Name: synthesizing sodium tungstate and sodium molybdate microcapsules via bacterial mineral excretion
Uploaded: 2018-01-30T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion at JoVE.com

Questo lavoro è sostenuto dal Ministero della scienza e della tecnologia, Taiwan, Repubblica di Cina, concedere sotto numero più 105-2221-E-011-008, e anche da avanzate-Connectek Inc., Taipei, Taiwan, ROC sotto contratto numero RD Rif. n. 6749 e Dept. Rif. n. 011 attraverso il Graduata Istituto di ingegneria elettro-ottici, National Taiwan University of Science e tecnologia.

Attenzione: Utilizzare guanti in lattice, occhiali protettivi e un camice da laboratorio per eseguire l'esperimento. Quando si utilizza il gabinetto di biosicurezza, accendere il ventilatore e mantenere lo sportello socchiuso.
1. preparazione delle perle di vetro
<ol><li>Posto 100 branelli di vetro di 3 mm di diametro in una bottiglia da 100 mL laboratorio e quindi il richiudere ermeticamente.</li>
	<li>Autoclave il contenuto a 120 ° C per 10 min.</li>
	<li>Lasciare la bottiglia per raffreddare a temperatura ambiente, quindi inserirlo nella biosicurezza armadietto.</li>
</ol>2. preparazione del brodo Lisogenesi (LB)
<ol><li>Sciogliere la polvere di 8 g di brodo LB-Lennox in una bottiglia di 500 mL laboratorio con 400 mL di acqua.</li>
	<li>Mescolare il contenuto con una barra di agitazione magnetica di PTFE per 20 min e quindi il richiudere ermeticamente.</li>
	<li>Autoclave il contenuto a 120 ° C per 10 min.</li>
	<li>Lasciare agire la soluzione per raffreddare a temperatura ambiente e inserirlo nella biosicurezza armadietto.</li>
	<li>Utilizzando una pipetta, aliquota il brodo in otto provette da 15 mL Centrifuga nella cappa di biosicurezza (12,5 mL ciascuno).</li>
	<li>Aliquotare il restante brodo in tre bottiglie da 100 mL laboratorio nella cappa di biosicurezza (100 mL ciascuno). Richiudere ermeticamente le tre bottiglie. Tenerli nella biosicurezza armadietto.</li>
</ol>3. cultura di Shewanella alghe
<ol><li>Utilizzare il ceppo crioconservato surgelato.</li>
	<li>La cappa di biosicurezza, scegliere 1 mL di materiale congelato dal tubo congelato con una spatola di acciaio inox e posizionarlo in una provetta da centrifuga preparata al punto 3.5.</li>
	<li>Incubare le colture per 24 h in un incubatore a 37 ° C.</li>
</ol>4. preparazione delle capsule di Petri di LB-Lennox (brodo con Agar)
<ol><li>Sciogliere due compresse di LB-Lennox (brodo con agar) in una bottiglia da 100 mL laboratorio con 100 mL di acqua.</li>
	<li>Mescolare il contenuto con una barra di agitazione magnetica di PTFE per 20 min e poi il richiudere ermeticamente.</li>
	<li>Autoclave il contenuto a 120 ° C per 10 min.</li>
	<li>La cappa di biosicurezza, aliquota a mano 100 mL di soluzione in 4 capsule di Petri, garantendo ogni ricevere ~ 25 mL. Lasciare agire la soluzione per raffreddare a temperatura ambiente.</li>
</ol>5. preparazione di batteri monoclonali
<ol><li>Nella cappa di biosicurezza, etichettare le tre bottiglie preparate al punto 2.6, #1, #2 e #3, rispettivamente.</li>
	<li>Pipettare 0,1 mL di sospensione batterica risultante nel passaggio 3.3 nella bottiglia #1. Tappare la bottiglia e abbassarla a mano per 1 minuto ottenere una soluzione omogenea.</li>
	<li>Pipettare 0,1 mL di liquido batterico risultante nel passaggio 5.2 nella bottiglia #2. Tappare la bottiglia e abbassarla a mano per 1 minuto ottenere una soluzione omogenea.</li>
	<li>Pipettare 0,1 mL di liquido batterico risultante nel passaggio 5.3 nella bottiglia #3. Ricopra la bottiglia e agitare a mano per 1 minuto ottenere una soluzione omogenea.</li>
	<li>Dispensare il liquido in bottiglia #3 nei 4 piatti Petri preparata al punto 4.4, utilizzando un volume di 0,02 mL ciascuno.</li>
	<li>Mettere le perline di vetro preparate al punto 1.3 nei 4 piatti Petri usato, 4 perle in ogni piatto.</li>
	<li>Chiudere i coperchi dei piatti Petri e agitare loro a mano per 1 min.</li>
	<li>Capovolgere le piastre di Petri e incubare in un incubatore a 37 ° C per 24 h.</li>
</ol>6. la moltiplicazione dei batteri monoclonale
<ol><li>Fetch 7 tubi preparate al punto 2.5.</li>
	<li>Scegli i batteri monoclonali risultanti dalle 4 capsule di Petri preparata al punto 5.8 con una spatola in acciaio inox e metterle in 7 tubi separatamente.</li>
	<li>Lasciare i 7 tubi in un incubatore a 37 ° C per 24 h.</li>
	<li>Scegli quello con la dispersione della luce più grande utilizzando il metodo colorimetrico visual.</li>
</ol>7. preparazione di brodo LB-Lennox con glucosio e sale
<ol><li>Mettere 10 g di brodo LB-Lennox, 10 g di NaCl e 10 g di glucosio in una bottiglia di 500 mL laboratorio. Aggiungere acqua fino a quando il volume raggiunge 450 mL.</li>
	<li>Mescolare il contenuto con una barra di agitazione magnetica di PTFE per 20 min.</li>
	<li>Autoclave il contenuto a 120 ° C per 10 min.</li>
</ol>8. preparazione di tungstato di sodio
<ol><li>Mettere 16,5 g di sodio tungstato Na2WO4.2h2O in una bottiglia da 100 mL laboratorio con una spatola di acciaio inox. Aggiungere acqua fino a quando il volume raggiunge 50 mL.</li>
	<li>Mescolare il contenuto con una barra di agitazione magnetica di PTFE per 20 min.</li>
	<li>Autoclave il contenuto a 120 ° C per 10 min.</li>
	<li>Nella cappa di biosicurezza, ottenere filtrato attraverso un filtro in fibra di vetro vuoto con pori di 1 µm.</li>
</ol>9. preparazione di LB con glucosio, sale e il tungstato di sodio
<ol><li>Nella cappa di biosicurezza, versare il filtrato acquisito nel passaggio 8,4 a mano nella soluzione con glucosio e sale preparata al punto 7.3.</li>
	<li>Nel gabinetto di biosicurezza, aliquota con una pipetta il 500 mL di soluzione risultante nel passaggio 9.1 in provette da centrifuga 10 x 50 mL.</li>
</ol>10. la cultura dei batteri
<ol><li>Nella cappa di biosicurezza, recuperare il liquido preparato nel passaggio 6,4 e aliquota con una pipetta in 10 provette preparate al punto 9.2, con ogni tubo ricezione di 0,05 mL.</li>
	<li>Incubare le 10 provette in un incubatore a 37 ° C per 120 ore.</li>
</ol>11. raccolta di minerali BME
<ol><li>Ultrasonicate ciascuna delle 10 provette nel passaggio da 9.2 a 20 KHz con 150 W per 1 h.</li>
	<li>Centrifugare le provette a 2.025 x g per 1 h.</li>
	<li>Rimuovere il liquido chiaro nei tubi con una pipetta, aggiungere acqua e quindi ripetere i passaggi 11.1 e 11.2 ancora una volta.</li>
	<li>Rimuovere il liquido chiaro nei tubi con una pipetta, aggiungere l'alcool e poi li ultrasonicate a 20 KHz con 150 W per 1 h.</li>
	<li>Centrifugare le provette a 2.025 x g per 1 h.</li>
	<li>Ripetere i passaggi da 11.4 e 11.5 ancora una volta</li>
	<li>Raccogliere minerali BME rimuovendo il liquido chiaro nei tubi con una pipetta; in seguito, immediatamente cap i tubi senza eseguire alcun processo di essiccazione.</li>
</ol>12. d'oscillazione di temperatura con SP. Pandoraea e molibdato
<ol><li>Cultura Pandoraea SP. nello stesso modo come nei passaggi 2, 3, 4, 5 e 6 per le alghe Shewanella. Il risultato di questa fase corrisponde a quella del punto 6.4.</li>
	<li>Fare libbra di brodo con sale e del glucosio nello stesso modo come in passaggi 7, 8 e 9, tranne che il 16,5 g di tungstato di sodio nel passaggio 7.1 viene sostituito con 12 g di molibdato di sodio, Na2MoO4 · 2H2O. Il risultato di questa fase corrisponde a quella del punto 9.2.</li>
	<li>Nella cappa di biosicurezza, recupero liquido preparato nel passaggio 12.1 e aliquota con una pipetta nelle 10 provette preparata al punto 12.2, con ogni tubo ricevente 0,05 mL.</li>
	<li>Incubare le 10 provette nel passaggio 12.3 sotto temperature oscillanti per 120 ore in un reciproco scuotendo la vasca, la temperatura 5 volte tra 25 ° C e 37 ° C, con ogni temperatura dura per 12 h di oscillazione.</li>
</ol>

<ol>
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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Per quanto riguarda l'autoconsistenza dei risultati sperimentali, la preparazione e la moltiplicazione dei batteri monoclonali sono critici. Questo esperimento, diverso dal modello sintesi esperimenti15,16, impiegato bioattivi batteri gram-negativi. Per ottenere una singola parete, abbiamo scelto procariotici batteri invece di batteri eucarioti come lievito15. Per ottenere una forma sferica con un rapporto di lunghezza e diametro di 1:1, invece di un più grande rapporto tra lunghezza e diametro16, abbiamo alimentato batteri con una concentrazione molto alta di oxyanions pesanti per manipolarle a restringersi in una forma sferica, rendendo microcapsule con un muro singolo, rotondo e sottile (< 30 nm).
Poiché il BME si basa principalmente sulla regolazione della concentrazione di oxyanions pesanti per controllare il metabolismo dei batteri, è dotato di due limitazioni. In primo luogo, la concentrazione di oxyanions pesanti è limitata dalla solubilità, anche se la concentrazione dovrebbe essere alta come possibile. In secondo luogo, più batterici metabolismi si fermerà a temperature superiori a 45 ° C o sotto 5 ° C, rispettivamente superiore e i limiti inferiori del nostro esperimento.
Nonostante questi due limiti, il BME ha un grande potenziale per la fabbricazione di materiali di ossido di metallo di interesse pratico. Per suffragare questa affermazione, ci accingiamo a provare questo metodo per rendere microcapsule di zirconio e microcapsule di ferro — il primo è un buon candidato materiale per ossa artificiali e quest'ultimo per la consegna della droga.

Nanoparticelle di ossido di metallo vengono sfruttate per la droga consegna1, costruzione artificiale ossa2, catalisi eterogenea3, emissione di campo4,5, celle solari6, sensori di gas7, e litio batterie8. Per le applicazioni pratiche, la resistenza meccanica di nanocristalli e la loro microstruttura sono cruciali. Tra le microstrutture, strutture guscio vuoto possono essere utilizzati per creare materiali leggeri e meccanicamente robusto9. Tra le strutture del guscio vuoto, una forma sferica è conosciuta per essere più rigida di forma ellissoidale; quest'ultimo ha un rapporto di lunghezza e diametro più grande rispetto il precedente10,11. Questo lavoro descrive un protocollo per la sintesi di microcapsule sferiche tramite batteri con un metodo non tossico sotto una condizione ambientale, che contrasta con i metodi alternativi, tra cui il modello sintesi metodo12, ultrasuoni-spray-assistita sintesi metodo13 e metodo idrotermale14. Alcuni dei metodi alternativi richiedono modelli12, alcuni una temperatura più alta come 500 ° C13e alcuni un'alta pressione14. Per quanto riguarda la struttura risultante, il metodo di sintesi del modello utilizzando il modello di lievito porta circa una struttura core-shell15, invece di uno con una singola parete, e quello che utilizza il modello di e. coli produce una struttura con rapporto tra lunghezza e diametro 1.7:0.8 e non è sferica. 16.
In questo lavoro, abbiamo fatto microcapsule di ossido di metallo con una sola parete e di forma sferica sotto una condizione ambientale, sfruttando il metabolismo batterico. Nella glicolisi batterica, un processo chimico che metabolizza fonti di carbonio, come glucosio e lattosio, fonti di carbonio sono considerati essere l'origine del potere riducente generato in esso. Abbiamo manipolato metabolismo batterico regolando la concentrazione di fonti di carbonio per raggiungere il fine desiderato. Questo metodo è favorevole all'ambiente, usando gli agenti non tossici e che consumano molto meno energia elettrica di potenza. Infine, questo metodo consente la produzione di massa di microcapsule semplicemente aumentando il volume di brodo.
Prima del metodo, ci sono stati un altro due metodi che utilizzano il metabolismo batterico per rendere minerali: biologicamente indotta mineralizzazione (BIM)17 e biologicamente controllato mineralizzazione (BCM)18. BIM, né BCM può essere utilizzato per la fabbricazione di sodio tungstato e molibdato di microcapsule di tungstato come nostro processo, che è designato come l' escrezione batterica minerale (BME)19. In questo esperimento, la forma di microcapsule può essere controllata per avere un rapporto di lunghezza e diametro da 10:1 a 1:1, e le dimensioni delle nanoparticelle grani che formano i gusci possono essere regolati da 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

Presentiamo un metodo, l'escrezione batterica di minerale (BME), per la sintesi di due generi di microcapsule, tungstato di sodio, molibdato di sodio e nanoparticelle corrispondente degli ossidi di metallo due — il primo è piccolo come 22 nm e il quest'ultimo 15 nm. Ci siamo nutriti due ceppi di batteri, alghe di Shewanella e Pandoraea SP., con le varie concentrazioni di ioni tungstato o molibdato. Le concentrazioni di tungstato e molibdato sono state adeguate per rendere microcapsule di diversi rapporti di lunghezza e diametro. Abbiamo scoperto che maggiore è la concentrazione minore erano le nanoparticelle. Le nanoparticelle è venuto con tre rapporti di lunghezza e diametro: 10:1, 3:1 e 1:1, che sono stati raggiunti alimentando i batteri rispettivamente con una concentrazione bassa, una concentrazione media e un'alta concentrazione. Le immagini delle microcapsule Cave sono stati presi tramite microsfere scansione elettronica (SEM). Loro strutture di cristallo sono state verificate da diffrazione di raggi x (XRD) — la struttura di cristallo del molibdato microcapsule è Na2MoO4 e cioè di microcapsule tungstato Na2WO4 con Na2W2O7. Queste sintesi tutti sono state compiute in una condizione di ambiente vicino.

La figura 1 Mostra genuini microcapsule sferiche. Entrambi i due ceppi del batterio, Shewanella alghe e Pandoraea sp., originalmente hanno un rapporto di lunghezza e diametro di 3:1. Per raggiungere il rapporto di lunghezza e diametro di 1:1, un'alta concentrazione (> 100 mM) di oxyanions di metalli pesanti è necessario. Una concentrazione bassa (< 5 mM) di oxyanions pesanti può causare una lunghezza al rapporto del diametro di 10:1, come che in Figura 2, che può derivare dall'afflusso di oxyanions pesanti, bloccando la fissione binaria dei batteri. Infine, per il conseguimento di un rapporto di lunghezza e diametro di 3:1, come quello in Figura 3, è necessaria una concentrazione media (~ 20 mM) di oxyanions pesanti. La formazione di gusci di forma sferiche, con un rapporto di lunghezza e diametro di 1:1, possa essere causata dall'unità batteriche che si fanno ridurre la loro area di superficie per bilanciare l'assunzione di oxyanions pesanti diffondendo oxyanions pesanti attraverso la membrana cellulare. Le tre figure insieme indicano che il rapporto tra lunghezza e diametro può essere sintonizzato da 10:1 a 1:1 semplicemente regolando la concentrazione di oxyanions pesanti.
Figura 4 e Figura 5 Visualizza nanoparticella grani di molibdato di sodio in diverse dimensioni: quella più piccola 15 nm e il più grande un 110 nm. Si noti che nella Figura 5, i bossoli non in frantumi, particelle di 110 nm possono ancora essere incatenata a vicenda, formando conchiglie porosi. Quello più grande è stata acquisita attraverso oscillante la temperatura del brodo coltura 5 volte tra 25 ° C e 37 ° C, con ogni temperatura dura per 12 h. Durante l'oscillazione di temperatura, granuli di diverse dimensioni non possono essere solo prodotti ma anche mantenere la struttura micro-sferica, che significa che possiamo fare microcapsule con diverse granulometrie, da 15 nm a 110 nm, solo controllando la temperatura del brodo .
Figura 6 Mostra il muro rotto con grani più grandi stare accanto all'apertura della parete. Lo spessore della parete è di circa 22 nm e il grano più grande è di circa 40-60 nm. La differenza di dimensioni può derivare da diversi processi metabolici, che non sono ancora identificati.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig1.jpg"> Figura 1: immagine SEM The hollow conchiglie sferiche con un rapporto di lunghezza e diametro di 1:1. Questa struttura è stata fatta di tungstato di sodio escreto dalle alghe di Shewanella con glucosio come fonte di carbonio. Ristampato con il permesso da ECS J. di sci di stato solido e Tech., 6, paragrafo 3, N3113 (2017). Copyright 2017, la società elettrochimica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig2.jpg"> Figura 2: immagine SEM i gusci vuoti lungo filamento con un rapporto di lunghezza e diametro di 10:1. Questa struttura è stata fatta di molibdato di sodio escreta dai SP. Pandoraea con glucosio come fonte di carbonio. Ristampato con il permesso da ECS J. di sci di stato solido e Tech., 6, paragrafo 3, N3113 (2017). Copyright 2017, la società elettrochimica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig3.jpg"> Figura 3: immagine di SEM The di conchiglie rotte Cave a forma di bastoncino con un rapporto di lunghezza e diametro di 3:1. Questa struttura è stata fatta di tungstato di sodio escreto dalle alghe di Shewanella con glucosio come fonte di carbonio. Ristampato con il permesso da ECS J. di sci di stato solido e Tech., 6, paragrafo 3, N3113 (2017). Copyright 2017, la società elettrochimica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig4.jpg"> Figura 4: immagine di SEM The di conchiglie di molibdato di sodio in frantumi con una dimensione delle particelle di grano di 15 nm. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig5.jpg"> Figura 5: immagine di SEM The di conchiglie di molibdato di sodio in frantumi e non in frantumi con una dimensione delle particelle di grano di 110 nm. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57022/57022fig6.jpg"> Figura 6: immagine di SEM The di conchiglie rotte Cave con un rapporto di lunghezza e diametro di 1:1. Questa struttura è stata fatta di tungstato di sodio escreto dalle alghe di Shewanella con glucosio come fonte di carbonio. Granuli con una dimensione di circa 40-60 nm appendere il guscio esterno proprio accanto a un grande buco, mentre la shell stessa è costituita da granuli con una dimensione di circa 22 nm. Ristampato con il permesso da ECS J. di sci di stato solido e Tech., 6, paragrafo 3, N3113 (2017). Copyright 2017, la società elettrochimica. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/57022/57022fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Synthesizing Sodium Tungstate and Sodium Molybdate Microcapsules via Bacterial Mineral Excretion

Questo lavoro presenta un protocollo per la fabbricazione di microcapsule di sodio tungstato e sodio molibdato via i batteri e loro corrispondenti nanoparticelle.

Sintetizzando il tungstato di sodio e sodio molibdato microcapsule tramite escrezione minerale batterica

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 Views.  National Taiwan University of Science and Technology. Questo lavoro presenta un protocollo per la fabbricazione di microcapsule di sodio tungstato e sodio molibdato via i batteri e loro corrispondenti nanoparticelle.

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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.

Reverse Sintesi Microemulsione mediata di Monometallic e bimetallico precoce transizione metallo carburo e nitruro di nanoparticelle

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

Ricerca

Chimica

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.

Sintesi e Reazione chimica della nanosize monosodico 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.

Sintesi di CdS nanoparticelle libera-ligando all&#39;interno di una matrice zolfo Copolimero

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

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).

Analisi di minerali prodotto da hFOB 1.19 e Saos-2 cellule mediante microscopia elettronica a trasmissione con microanalisi a raggi x dispersiva di energia

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.

Sali fusi sintesi di nanoparticelle di ossido di metallo complesso

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

A Facile Synthetic Method to Obtain Bismuth Oxyiodide Microspheres Highly Functional for the Photocatalytic Processes of Water Depuration

Bismuth oxyhalide (BiOI) is a promising material for sunlight-driven-environmental photocatalysis. Given that the physical structure of this kind of materials is highly related to its photocatalytic performance, it is necessary to standardize the synthetic methods in order to obtain the most functional architectures and, thus, the highest photocatalytic efficiency. Here, we report a reliable route to obtain BiOI microspheres via the solvothermal process, using Bi(NO3)3 and potassium iodide (KI) as precursors, and ethylene glycol as a template. The synthesis is standardized in a 150 mL autoclave, at 126 &#176;C for 18 h. This results in 2-3 &#181;m-sized mesoporous microspheres, with a relevant specific surface area (61.3 m2/g). Shortening the reaction times in the synthesis results in amorphous structures, while higher temperatures lead to a slight increase in the porosity of the microspheres, with no effect in the photocatalytic performance. The materials are photo-active under UV-A/visible light irradiation for the degradation of the antibiotic ciprofloxacin in water. This method has demonstrated to be effective in interlaboratory tests, obtaining similar BiOI microspheres in Mexican and Chilean research groups.

This article describes a synthetic method to obtain bismuth oxyiodide microspheres, which are highly functional to perform the photocatalytic removal of organic pollutants, such as ciprofloxacin, in water under UV-A/visible light irradiation.

Un Facile metodo sintetico per ottenere bismuto Oxyiodide microsfere altamente funzionale per i processi fotocatalitici di depurazione delle acque

Bismuth oxyhalide (BiOI) is a promising material for sunlight-driven-environmental photocatalysis. Given that the physical structure of this kind of ...

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.

Capsule Estrazione di Plant-based per applicazioni di microincapsulazione

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

Bioingegneria

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.

Tripletta Fusione Upconversion Nanocapsule Sintesi

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

Ingegneria

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.

Sintesi di Nanoparticolo di ossido di Manganese per decomposizione termica di 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 ...