Wzajemne oddziaływanie włókienek białek serwatkowych z nanorurkami węglowymi lub nanocebulami węglowymi Część 2

2.4. Charakteryzacja

Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM): Morfologię powierzchni i strukturę próbki analizowano przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego JSM-7100F (JEOL, Tokio, Japonia).

W ostatnich latach, wraz z ciągłym rozwojem nauki i technologii, coraz więcej badań pokazuje, że mikroskopy elektronowe pozytywnie wpływają na poprawę pamięci. Mikroskopy elektronowe to nowoczesny instrument naukowy, który wykorzystuje wiązki elektronów do skanowania powierzchni próbek i uzyskiwania obrazów o wysokiej rozdzielczości. Ma szeroki zakres zastosowań, takich jak inżynieria materiałowa, biomedycyna, nanotechnologia i inne dziedziny.

Jak zatem mikroskopy elektronowe poprawiają naszą pamięć? Po pierwsze, mikroskopy elektronowe mogą poprawić naszą percepcję wzrokową. Dzięki obrazowaniu w wysokiej rozdzielczości pozwala nam dostrzec wyraźniejsze i bardziej subtelne szczegóły, poprawiając w ten sposób nasze zdolności obserwacji i percepcji.

Po drugie, mikroskopy elektronowe mogą również wspomagać uczenie się i pamięć naszego mózgu. Ponieważ zaawansowane mikroskopy elektronowe pozwalają nam zobaczyć delikatniejsze struktury i tekstury, możemy lepiej zrozumieć i zapamiętać te treści. Na przykład obserwacja delikatnej struktury komórek biologicznych, złożonej struktury chemicznej substancji chemicznych itp. może wywrzeć głęboki wpływ na nasz mózg i poprawić nasze zdolności uczenia się i zapamiętywania.

Wreszcie mikroskopy elektronowe mogą nam również pomóc w prowadzeniu lepszych badań naukowych i eksploracji. Poprzez obserwację mikroskopów elektronowych możemy dogłębnie przeanalizować strukturę i skład chemiczny materiałów itp., aby pomóc nam lepiej zrozumieć istotę i zasady rzeczy, realizując w ten sposób gromadzenie i eksplorację wiedzy naukowej.

Podsumowując, mikroskopia elektronowa ma ogromne znaczenie dla ludzkiego poznania i gromadzenia wiedzy. Może poprawić nasze zdolności uczenia się i zapamiętywania, promować gromadzenie i rozwój ludzkiej wiedzy oraz wnieść wybitny wkład w rozwój i postęp człowieka. Widać, że musimy poprawić naszą pamięć, a Cistanche desericola może znacznie poprawić pamięć, ponieważ Cistanche desericola to tradycyjny chiński materiał leczniczy o wielu unikalnych efektach, z których jednym jest poprawa pamięci. Skuteczność Cistanche Deserticola wynika z różnych zawartych w niej składników aktywnych, w tym kwasu garbnikowego, polisacharydów, glikozydów flawonoidowych itp. Składniki te mogą na różne sposoby promować zdrowie mózgu.

Kliknij Wiedz, aby poprawić pamięć krótkotrwałą

Zdjęcia SEM były wyraźniejsze po spryskaniu złotem przez 10 minut przed obserwacją przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM, JEM-2010, Tokio, Japonia). Próbkę rozcieńczono i zdyspergowano ultradźwiękowo. Kroplę roztworu umieszczono na węglowej folii nośnej na miedzianej siatce.

Po 15 s nadmiar usunięto bibułą filtracyjną. Następnie na siatkę nałożono kroplę 2% octanu uranylu i ponownie usunięto po 15 sekundach. Mikrografie elektronowe wykonano przy użyciu mikroskopu elektronowego JEOL (JEM-2010, Tokio, Japonia) pracującego przy 100 kV.

Widmo w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR): Zastosowano spektrometr w podczerwieni z transformacją Fouriera (Nicolet iS10, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Materiał kompozytowy i bromek potasu odważono w stosunku masowym 1:100 i mielono pod lampą podczerwieni przez 10 minut w celu równomiernego wymieszania.

Po kompresji rejestrowano widma FTIR. Zakres skanowania wynosił 400~4000 cm-1, a rozdzielczość 4 cm-1. Dyfrakcja promieni rentgenowskich (XRD): Strukturę krystaliczną kompozytów scharakteryzowano za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego MAXima-X XRD-7000 ( Tokio, Japonia) z następującymi ustawieniami: Cu K - promień, 40 kV, 2θ od 5◦ do 80◦. Spektroskopia Ramana: Widma Ramana określono na urządzeniu HORIBA HR800 (Paryż, Francja) z laserem 514 nm.

Termograwimetria (TG): Stabilność termiczną kompozytów w powietrzu scharakteryzowano za pomocą synchronicznego analizatora termicznego NETZSCH STA449 F3 (Selb, Niemcy). Zakres ogrzewania wynosił od 30 do 700 ◦C, a szybkość ogrzewania 10 ◦C/min.

3. Wyniki i dyskusja

3.1. Włókna WPI

Roztwór fibryli WPI-1 (bez lecytyny) był przezroczysty i bezbarwny (Rysunek 1(a1)). Włókna można było obserwować poprzez dwójłomność spolaryzowanych arkuszy. Roztwór fibryli WPI-2(z lecytyną) był brązowy (Rysunek 1(a2)).

Ze względu na ich ciemny kolor, obserwacja włókienek przez arkusze dwójłomności była trudna. Wang i in. podali, że ich roztwór fibryli w koncentracie białka serwatkowego (WPC, zawierający lecytynę) stopniowo zmieniał się z przezroczystego jasnożółtego do ciemnobrązowego w ciągu 5 godzin (80°C, pH 1,8).

Uważali, że zachodzi reakcja Maillarda, ponieważ małe peptydy powstają w wyniku hydrolizy WPC podczas tworzenia włókienek [68]. W tym badaniu do przygotowania roztworu fibryli WPI użyto roztworów WPI z lecytyną lub bez.

Po raz pierwszy udowodniono, że brązowienie nie było wynikiem reakcji Maillarda z peptydami, natomiast lecytyna była przyczyną brązowienia WPI podczas wytwarzania włókienek.

Wyniki TEM dla włókienek WPI-1 (ułamek masowy białka 97,80%, bez lecytyny) i WPI-2 (ułamek masowy białka 90,39%, zawierający lecytynę) przedstawiono na Figurach 1b,c. Można zaobserwować, że w roztworze fibryle były rozmieszczone losowo.

Długość włókienek WPI wynosiła około 2 µm. Mantovani i in. oceniali wpływ lecytyny sojowej na tworzenie włókienek białek serwatkowych. Podczas obróbki cieplnej lecytyna sojowa nie miała istotnego wpływu na szybkość tworzenia włókienek ani konformację drugorzędowej struktury białka [69].

Wyniki na Figurze 1c pokazują, że fibryle przygotowane przy użyciu lecytyny zawierającej WPI miały pewną aglomerację i ciemny kolor, co wskazuje, że lecytyna może równomiernie przylegać do włókienek WPI, powodując ciemniejszą barwę roztworu fibryli.

Jest to zgodne z poprzednią obserwacją, że lecytyna może przyciemniać kolor WPI.

3.2. CNT i CNO

Ryciny 2a i b przedstawiają odpowiednio obrazy TEM i HR-TEM CNT. Średnica nanorurek CNT wynosiła około 30 nm, z wielowarstwowymi ściankami grafitowymi. Katalizator La2NiO4 poddano redukcji wodorem przed krakingiem metanu.

Po redukcji na powierzchni katalizatora podobnej do perowskitu utworzyły się uporządkowane struktury „--La--Ni--La--Ni--: wakat tlenowy) . Wakat tlenowy zapewnił miejsce do adsorpcji metanu na powierzchni.

Następnie odkryto, że pękanie metanu zachodzi w miejscach Ni w pobliżu wakatów tlenowych. Struktura --La--Ni--La--Ni-- jest hamowana agregację cząstek Ni i zapewnił istnienie wysokiego stężenia nanometalicznych katalizatorów Ni na powierzchni. Nano-Ni był warunkiem koniecznym wzrostu CNT [70].

Ryciny 2c i d przedstawiają odpowiednio obrazy TEM i HR-TEM CNO. Po oczyszczeniu niektóre rdzenie cebul węglowych stały się puste. Puste rdzenie miały średnicę około 100 nm. Obrazy HR-TEM wyraźnie pokazały wielowarstwową grafityzowaną strukturę CNO. Stop Fe-Ni był centrum zarodkowania nano-cebuli węglowej. Metan został najpierw rozłożony na atomy węgla na Fe-Ni.

Atomy węgla wnikają w stop, tworząc węgliki metali. Wokół katalizatorów z węglika metalu metan ulegał dalszemu krakowaniu i tworzył wielowarstwową strukturę grafitową [67].

Na obrazach HR-TEM zaobserwowano, że w nanorurkach CNT warstwy grafitu nie są dokładnie równoległe do siebie, co wskazuje na istnienie defektów. W CNO niektóre sieci powłok z węgla grafitowego nie były idealnie zamknięte, co wskazuje na istnienie większej liczby defektów.

3.3. Kompozyty WPI Fibril – CNT (CNO).

Ogólnie rzecz biorąc, kompozyty WPI fibryla – CNT (lub CNO) wykazywały stosunkowo jednolite struktury koloidalne, jak widać na rysunku 3. Ze względu na wysoce hydrofobowe powierzchnie CNT i CNO trudno było je spontanicznie zdyspergować w wodzie w ich oryginalnych postaciach.

Włókna białkowe były amfifilowe, więc mogły skutecznie adsorbować i wiązać się z grafitowymi powierzchniami nanocząstek węglowych, zapewniając wymaganą rozpuszczalność w wodzie i biokompatybilność [71,72].

Ponieważ włókienka białek serwatkowych były również amfifilowe, pomogło to rozwiązać problem dyspersji związany z CNT i CNO.

W przypadku próbki fibryli WPI – CNT (CNT: 0,05% wag.), jak widać na ryc. 3a, w koloidie zaobserwowano kilka aglomerowanych cząstek CNT. Niektóre badania wykazały, że białko serwatkowe może być skutecznym i selektywnym dyspergatorem CNT o określonych średnicach.

Możliwe aktywne miejsca wiązania na powierzchni białek serwatkowych lepiej pasowały do ​​krzywizn niektórych CNT [54]. Spekulowano, że w kompozytach o większym stężeniu CNT mogą wystąpić agregacje.

Po dodaniu większej liczby CNT lub CNO lepkość kompozytów wzrosła. Po wysuszeniu żeli nanokompozytowych fibryla-węgiel WPI, fibryle-CNT WPI były mniej jednolite, ale bardziej błyszczące niż fibryle-CNO WPI (rysunek 3c, f).

Nanomateriały fibrylowo-węglowe WPI mogą być idealnymi funkcjonalnymi materiałami biofilmowymi. Z ryc. 3a, d widać, że wszystkie nanomateriały fibrylowo-węglowe WPI były równomiernie zżelowane. Przed dodaniem nanomateriałów węglowych roztwory fibryli WPI nie były galaretowate przy tym stężeniu białka. Ani poszczególne CNT, ani CNO nie były galaretowate w roztworze wodnym.

Bez procesu hydrotermalnego mieszaniny fibryli WPI i CNT (fibryle WPI i CNO) nie były żelami. Dopiero poddanie procesowi hydrotermalnemu kompozyty stały się koloidalne. Niektórzy autorzy donoszą, że hydrożele na bazie włókien amyloidowych mogą ulegać zmianom zarówno pod względem właściwości fizycznych, jak i strukturalnych w obecności CNT [73].

Oznacza to, że włókienka białkowe i CNT oddziaływały w pewnych warunkach. Tworzenie żelu może być spowodowane następującymi czynnikami: (i) struktura włóknista włókienek WPI może sprzyjać tworzeniu się żelu; (ii) ogrzewanie i ciśnienie podczas procesu hydrotermalnego w autoklawie mogą pomóc w wytworzeniu żelatynatu kompozytowego; (iii) nanomateriały węglowe mają ujemnie naładowane powierzchnie, które oddziałują z dodatnio naładowanymi włókienkami białkowymi, tworząc żele, co sugeruje możliwość tworzenia filmu [32]. Rysunek 4a, e przedstawia obrazy SEM fibryli WPI – CNT i fibryli WPI – CNO.

Można zaobserwować temorfologię rozproszonych CNT i CNO. Dyspersja WPIfibril – CNO (ryc. 4e) była lepsza niż WPI fibril – CNT (ryc. 4a), co potwierdza informacje na ryc. 3. Na obrazach TEM fibryli – CNT WPI (ryc. 4b) i fibryli WPI – CNO (ryc. 4f) można zaobserwować włókienka WPI i CNT; podobnie istniały również fibryle WPI i CNO.

Po hybrydyzacji z włókienkami WPI nie zaobserwowano żadnych oczywistych uszkodzeń w CNT lub CNO (ryc. 4c, g). Jednakże znaczne zmniejszenie długości fibryli WPI w kompozytach można zobaczyć na ryc. 4d, h.

Długości włókienek WPI zostały skrócone z 2 µm do około 200 nm zarówno w kompozytach WPI fibryla – CNT, jak i WPI fibryla – CNO. Krótkie włókienka tworzyły małe skupiska.

Możliwe przyczyny są następujące: (i) zniszczenie siły międzycząsteczkowej włókienek pod ciśnieniem pary w autoklawie; (ii) ruchy Browna nanocząstek węgla pod ciśnieniem mogą również powodować rozpad włókienek WPI; (iii) złożone wiązki włókienek w pobliżu punktu zwrotnego włókienek WPI uległy zniekształceniu i zniszczeniu [74,75].

Wyniki te wskazują, że CNT i CNO mogą niszczyć włókienka WPI i hamować dalsze zwłóknienie białek w warunkach hydrotermalnych. Odkrycie to może mieć ważną wartość badawczą w przyszłości w celowanej terapii zwłóknienia narządów i zwłóknienia białek in vivo.

Stosując symulację cząsteczek, badacze wykazali, że nanorurki węglowe i fuleren zapobiegają tworzeniu się struktury drugorzędowej oligomerów amyloidowo-peptydowych [76–78]. Ryc. 5 przedstawia wyniki FTIR dla nanokompozytów fibrylowo-węglowych WPI.

Ogólnie było jasne, że sygnały grup funkcjonalnych na fibrylach WPI – CNO były silniejsze niż te na fibrylach WPI – CNT, co wskazuje na silniejszą interakcję między fibrylami WPI i CNO.

Może to być korzystne dla dyspersji CNO i utworzenia jednorodnego żelu. Wynik ten był zgodny z obserwacją wizualną. Pik drgań rozciągających grupy hydroksylowej pojawił się przy 3500 cm-1, a pik drgań rozciągających N–H pasma amidowego I pojawił się przy około 3280 cm-1. Pik pomiędzy 3000 a 2800 cm-1 był drganiem rozciągającym wiązania C–H.

Pasmo absorpcji w zakresie 1400–1300 cm−1 można przypisać drganiom o zmiennym kącie drgań C–H i C–OH. Zakres 1260~1000 cm-1 powodowany był drganiami rozciągającymi C–OH. W kwaśnym roztworze wodnym CNT i CNO łatwiej było przenosić grupy hydroksylowe na powierzchni [79].

Charakterystyczne piki widm FTIR można wykorzystać do analizy nie tylko grup funkcyjnych kompozytów, ale także drugorzędowych struktur białek.

Z rysunku 5 wynika, że ​​typy drgań pasma amidowego były następujące: drgania rozciągające pasma amidowego I C=O (1640 cm−1), drgania zginające pasma amidowego II w płaszczyźnie NH oraz charakterystyczne pik absorpcji drgań rozciągających C–N (1570–1520 cm−1).

Na wzory pików pasm amidowych I i II nie miała wpływu struktura łańcucha bocznego białka, ale raczej jedynie jego struktura drugorzędowa. Zmianę struktury drugorzędowej białka analizowano porównując widma regionu pasma amidowego I [80]. Pasmo amidu II wrażliwie odzwierciedlało międzycząsteczkowe lub wewnątrzcząsteczkowe wiązanie wodorowe.

For more information:1950477648nn@gmail.com