J. M., Stroud, R. M., Pietron, J. J., Long, J. W., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+particle+size+and+protein+content+on+nanoparticle-gold-nucleated+cytochrome+c.+superstructures+encapsulated+in+silica+nanoarchitectures.">The effect of particle size and protein content on nanoparticle-gold-nucleated cytochrome c. superstructures encapsulated in silica nanoarchitectures.</a> J.Non-Cryst. Solids. 350, 31-38 (2004).</li><li>Rolison, D. R., Wallace, J. M., Pietron, J. J., Rice, J. K., Stroud, R. M. U. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> US Patent. , (2007).</li><li>Harper-Leatherman, A. S., Wallace, J. M., Rolison, D. R., Minteer, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytochrome+c.+stabilization+and+immobilization+in+aerogels.">Cytochrome c. stabilization and immobilization in aerogels.</a> Enzyme Stabilization and Immobilization: Methods and Protocols. 679, 193-205 (2011).</li><li>Harper-Leatherman, A. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simplified+procedure+for+encapsulating+cytochrome+c.+in+silica+aerogel+nanoarchitectures+while+retaining+gas-phase+bioactivity.">Simplified procedure for encapsulating cytochrome c. in silica aerogel nanoarchitectures while retaining gas-phase bioactivity.</a> Langmuir. 28 (41), 14756-14765 (2012).</li><li>Hitihami-Mudiyanselage, A., Senevirathne, K., Brock, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+of+phosphide+nanocrystals+into+porous+networks:+Formation+of+InP+gels+and+aerogels.">Assembly of phosphide nanocrystals into porous networks: Formation of InP gels and aerogels.</a> ACS Nano. 7 (2), 1163-1170 (2013).</li><li>Fricke, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerogels. , (1986).</li><li>H&#252;sing, N., Schubert, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogels-airy+materials:+chemistry,+structure,+and+properties.">Aerogels-airy materials: chemistry, structure, and properties.</a> Angew. Chem. Int. Edit. 37 (1-2), 22-45 (1998).</li><li>Aegerter, A. M., Leventis, N., Koebel, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerogels Handbook. , (2011).</li><li>Kazuyoshi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+aerogel+science+and+technology.">Recent progress in aerogel science and technology.</a> Adv. Porous Mater. 1 (2), 147-163 (2013).</li><li>Leventis, N., Elder, I. A., Anderson, M. L., Rolison, D. R., Merzbacher, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Durable+modification+of+silica+aerogel+monoliths+with+fluorescent+2,7-diazapyrenium+moieties.+Sensing+oxygen+near+the+speed+of+open-air+diffusion.">Durable modification of silica aerogel monoliths with fluorescent 2,7-diazapyrenium moieties. Sensing oxygen near the speed of open-air diffusion.</a> Chem. Mater. 11 (10), 2837-2845 (1999).</li><li>Plata, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogel-platform+optical+sensors+for+oxygen+gas.">Aerogel-platform optical sensors for oxygen gas.</a> J. Non-Cryst. Solids. 350, 326-335 (2004).</li><li>Rolison, D. R., Pietron, J. J., Long, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+sensitivity,+specificity,+and+time+signature+of+sensors+through+architectural+design+on+the+nanoscale.">Controlling the sensitivity, specificity, and time signature of sensors through architectural design on the nanoscale.</a> ECS Trans. 19 (6), 171-179 (2009).</li><li>Carroll, M. K., Anderson, A. M., Aegerter, A. M., Leventis, N., Koebel, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogels+as+platforms+for+chemical+sensors.">Aerogels as platforms for chemical sensors.</a> Aerogels Handbook. , 637-650 (2011).</li><li>Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+nanoarchitectures-The+importance+of+nothing+and+the+unimportance+of+periodicity.">Catalytic nanoarchitectures-The importance of nothing and the unimportance of periodicity.</a> Science. 299 (5613), 1698-1701 (2003).</li><li>Pietron, J. J., Stroud, R. M., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+three+dimensions+in+catalytic+mesoporous+nanoarchitectures.">Using three dimensions in catalytic mesoporous nanoarchitectures.</a> Nano Lett. 2 (5), 545-549 (2002).</li><li>Anderson, M. L., Morris, C. A., Stroud, R. M., Merzbacher, C. I., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colloidal+gold+aerogels:+Preparation,+properties,+and+characterization.">Colloidal gold aerogels: Preparation, properties, and characterization.</a> Langmuir. 15 (3), 674-681 (1999).</li><li>Anderson, M. L., Stroud, R. M., Rolison, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+the+activity+of+fuel-cell+reactions+by+designing+three-dimensional+nanostructured+architectures:+Catalyst-modified+carbon-silica+composite+aerogels.">Enhancing the activity of fuel-cell reactions by designing three-dimensional nanostructured architectures: Catalyst-modified carbon-silica composite aerogels.</a> Nano Lett. 3 (9), 1321 (2003).</li><li>Chervin, C. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defective+by+design:+vanadium-substituted+iron+oxide+nanoarchitectures+as+cation-insertion+hosts+for+electrochemical+charge+storage.">Defective by design: vanadium-substituted iron oxide nanoarchitectures as cation-insertion hosts for electrochemical charge storage.</a> J. Mater. Chem. A. 3 (22), 12059-12068 (2015).</li><li>Ellerby, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Encapsulation+of+proteins+in+transparent+porous+silicate-glasses+prepared+by+the+sol-gel+method.">Encapsulation of proteins in transparent porous silicate-glasses prepared by the sol-gel method.</a> Science. 255 (5048), 1113-1115 (1992).</li><li>Massari, A. M., Finkelstein, I. J., Fayer, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+proteins+encapsulated+in+silica+sol-gel+glasses+studied+with+IR+vibrational+echo+spectroscopy.">Dynamics of proteins encapsulated in silica sol-gel glasses studied with IR vibrational echo spectroscopy.</a> J. Am. Chem. Soc. 128 (12), 3990-3997 (2006).</li><li>Ray, A., Feng, M., Tachikawa, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+electrochemistry+and+Raman+spectroscopy+of+sol-gel-encapsulated+myoglobin.">Direct electrochemistry and Raman spectroscopy of sol-gel-encapsulated myoglobin.</a> Langmuir. 21 (16), 7456-7460 (2005).</li><li>Blyth, D. J., Aylott, J. W., Richardson, D. J., Russell, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sol-gel+encapsulation+of+metalloproteins+for+the+development+of+optical+biosensors+for+nitrogen-monoxide+and+carbon-monoxide.">Sol-gel encapsulation of metalloproteins for the development of optical biosensors for nitrogen-monoxide and carbon-monoxide.</a> Analyst. 120 (11), 2725-2730 (1995).</li><li>Lan, E. H., Dave, B. C., Fukuto, J. M., Dunn, B., Zink, J. I., Valentine, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+sol-gel+encapsulated+heme+proteins+with+chemical+sensing+properties.">Synthesis of sol-gel encapsulated heme proteins with chemical sensing properties.</a> J. Mater. Chem. 9 (1), 45-53 (1999).</li><li>Miller, J. M., Dunn, B., Valentine, J. S., Zink, J. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+conditions+for+encapsulating+cytochrome+c.+and+catalase+in+SiO2+sol-gel+materials.">Synthesis conditions for encapsulating cytochrome c. and catalase in SiO2 sol-gel materials.</a> J. Non-Cryst. Solids. 202 (3), 279-289 (1996).</li><li>Ronda, L., Bruno, S., Faggiano, S., Bettati, S., Mozzarelli, A., Poole, R. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+binding+to+heme+proteins+in+solution,+encapsulated+in+silica+gels,+and+in+the+crystalline+state.">Oxygen binding to heme proteins in solution, encapsulated in silica gels, and in the crystalline state.</a> Methods in Enzymology. 437, 311-328 (2008).</li><li>Margoliash, E., Frohwirt, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectrum+of+Horse-Heart+Cytochrome+c.">Spectrum of Horse-Heart Cytochrome c.</a> Biochem. J. 71 (3), 570-572 (1959).</li></ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

כפי שתואר, הליך זה פיק CYT קיימא בעקביות. ג כמוסה בתוך aerogels. ריכוז CYT. ג בתוך aerogels יכול להיות מגוון מ 5 עד 15 מיקרומטר ואת ריכוז החיץ של הפתרון ג הראשוני CYT. הכמוס בתוך aerogels יכול להיות מגוון מ 4.4 כדי 70 פוספט מ&quot;מ ללא השפעות מזיקות חמורות על כדאיות חלבון. עם זאת, במרכז שיא רוחב השיא של CYT מאפיין. ג Soret שיא aerogels הקרובים מה הם עבור CYT. ג בתמיסה כאשר CYT. ג מגולם aerogels מפתרונות של 40 מ&quot;מ חיץ 9. הסינתזה של CYT. ג -SiO 2 aerogels מושפע לגיל חלק ריאגנטים החל. מתנול, tetramethoxysilane, ופתרון אמוניום הידרוקסיד כולם היגרוסקופי ויש להחליפו כל חודשים אחד-על-שתיים. המים עלו שמצטבריםריאגנטים אלה לאורך הזמן משפיעים על מאפיינים מבניים ג&#39;ל ומעבר סול ל-ג&#39;ל זמן. בעת ביצוע ייבוש סופר קריטי, הסירה העברה של מנגנון ייבוש נקודה קריטית יכול להכיל עד שמונה עשרה 0.5 ס&quot;מ עובי, 1 ג&#39;לים ס&quot;מ קוטר. כפי שתוארו בסעיף הפרוטוקול, מילוי ספציפי הליך ניקוז צריך להיות מלווה להעביר פחמן דו חמצני לתוך-ג&#39;לי סול. חשוב לציין כי בתחילת פרוטוקול הניקוז, תערובת הניקוז של פחמן דו חמצני אצטון זורמת בקצב כה גבוה כי החדרת צינורית הניקוז קופאת נוקשה עם לחות עיבוי לקרח בצד החיצוני. התערובת מתנקזת מכילה קצת מים מאז אצטון אינו נטול מים ומים זה עלולים לקפוא מדי פעם במידה כי החדרת צינורית הניקוז למעשה סותמת. זה הכרחי כדי לצפות עבור כפכפים כאלה ולהקשיב במשך הפסקת הזרימה. שסתום הניקוז צריך להיות סגור במשך כמה דקות כך הסותם יתמוסס אם קבקב מזוהה. בבמקרה הגרוע ביותר, אם שסתום הניקוז אינו סגור, קבקב יכול לגרום כל כך הרבה לחץ כדי לבנות כי החדרת צינורית הניקוז בכוח קופץ מעל המנגנון. לאחר שחלף הפרק לטמיון הראשון, הרוב של אצטון יהיה כבר שטף מתוך המנגנון, ואת המופע של גושי קרח רטובים יקטן באופן דראמטי. הפריקה בהדרגה תידמה קרח יבש כפרוטוקול הניקוז ממשיך עם כל ראיה שיורית של נוכחות אצטון (כגון ריח) הופך לגילוי עד סוף תהליך הייבוש. לאחר דו תחמוצת הפחמן במנגנון שהתבצעה מעבר מנוזל לנוזל סופר ותהליך האוורור החל, יש צורך לשחרר את הנוזל בקצב איטי לאורך דקות 45 לפחות כפי שצוין בנוהל 9. שיעור גבוה יותר של שחרור יכול להקטין את הכדאיות של CYT. ג (כפי שמוצג באיור 9) בתוך aerogels ואת aerogels עצמם בפועל עשוי להתפרק כמו הנוזל דואר ממהר לברוח מן ג&#39;לים. באופן כללי, גם כאשר aerogels נותר על כנן לאחר פתיחת דלת המנגנון, חשוב לטפל בם בזהירות ובעדינות כפי שהם פריכים יכולים לשבור בקלות. הג&#39;לים סיליקה בקרה הם שפכו לצד CYT. ג -SiO 2 ג&#39;לים משמשים לאחר ייבוש סופר קריטי כדי לקבוע אם ההעברה פחמן דו חמצני לתוך ג&#39;ל עבר בהצלחה. לפעמים CYT. ג -SiO 2 ג&#39;לי עשויים להופיע מעונן וזה חשוב כדי לקבוע אם זה נובע העברת ממס שלם או אם זה יכול להיות קשור עם הריכוז של CYT. ג או חיץ כמוס בתוך ג&#39;ל. אם את הג&#39;לים סיליקה ללא CYT. C נראה כי מראה הומוגני, שקוף לאורך כל הדרך, זה יכול להיות כעדות כי העברת ממס התרחשה אפילו לגמרי אם CYT. ג -SiO 2 ג&#39;לים יש כמה עננות אליהם. עננות בתוך ג&#39;ל סיליקהללא CYT. ג לאחר הייבוש מציין שחלק אצטון נשאר בתוך ג&#39;לים במהלך האוורור. כפי שצוין בסעיף הפרוטוקול, אמצעי בטיחות חשוב צריך להילקח כשעובד עם תחמוצת חנקן (NO). כדי לזהות NO באמצעות aerogels, יש צורך לאטום את קובט היטב על מנת למצות את הגז המוזרם על aerogels לתוך במנדף. לחלופין, ספקטרופוטומטר כולו ניתן להעביר לתוך במנדף יחד עם גליל אין גז כאמצעי זהירות נוסף כדי להגביל את החשיפה ל NO גז. במגע עם אוויר לא יהיה מייד לייצר את תחמוצת חנקן הרעיל ביותר, tetroxide החנקן או שניהם. NO יכול גם להגיב עם מים כדי לייצר אדים חומים מאכל. לכן, חשיפה מתמשכת ל NO עלולה לגרום לרעילויות רקמות ישירות. בעת שימוש CYT. ג -SiO 2 aerogels כדי לזהות נוכחות של תחמוצת החנקן, הלהקה Soret בתחילה יהיה ב ~ 408 ננומטר יעבורל ~ 414 ננומטר בנוכחות של תחמוצת החנקן. לאחר המעבר חזרה חנקן, להקת Soret צריכה להפוך חזרה להיות מרוכז ב ~ 408 ננומטר. זה יכול להיות גם ניתן להשתמש CYT. ג -SiO 2 aerogels כדי לזהות נוכחות של ליגנדים אחרים כגון פחמן חד חמצני 27. נהלים שפורסמו שונים כוללים צעד נוסף של שילוב חלקיקי זהב או כסף עם CYT. ג בתמיסה לפני ערבוב עם סול supercritically ייבוש לגבש aerogels 4-8. השוואת ספקטרוסקופיה גלוי-UV של CYT. ג גלום aerogels עם חלקיקי מתכת לזה של CYT. ג גלום aerogels ללא חלקיקי מתכת מראה כי אלה שני סוגים של טכניקות אנקפסולציה לייצר CYT. ג כדאיות דומה בתוך aerogels (איור 5) . עם זאת, CYT. ג במארז עם חלקיקי מתכת הוא מעט יותר יציב מאשר CYT. C לתמצתד ללא חלקיקי מתכת בתוך aerogels 9. ספקטרום CD של שני סוגי CYT. Aerogels c הם גם דומים, אם כי הן שונות מן הספקטרום של CYT. ג במאגר המציין כמה התגלגלות של CYT. ג בתוך aerogels (איור 7). דיווחים קודמים על CYT. ג הגלום aerogels מראים כי ספקטרוסקופיה dichroism החוזר סביר ביותר בהערכת השכבה החיצונית ביותר של חלבון, פרש במגע עם ג&#39;ל סיליקה, בתוך CYT רב שכבתי-גרעיני nanoparticle מתכת או. מבנים ג או מבנים מאורגנת פחות או יותר יוצרים כשאף חלקיקי מתכת נמצאים aerogels 4,9. רוב CYT. ג בתוך סוג אחד של מבנה עצמית מאורגן בתוך aerogels נשאר מקופל כפי שהיא נמדדת על ידי ספקטרוסקופית UV- גלוי אף. היתרון של הפרוטוקול המתואר במסמך זה חלקיקי sans הוא שרכישה יקרה או סינתזה גוזל זמן של מתכתהחלקיקים אינם הכרחיים. חלבונים לא לעתים קרובות כבר כמוס בהצלחה בתוך aerogels, ולכן הליך זה חשוב כי זה יכול להוביל להתפתחות של שיטה כללית יותר עבור encapsulating חלבונים אחרים aerogels עם משמעות פוטנציאל התקנים bioanalytical בעתיד.

ציטוכרום C (CYT. ג) הוא חלבון אלקטרון-העברת המפתח המעורבים בתגובות הנשימה התאית של הגוף. זה הוכח להיות מעורב אפופטוזיס, צורה מבוקרת של מוות של תאים, והוא יכול לזהות מולקולות רעילות קטנות כגון תחמוצת חנקן ופחמן חד חמצני 1-3. תחמוצת החנקן (NO) משחק תפקיד במגוון תהליכים פיזיולוגיים המתרחשים העצבים, הלב וכלי הדם, והמערכת החיסונית. בעוד CYT. ג בדרך כלל דורש סביבה מימית שנאגרה לערכים ניטראליים pH להישאר שלמים מבניים ופעיל, מחקרים הוכיחו כי CYT. ג יכול לשמור על המבנה והתפקוד שלה חומרים מוצקים המכונים aerogels בתנאים מסוימים 4-9. Aerogels הם חומרים נקבוביים מאוד לעתים קרובות נוצר על ידי סינתזה תחמוצות מתכת סול-ג&#39;ל (בעוד aerogels תחמוצת מתכת נפוצים מאוד, פחמן וסוגים אחרים של aerogels היה מסונתז. דוגמה אחת היא InP AER<html> ogels) 10 וייבוש סול ג &#39;ל אלו בצורה כזו כי מטריקס מוצק הנקבובי נותר ללא שינוי 11-14. כל הנקבוביות aerogels המוצק לגרום aerogels קבלת שטח פנים הרבה זמין מאוד שימושית עבור כל יישומים בם תגובות משטח חשובות. כאשר כימי או הפונקציונלי ביוכימי מורכב בתוך airgel nanoarchitecture, הוכיח כי נקבובי הפיסית שטח המשופר של aerogels לעזור לשפר חיישנים, כמו גם אלקטרודות עבור סוללה, תא דלק, ויישומי על 11,15-23 . על מנת לייבש aerogels בצורה שמשאירה את מטריקס מוצק נקבובי ללא שינוי, זה אופייני כדי להסיר את הממס שנותר בתוך הנקבוביות לאחר סינתזה סול ג&#39;ל באמצעות מיצוי ממס סופר קריטי. כל קריסה נקבובית כי עלול להיגרם על ידי כוחות מתח פנים כמו מתאדה ממס מן הג&#39;ל הן מזעריות כי ייבוש סופר קריטי, ממשק אד נוזל מעולם צורות. &quot;jove_content&quot;&gt; ישנם דיווחים רבים של חלבוני heme כגון CYT. ג להיות גלומים-ג&#39;לי סול כי נשמרו רטוב או כי כבר מיובש ambiently 24-30. דוחות של ביומולקולות encapsulating ב-ג&#39;לים סול כי אז הם יבשים supercritically לגבש aerogels נדירות בשל עיבוד הכרחי שיכולים להזיק את המבנה של חלבונים רבים. במקרה של CYT. ג, בתנאים מסוימים מאפשרים לשמור על היכולת של CYT. ג כדי לזהות ולהגיב תחמוצת החנקן פאזיים גז בתוך aerogels. לאחר התייצבתי airgel, המבנה הנקבובי באיכות הגבוהה של airgel מקל על התגובה בין CYT. ג ו 4,8,9 תחמוצת חנקן. CYT. ג ניתן כמוס בתוך aerogels ידי שיוכו הראשון בשכבות מרובות סביב חלקיקי זהב או כסף בתמיסת 4-8. על רב שכבתי אלו משמשים כדי להגן על החלבון בתוך מטריצת airgel. בשנות ה approac האחרונהh שפתחנו, כאשר ריכוז חלבון חיץ הכח נשלטים יחד עם תנאים סינטטיים אחרים, CYT. ג שומרת שלמות בתוך aerogels גם ללא חיבור הראשון nanoparticle מתכת 9. הסינתזה מתחילה סינתזות airgel רבות להתחיל על ידי ערבוב סיליקה מבשר סול ג &#39;לתקופה קצובה של זמן. זה אחרי סט ערבוב זמן כי CYT. ג מתווסף כפתרון שנאגר לתוך התערובת. Gelation ואז מתרחש ליצור מבנה מוצק סיליקה נקבובי שבו הנקבוביים מלאים מים, מתנול, מגיבים ומוצרי לוואי נותרים. נוזל זה שממלא את הנקבוביות ניתן לשטוף החוצה עם ממסים שונים באמצעות סדרה של חילופי ממס, הבורסות האחרונות עם פחמן דו חמצני נוזלים המתרחשים בתוך מנגנון ייבוש נקודה קריטי שמרו בטמפרטורה נמוכה. הביא את הג&#39;לים מעל לטמפרטורה הקריטית (31.1 מעלות צלזיוס) של פחמן דו חמצני הופך לפשוט היווצרות כמונוזל upercritical בתוך המנגנון בלחץ שניתן פרק לטופס יבש, aerogels הנקבובי ביותר. הטמפרטורה הנמוכה יחסית הדרושים פחמן דו חמצני כדי ליצור לנוזל סופר יש יתרון לעומת ממיסים אחרים כי זה שומר את החלבון מתחת לטמפרטורה שבה הוא יכול לפגל. הגישה ננו-חלקיקים ללא מתכת שלנו encapsulating CYT. ג ב aerogels יש יתרון משום שהוא הוא הליך פשוט שעשויים להוביל לפיתוח של פרוטוקול החלים באופן כללי יותר עבור encapsulating חלבונים אחרים גם כן. חלבונים רבים אולי לא אינטראקציה עם חלקיקי מתכת באותה דרך כי CYT. ג עושה סינתזה nanoparticle מתכת או רכישה מוסיף זמן נוסף והוצאות ההליך. המעטים דיווחים על encapsulating החלבונים aerogels להפוך את הפיתוח של הליך זה צעד משמעותי קדימה למציאת נוהל כללי יותר עבור encapsulating חלבונים אחרים aerogels שעשוי לסייע iהתקני bioanalytical פוטנציאל עתידיים n. באזור פרוטוקול של כתב היד הזה מתאר איך לסנתז סול ג&#39;ל סיליקה, לתמצת CYT. ג לג&#39;ל-סול אלה, לייבש-ג&#39;לים סול מרוכבים אלה כדי ליצור aerogels, לאפיין bioaerogels אלה באמצעות UV- גלוי והחוזר ספקטרוסקופיה dichroism ו לזהות נוכחות תחמוצת החנקן פאזיים גז עם bioaerogels אלה. CYT. ג כבר כמוס בהצלחה aerogels כאשר מומס הראשון בתמיסות מימיות 4.4 כדי 70 מ&quot;מ של חיץ פוספט. עם זאת, מבנה החלבון אופטימיזציה aerogels נמצאה התוצאה כאשר encapsulating 40 מ&quot;מ פוספט פתרונות שנאגרו של CYT. ג הפקת טעון airgel CYT. ריכוזים ג בטווח של 5 עד 15 מיקרומטר 9. לכן, בפרוטוקול כדלקמן היא לסנתז aerogels באמצעות פתרונות שנאגרו פוספט 40 מ&quot;מ של CYT. ג וכתוצאה מכך CYT טעון. ריכוז ג ב aerogels של 15 מיקרומטר. &lt;/ P&gt;

<table><tbody><tr><td>Potassium phosphate, monobasic</td><td>Fisher Scientific</td><td>P285-500</td><td>Certified ACS (also possible to use sodium phosphate monobasic)</td></tr><tr><td>Potassium phosphate dibasic anhydrous</td><td>Fisher Scientific</td><td>P288-500</td><td>Certified ACS (also possible to use sodium phosphate dibasic)</td></tr><tr><td>Water</td><td>Millipore Direct-Q</td><td></td><td>18 M&amp;Omega; cm</td></tr><tr><td>pH meter and electrode</td><td>Denver Instrument</td><td>UB-10</td><td></td></tr><tr><td>Cytochrome c from equine heart</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C7752-100MG&amp;nbsp;</td><td>&amp;ge;95% based on Mol. Wt. 12,384, used as received and stored at -20&amp;nbsp;&amp;deg;C</td></tr><tr><td>Glass scintillation vials</td><td>Wheaton</td><td>03-341-25J</td><td>20 ml, O.D. x height (with cap): 28&amp;nbsp;mm x 61&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>Disposable cuvette</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-955-126</td><td>methacrylate, 10 mm x 10 mm x 45&amp;nbsp;mm</td></tr><tr><td>Ultraviolet Visible Spectrophotometer</td><td>Shimadzu</td><td>UV-1800</td><td>Uses UVProbe v 2.33 software</td></tr><tr><td>Circular dichroism spectrometer (or spectropolarimeter)</td><td>JASCO</td><td>J-810</td><td></td></tr><tr><td>Isotemp Laboratory Refrigerator</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polypropylene disposable beakers</td><td>Fisher Scientific</td><td>01-291-10</td><td>50 ml</td></tr><tr><td>Tetramethylorthosilicate (also known as tetramethoxysilane, TMOS)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>218472-500G</td><td>98% purity</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>A457-4</td><td>GC Resolv grade</td></tr><tr><td>Ammonium hydroxide solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>221228-25ML-A</td><td>ACS reagent, 28.0%-30.0%</td></tr><tr><td>General purpose polypropylene scintillation vials</td><td>Sigma Aldrich</td><td>Z376825-1PAK</td><td>16 mm x 57 mm, volume size 6.5&amp;nbsp;ml, slice off bottom with sharp knife or razor</td></tr><tr><td>generic plastic wrap</td><td>various</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Parafilm M laboratory wrapping film</td><td>Fisher Scientific</td><td>S37440</td><td></td></tr><tr><td>Plastic syringe plunger</td><td>various</td><td></td><td>use syringe plunger from 3 ml syringe</td></tr><tr><td>Ethyl alcohol</td><td>Acros</td><td>61509-0040</td><td>Absolute, 200 proof, 99.5% A.C.S. reagent</td></tr><tr><td>Acetone</td><td>Fisher Scientific</td><td>A949-4</td><td>HPLC grade</td></tr><tr><td>Critical point drying apparatus</td><td>Quorum Technologies</td><td></td><td>E3000 Series</td></tr><tr><td>Circulator</td><td>Fisher Scientific</td><td>Isotemp 3016</td><td></td></tr><tr><td>Carbon dioxide cylinder</td><td>Tech Air</td><td></td><td>siphon tube</td></tr><tr><td>Micrometer</td><td>Central Tool Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>GRAMS/AI 8.0 software</td><td>Thermo Electron Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nitrogen cylinder</td><td>Tech Air</td><td></td><td>Another inert gas could be substituted</td></tr><tr><td>10% nitric oxide/90% nitrogen cylinder</td><td>Airgas</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tygon tubing</td><td>various</td><td></td><td></td></tr><tr><td>T-switch valve</td><td>various</td><td></td><td></td></tr><tr><td>syringe needles</td><td>various</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

encapsulating cytochrome c in silica aerogel nanoarchitectures without metal nanoparticles while retaining gas-phase bioactivity

יישומים כגון חיישנים, סוללות ותאי דלק שופרו באמצעות aerogels הנקבובי ביותר כאשר תרכובות פונקציונליות כמוסות בתוך aerogels. עם זאת, כמה דיווחים על encapsulating חלבונים בתוך-ג&#39;לים סול המעובדים לגבש aerogels להתקיים. הליך עבור encapsulating ציטוכרום C (CYT. ג) סיליקה (SiO 2)-ג&#39;לים סול המעובדים supercritically לגבש bioaerogels עם פעילות פאזיים גז תחמוצת החנקן (NO) מוצג. CYT. ג מתווסף סול סיליקה מעורב תחת ריכוז חלבון מבוקר חיץ תנאי כוח. תערובת הסול בג&#39;ל אז הנוזל ממלא את הנקבוביות ג&#39;ל מוחלף באמצעות סדרה של חילופי ממס עם פחמן דו חמצני נוזלי. פחמן דו חמצני הוא הביא הנקודה הקריטית שלה פרק את טופס aerogels היבש עם CYT. ג כמוס בפנים. bioaerogels אלו מאופיינים עם ספקטרוסקופיה UV- גלויספקטרוסקופיה dichroism מעגלית ד וניתן להשתמש בו כדי לזהות נוכחות של תחמוצת החנקן פאזיים גז. ההצלחה של הליך זה תלוי בוויסות CYT. ריכוז ג וריכוז חיץ ואינו דורש רכיבים אחרים כגון חלקיקי מתכת. ייתכן שניתן לתמצת חלבונים אחרים באמצעות גישה דומה ביצוע הליך זה חשוב לפיתוח מכשיר bioanalytical העתידי אפשרית.

תוצאות ההליך המתואר aerogels המכיל CYT קיימא. ג. כפי שצוין בסוף המבוא, CYT. ג יכול להיות במארז מפתרונות חיץ מימיים אשר נעו בין 4.4 כדי 70 פוספט מ&quot;מ. דוגמאות CYT. ג -silica (CYT. ג -SiO 2) aerogels עשוי תמיסות המכילות ריכוזי חיץ שונים מוצגים באיור 4. כל ג&#39;ל שקוף יחסית, עם ג&#39;ל עשוי 70 מ&quot;מ למאגר האטום ביותר. מהשוואה בספקטרוסקופיה של CYT. ג בתנאים שונים מוצגת באיור 5. ספקטרום אופייני (5c איור) מראה את שיא Soret הגדול סביב 408 ננומטר עבור CYT. ג -SiO 2 aerogels והוא דומה מאוד לספקטרום CYT . ג בתמיסה (איור 5 א). בנוסף, מגוון של CYT.ג הכמוס בתוך aerogels עם חלקיקי מתכת מוצג גם (איור 5 ב &#39;) ואת CYT. ג -SiO 2 קשת airgel דומה הספקטרום הזה גם כן. כאשר CYT. ג -SiO 2 airgel חשופה תחמוצת חנקן, הסטה אופיינית שיא Soret הוא ציין (5D איור). הספקטרום מול UV עבור ג&#39;ל עשוי CYT. הפתרונים ג בריכוזי חיץ שונים מוצגים באיור 6. כל ג&#39;לי אלה מראים ספקטרוסקופיות UV- גלוי מאפיין כולל מציין CYT. ג אינו במצב מפוגל בתוך ג&#39;ל. עם זאת, את שקיפות הירידה של הג&#39;לים עשויה 70 תוצאות חיץ מ&quot;מ יחס אות לרעש נמוך יותר עבור ספקטרום אלה. ספקטרום CD של CYT. ג -SiO 2 aerogels דומה את הספקטרום של CYT. ג </em&gt; כמוס בתוך aerogels עם חלקיקי מתכת, בעוד שני סוגי ספקטרום airgel שוני מקשה של CYT. ג בתמיסה שנאגרה (איור 7). איור 8 מראה תגובת ניטור תחמוצת חנקן טיפוסית עבור CYT. ג -SiO 2 aerogels ו aerogels המקביל המכילים גם חלקיקי מתכת בנוסף CYT. ג. ההבדל בין הספיגה ב 414 ננומטר וכי ב 408 ננומטר נתפס להגדיל ולאחר מכן לרדת כאשר הג&#39;לים נחשפים תחמוצת חנקן ואז חנקן בהתאמה ברציפות. אם פחמן דו חמצני סופר קריטי לא ישוחרר בקצב איטי מספיק, את הכדאיות של CYT. ג בתוך aerogels יצרה יהיה בסכנה. זה מתגלה על ידי השוואת ספקטרום UV-גלוי וכתוצאה מכך לאחר טביעת ג&#39;לים על ידי שחרור פחמן דו חמצני ב שונהשיעורים (איור 9). <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig1.jpg" /> איור 1: מנגנון ייבוש נקודה קריטי מנגנון ייבוש נקודה הקריטי שמוצג מן (א) הקדמי (B) חזרה עם דלת הסירה ומכשירי העברת מוצג לצד האחורי של המכשיר.. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig2.jpg" /> איור 2: פלטפורמת קרטון פלטפורמת הקרטון התאספה לקיום airgel בנתיב של הקרן של מכשיר.. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig3.jpg" /> איור 3: הגדרת חישת תחמוצת חנקן את הגדרת חישת תחמוצת החנקן מוצגת כולל (א) במנדף הסגור 10% תחמוצת חנקן., גליל חנקן 90%, צינורות, ו- T-שסתום, ו- (ב) קובט עם מחטים מוכנסות. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig4.jpg" /> איור 4:.. CYT לדוגמא ג -SiO 2 aerogels Aerogels encapsulating 15 מיקרומטר CYT ג ב 4.4 מ&quot;מ, 40 מ&quot;מ, ו -70 מ&quot;מ חיץ פוספט אשלגן מוצגים בהשוואה אגורה משמאל לימין.. aerogels האלה הם בערך גבוה 0.2-0.5 ס&quot;מ. הודפס מחדש באישור 9. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig5.jpg" /> איור 5:. CYT ג -SiO 2 ספקטרוסקופיה airgel ספקטרום גלוי של 15 מיקרומטר ציטוכרום C ב (א) 50 מ&quot;מ סול חיץ פוספט.ution; (ב) Au (5 ננומטר) ~ CYT ג -SiO 2 airgel.; (ג) CYT ג -SiO 2 airgel (חשוף לאוויר).; (ד) CYT. ג -SiO 2 airgel (חשופים תחמוצת החנקן עבור 3.5 דקות). ספקטרה נציג אלה של כל סוג של ג&#39;ל מקוזזת לבהירות, ואת הקו המקווקו מציין את המיקום של שיא Soret של CYT. ג במאגר. בעוד כל הספקטרום הוא של 15 מיקרומטר CYT. ג, עובי ג&#39;ל (או גבהים) הם רק 0.2-0.5 ס&quot;מ לעומת cuvet פתרון 1 ס&quot;מ וכתוצאה מכך ספיגת פתרון גבוה. הודפס מחדש באישור 9. <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig6.jpg" /> איור 6: ספקטרוסקופיה אירוג&#39;ל כמו ריכוז חיץ כמוס מגוונת ממוצעים UV- גלוי ספיגת ספקטרלי של aerogels חלקי אורך הנתיב ג&#39;ל ג&#39;ל encapsulating 15 _.6; M CYT ג ב 70 מ&quot;מ (שחור) (ממוצע של 4 ספקטרום), 40 מ&quot;מ (אדום, מנוקד) (ממוצע של 8 ספקטרום), ו -4.4 מ&quot;מ (ירוק, מקווקו) (ממוצע של ספקטרה 9) חיץ פוספט אשלגן. . הודפס מחדש באישור 9. <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig7.jpg" /> איור 7:... ספקטרוסקופיה dichroism מעגלית אירוג&#39;ל ספקטרה dichroism מעגלית של CYT ג בתמיסה שנאגרו פוספט נתרן (מוצק), שני ספקטרום נציג CYT ג -SiO 2 aerogels (מקווקו), ושני ספקטרום נציג Au (5 ננומטר) ~ CYT. ג SiO- 2 aerogels (מנוקד). הודפס מחדש באישור 9. <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig8.jpg" /> איור 8: זיהוי תחמוצת החנקן עם CYT ג -SiO 2. </. sub&gt; aerogels ניטור המשמרת (ΔA = A ננומטר 414 - A ננומטר 408). בעוצמת Soret של CYT ג (אדום מוצק) Au ~ CYT ג (מקווקו כחול) הגלום SiO 2 nanoarchitectures מרוכבים airgel כמו זרימת הגז. הוא toggled בין חנקן (בהתאם המרבי שיא Soret הוא ב ~ 408 ננומטר) ותחמוצת החנקן (בהתאם Soret מקסימלית השיא הוא ב ~ 414 ננומטר). עקום כל הוא ממוצע של 3-4 ניסויים, עם שתיים CYT ג -SiO 2 ניסויים תחת השגחה לאורך ΔA = A ננומטר 414 -. 407 ננומטר מאז למקסימום שיא Soret הראשוני היה ב 407 ננומטר לניסויים אלה. הודפס מחדש באישור 9. <img alt="איור 9" src="/files/ftp_upload/53802/53802fig9.jpg" /> איור 9:. השפעת הזמן לשחרר לנוזל סופר ספיגת ספקטרלי UV- גלוי ממוצעים חלקי אורך ג&#39;ל נתיב CYT ג -SiO 2 aerogels enca.psulating 10 מיקרומטר CYT. ג ב 50 מ&quot;מ חיץ פוספט שבו aerogels היבש supercritically נעשה על ידי או פחמן דו חמצני סופר קריטי שחרור מעל 45 דקות (מוצק, שחור (ממוצעת של 9 ספקטרה)) או 7 דקות (מקווקו, אדום (ממוצע של 4 ספקטרום)). הודפס מחדש באישור 9.

Watch this Scientific Journal Video about Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity at JoVE.com

Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

encapsulating ציטוכרום<em&gt; ג</em&gt; ב סיליקה אירוג&#39;ל Nanoarchitectures ללא מתכת חלקיקים תוך שמירת גז שלב פעילות ביולוגית

הליך זה מתאר כיצד לתמצת ציטוכרום C (CYT. ג) סיליקה (SiO 2) סול ג&#39;ל, תהליך ג&#39;לים אלה כדי ליצור bioaerogels, ולהשתמש bioaerogels אלה להכיר תחמוצת החנקן במהירות (NO) באמצעות תגובה גז פאזיים. סוג זה של פרוטוקול עשוי לסייע בפיתוח העתידי של חיישנים ביולוגיים או מכשירי bioanalytical אחרים.

Applications such as sensors, batteries, and fuel cells have been improved through the use of highly porous aerogels when functional compounds are ...

encapsulating-cytochrome-c-silica-aerogel-nanoarchitectures-without

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

10.3K Views.  Fairfield University.  הליך זה מתאר כיצד לתמצת ציטוכרום C (CYT. ג) סיליקה (SiO 2) סול ג'ל, תהליך ג'לים אלה כדי ליצור bioaerogels, ולהשתמש bioaerogels אלה להכיר תחמוצת החנקן במהירות (NO) באמצעות תגובה גז פאזיים. סוג זה של פרוטוקול עשוי לסייע בפיתוח העתידי של חיישני?...

Video: Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

הכנה של חלקיקי סיליקה באמצעות חומצה קטליזה בסיוע מיקרוגל

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Chemistry

Fluorescent Nanoparticles for the Measurement of Ion Concentration in Biological Systems

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion fluxes at the cellular level are required for initiating action potentials in excitable cells.2 Sodium regulation plays an important role in both of these cases; however, no method currently exists for continuously monitoring sodium levels in vivo 3 and intracellular sodium probes 4 do not provide similar detailed results as calcium probes. In an effort to fill both of these voids, fluorescent nanosensors have been developed that can monitor sodium concentrations in vitro and in vivo.5,6 These sensors are based on ion-selective optode technology and consist of plasticized polymeric particles in which sodium specific recognition elements, pH-sensitive fluorophores, and additives are embedded.7-9 Mechanistically, the sodium recognition element extracts sodium into the sensor. 10 This extraction causes the pH-sensitive fluorophore to release a hydrogen ion to maintain charge neutrality within the sensor which causes a change in fluorescence. The sodium sensors are reversible and selective for sodium over potassium even at high intracellular concentrations.6 They are approximately 120 nm in diameter and are coated with polyethylene glycol to impart biocompatibility. Using microinjection techniques, the sensors can be delivered into the cytoplasm of cells where they have been shown to monitor the temporal and spatial sodium dynamics of beating cardiac myocytes.11 Additionally, they have also tracked real-time changes in sodium concentrations in vivo when injected subcutaneously into mice.3 Herein, we explain in detail and demonstrate the methodology for fabricating fluorescent sodium nanosensors and briefly demonstrate the biological applications our lab uses the nanosensors for: the microinjection of the sensors into cells; and the subcutaneous injection of the sensors into mice.

Fluorescent nanoparticles produced in our lab are used for imaging ion concentrations and ion fluxes in biological systems such as cells during signaling and interstitial fluid during physiological homeostasis.

חלקיקים ניאון למדידה של ריכוז יון במערכות ביולוגיות

Tightly regulated ion homeostasis throughout the body is necessary for the prevention of such debilitating states as dehydration.1 In contrast, rapid ion ...

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The procedure requires 15-20 min of preparation time, during which a liquid precursor mixture is prepared and poured into wells of a metal mold that is placed between the platens of a hydraulic hot press, followed by several hours of processing within the hot press. The precursor solution consists of a 1.0:12.0:3.6:3.5 x 10-3 molar ratio of tetramethylorthosilicate (TMOS):methanol:water:ammonia. In each well of the mold, a porous silica sol-gel matrix forms. As the temperature of the mold and its contents is increased, the pressure within the mold rises. After the temperature/pressure conditions surpass the supercritical point for the solvent within the pores of the matrix (in this case, a methanol/water mixture), the supercritical fluid is released, and monolithic aerogel remains within the wells of the mold. With the mold used in this procedure, cylindrical monoliths of 2.2 cm diameter and 1.9 cm height are produced. Aerogels formed by this rapid method have comparable properties (low bulk and skeletal density, high surface area, mesoporous morphology) to those prepared by other methods that involve either additional reaction steps or solvent extractions (lengthier processes that generate more chemical waste).The rapid supercritical extraction method can also be applied to the fabrication of aerogels based on other precursor recipes.

This article describes a rapid supercritical extraction method for fabricating silica aerogels. By utilizing a confined mold and hydraulic hot press, monolithic aerogels can be made in eight hours or less.

הכנת מונוליתים Aerogel סיליקה באמצעות ראפיד סופר קריטי חילוץ שיטה

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Synthesis and Catalytic Performance of Gold Intercalated in the Walls of Mesoporous Silica

As a promising catalytically active nano reactor, gold nanoparticles intercalated in mesoporous silica (GMS) were successfully synthesized and properties of the materials were investigated. We used a one pot sol-gel approach to intercalate gold nano particles in the walls of mesoporous silica. To start with the synthesis, P123 was used as template to form micelles. Then TESPTS was used as a surface modification agent to intercalate gold nano particles. Following this process, TEOS was added in as a silica source which underwent a polymerization process in acid environment. After hydrothermal processing and calcination, the final product was acquired. Several techniques were utilized to characterize the porosity, morphology and structure of the gold intercalated mesoporous silica. The results showed a stable structure of mesoporous silica after gold intercalation. Through the oxidation of benzyl alcohol as a benchmark reaction, the GMS materials showed high selectivity and recyclability.

Here, we present a protocol with a sol-gel process to synthesize gold intercalated in the walls of mesoporous materials (GMS), which is confirmed to possess a mesoporous matrix with gold intercalated in the walls imparting great stability and recyclability.

סינתזה וביצועי קטליטי של הזהב intercalated בחומות של mesoporous סיליקה

As a promising catalytically active nano reactor, gold nanoparticles intercalated in mesoporous silica (GMS) were successfully synthesized and properties ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

ייצור ובדיקה של Aerogels קטליטי להכין אותה באמצעות מיצוי דודי סופר מהיר

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally purify the same by acid elution. By combining sodium silicate with a polyfunctional bioinspired additive, silica is rapidly formed at ambient conditions upon neutralization. 
The effect of neutralization rate and biomolecule addition point on silica yield are investigated, and biomolecule immobilization efficiency is reported for varying addition point. In contrast to other porous silica synthesis methods, it is shown that the mild conditions required for bioinspired silica synthesis are fully compatible with the encapsulation of delicate biomolecules. Additionally, mild conditions are used across all synthesis and modification steps, making bioinspired silica a promising target for the scale-up and commercialization as both a bare material and active support medium.
The synthesis is shown to be highly sensitive to conditions, i.e., the neutralization rate and final synthesis pH, however tight control over these parameters is demonstrated through the use of auto titration methods, leading to high reproducibility in reaction progression pathway and yield. 
Therefore, bioinspired silica is an excellent active material support choice, showing versatility towards many current applications, not limited to those demonstrated here, and potency in future applications.

Here, we present a protocol to synthesize bioinspired silica materials and immobilize enzymes therein. Silica is synthesized by combining sodium silicate and an amine &#39;additive&#39;, which neutralize at a controlled rate. Material properties and function can be altered either by in situ enzyme immobilization or post-synthetic acid elution of encapsulated additives.

הכנת סיליקה פונקציונלי באמצעות שיטת Bioinspired

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally ...

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various precursor noble metal ions with reducing agents in a 1:1 (v/v) ratio results in the formation of metal gels within seconds to minutes compared to much longer synthesis times for other techniques such as sol-gel. Conducting the reduction step in a microcentrifuge tube or small volume conical tube facilitates a proposed nucleation, growth, densification, fusion, equilibration model for gel formation, with final gel geometry smaller than the initial reaction volume. This method takes advantage of the vigorous hydrogen gas evolution as a by-product of the reduction step, and as a consequence of reagent concentrations. The solvent accessible specific surface area is determined with both electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. After rinsing and freeze drying, the resulting aerogel structure is examined with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and nitrogen gas adsorption. The synthesis method and characterization techniques result in a close correspondence of aerogel ligament sizes. This synthesis method for noble metal aerogels demonstrates that high specific surface area monoliths may be achieved with a rapid and direct reduction approach.

A rapid, direct solution-based reduction synthesis method to obtain Au, Pd, and Pt aerogels is presented.

שיטה מהירה סינתזה Au, Pd ו- Pt Aerogels באמצעות הפחתת המבוסס על פתרון ישיר

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often result in fragile aerogels with poor shape control. The use of carboxymethylated cellulose nanofibers (CNFs) to form a covalently bonded hydrogel allows for the reduction of metal ions such as palladium on the CNFs with control over both nanostructure and macroscopic aerogel monolith shape after supercritical drying. Crosslinking the carboxymethylated cellulose nanofibers is achieved using 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) in the presence of ethylenediamine. The CNF hydrogels maintain their shape throughout synthesis steps including covalent crosslinking, equilibration with precursor ions, metal reduction with high concentration reducing agent, rinsing in water, ethanol solvent exchange, and CO2 supercritical drying. Varying the precursor palladium ion concentration allows for control over the metal content in the final aerogel composite through a direct ion chemical reduction rather than relying on the relatively slow coalescence of pre-formed nanoparticles used in other sol-gel techniques. With diffusion as the basis to introduce and remove chemical species into and out of the hydrogel, this method is suitable for smaller bulk geometries and thin films. Characterization of the cellulose nanofiber-palladium composite aerogels with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, thermal gravimetric analysis, nitrogen gas adsorption, electrochemical impedance spectroscopy, and cyclic voltammetry indicates a high surface area, metallized palladium porous structure.

A synthesis method for cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented.The resulting composite aerogel materials offer potential for catalysis, sensing, and hydrogen gas storage applications.

שיטת הסינתזה של הננו-סיבים תאית ביותבניות פלדיום מרוכבים

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often ...

Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid supercritical extraction method, large silica aerogel monolith (10 cm x 11 cm x 1.5 cm) can be fabricated in about 10 h. Dyes incorporated into the precursor mixture result in yellow-, pink- and orange-tinged aerogels. Text, patterns, and images can be etched onto the surface (or surfaces) of the aerogel monolith without damaging the bulk structure. The laser engraver can be used to cut shapes from the aerogel and form colorful mosaics.

This protocol describes a method for etching text, patterns, and images onto the surface of silica aerogel monoliths in native and dyed form and assembling the aerogels into mosaic designs.

סיליקה אירוג'ל משופרת מבחינה אסתטית באמצעות שילוב של תחריט לייזר וצבעים

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid ...

Engineering

הספגה והשתלה של תרכובות מודבקות על מצעי סיליקה

A Synthetic Methodology for Preparing Impregnated and Grafted Amine-Based Silica Composites for Carbon Capture

Recently, there has been a significant effort towards reducing or mitigating CO2 emissions through the use of carbon capture materials for point source or direct air capture (DAC) methods. This work focuses on amine-functionalized CO2 adsorbents for DAC. These materials show promise for CO2 removal because they have low regeneration energy consumption and high adsorption capacity. The incorporation of amine species into a porous substrate combines the advantages of the amine species&#39; affinity to CO2 with the large pore volumes and surface areas of the porous substrate. There are three methods commonly used to prepare amine-based CO2 sorbents, depending on the selection of the amine species, material support, and preparation method. These methods are impregnation, grafting, or chemical synthesis. Silica is a prevalent choice of substrate material because of its adjustable pore size, moisture tolerance, temperature stability, and ability to adsorb CO2 in low concentrations for DAC applications. Typical synthetic procedures and primary attributes of both impregnated and grafted amine-silica composites are described herein.

Author Spotlight: Standardizing the Development of Amine based silica composites as CO2 adsorbents for direct air capture 

This work aims to facilitate the development of standardized techniques for impregnating or grafting aminated compounds onto silica substrates, which are often broadly described in the literature. Specific amounts of solvent, substrate, amines, and the values of other important experimental parameters will be discussed in detail.

מתודולוגיה סינתטית להכנת חומרים מרוכבים מבוססי אמין ספוג ומושתל ללכידת פחמן

Recently, there has been a significant effort towards reducing or mitigating CO2 emissions through the use of carbon capture materials for point source or ...

encapsulating ציטוכרום

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video