Interacțiunea dintre fibrilele proteice din zer cu nanotuburi de carbon sau nano-ceapă de carbon Partea 2

2.4. Caracterizare

Microscopie electronică cu scanare (SEM): morfologia suprafeței și structura eșantionului au fost analizate utilizând un microscop electronic cu scanare JSM-7100F (JEOL, Tokyo, Japonia).

În ultimii ani, odată cu dezvoltarea continuă a științei și tehnologiei, tot mai multe studii au arătat că microscoapele electronice au un efect pozitiv asupra îmbunătățirii memoriei. Microscoapele electronice sunt un instrument științific modern care utilizează fascicule de electroni pentru a scana suprafața probelor și pentru a obține imagini de înaltă definiție. Are o gamă largă de aplicații, cum ar fi știința materialelor, biomedicină, nanotehnologie și alte domenii.

Deci, cum ne îmbunătățesc microscoapele electronice memoria? În primul rând, microscoapele electronice ne pot îmbunătăți percepția vizuală. Prin caracteristicile sale de imagine de înaltă definiție, ne permite să vedem detalii mai clare și mai subtile, îmbunătățind astfel abilitățile noastre de observare și percepție.

În al doilea rând, microscoapele electronice pot promova, de asemenea, învățarea și memoria creierului nostru. Deoarece microscoapele electronice avansate ne permit să vedem structuri și texturi mai delicate, putem înțelege și ne aminti mai bine aceste conținuturi. De exemplu, vedea structura fină a celulelor biologice, structura chimică complexă a substanțelor chimice etc., poate lăsa o impresie profundă asupra creierului nostru și ne poate îmbunătăți abilitățile de învățare și memorie.

În cele din urmă, microscoapele electronice ne pot ajuta, de asemenea, să efectuăm cercetări și explorări științifice mai bune. Prin observarea microscoapelor electronice, putem analiza în profunzime structura și compoziția chimică a materialelor etc., pentru a ne ajuta să înțelegem mai bine esența și principiile lucrurilor, realizând astfel acumularea și explorarea cunoștințelor științifice.

Pe scurt, microscopia electronică are o mare importanță pentru cunoașterea umană și acumularea de cunoștințe. Ne poate îmbunătăți abilitățile de învățare și memorie, poate promova acumularea și dezvoltarea cunoștințelor umane și poate aduce contribuții remarcabile la dezvoltarea și progresul uman. Se poate observa că trebuie să ne îmbunătățim memoria, iar Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece Cistanche deserticola este un material medicinal tradițional chinezesc cu multe efecte unice, dintre care unul este îmbunătățirea memoriei. Eficacitatea Cistanche deserticola provine din diferitele ingrediente active pe care le conține, inclusiv acid tanic, polizaharide, glicozide flavonoide etc. Aceste ingrediente pot promova sănătatea creierului într-o varietate de moduri.

Faceți clic pe Cunoaștere pentru a îmbunătăți memoria pe termen scurt

Fotografiile SEM au fost mai clare după ce au fost pulverizate cu aur timp de 10 minute înainte de observare folosind un microscop electronic cu transmisie (TEM, JEM-2010, Tokyo, Japonia). Proba a fost diluată și dispersată cu ultrasunete. O picătură de soluție a fost pusă pe o peliculă suport de carbon pe o rețea de cupru.

După 15 s, excesul a fost îndepărtat cu hârtie de filtru. Ulterior, o picătură de 2% acetat de uranil a fost pusă pe grilă și din nou îndepărtată după 15 s. Micrografiile electronice au fost realizate folosind un microscop electronic JEOL (JEM-2010, Tokyo, Japonia) care funcționează la 100 kV.

Spectrul infraroșu cu transformare Fourier (FTIR): A fost utilizat un spectrometru cu infraroșu cu transformare Fourier (Nicolet iS10, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, SUA). Materialul compozit și bromura de potasiu au fost cântărite la un raport de masă de 1:100 și au fost măcinate sub o lampă cu infraroșu timp de 10 minute pentru a le amesteca uniform.

După comprimare, spectrele FTIR au fost înregistrate. Intervalul de scanare a fost de 400~4000 cm−1, iar rezoluția a fost de 4 cm−1. Difracție de raze X (XRD): Structurile cristaline ale compozitelor au fost caracterizate utilizând un difractometru de raze X MAXima-X XRD-7000 ( Tokyo, Japonia) cu următoarele setări: Cu K - ray, 40 kV, 2θ de la 5◦la 80◦. Spectroscopie Raman: Spectrele Raman au fost determinate pe un HORIBA HR800 (Paris, Franța) cu un laser de 514 nm.

Termogravimetrie (TG): Stabilitatea termică a compozitelor în aer a fost caracterizată folosind un analizor termic sincron NETZSCH STA449 F3 (Selb, Germania). Intervalul de încălzire a fost de la 30 la 700 ◦C, iar viteza de încălzire a fost de 10 ◦C/min.

3. Rezultate și discuții

3.1. Fibrile WPI

Soluția de fibrile WPI-1 (fără lecitină) a fost transparentă și incoloră (Figura 1(a1)). Fibrilele au putut fi observate prin birefringența foilor polarizate. Soluția de fibrile WPI-2(cu lecitină) a fost maro (Figura 1(a2)).

Datorită culorii lor închise, a fost dificil de observat fibrilele prin foile de birefringență. Wang şi colab. au raportat că soluția lor de fibrile din concentratul lor de proteine ​​din zer (WPC, care conține lecitină) s-a schimbat treptat de la galben deschis transparent la maro închis în 5 ore (80 ◦ C, pH 1,8).

Ei credeau că a avut loc o reacție Maillard, deoarece peptidele mici formate prin hidroliza WPC în timpul formării fibrilelor [68]. În acest studiu, soluțiile WPI cu sau fără lecitină au fost ambele utilizate pentru a prepara soluția de fibrile WPI.

Aceasta este prima dată când cineva a dovedit că rumenirea nu s-a datorat unei reacții Maillard cu peptide, în timp ce lecitina a fost motivul rumenirii WPI în prepararea fibrilelor.

Rezultatele TEM pentru fibrilele WPI-1 (fracție de masă proteică de 97,80%, fără lecitină) și WPI-2 (fracție de masă proteică de 90,39%, care conține lecitină) sunt prezentate în Figura 1b,c. Se poate observa că fibrilele au fost distribuite aleatoriu în soluție.

Lungimea fibrilelor WPI a fost de aproximativ 2 um. Mantovani et al. a evaluat efectele lecitinonei de soia asupra formării fibrilelor de proteine ​​din zer. În timpul tratamentului termic, lecitina de soia nu a avut un efect semnificativ asupra ratei de formare a fibrilelor sau conformării structurii secundare a proteinelor [69].

Rezultatele din Figura 1c arată că fibrilele preparate folosind lecitină care conține WPI au avut o anumită aglomerare și culoare închisă, ceea ce indică faptul că lecitina poate adera uniform la fibrilele WPI, făcând culoarea soluției de fibrile mai închisă.

Acest lucru este în concordanță cu observația anterioară conform căreia lecitina poate întuneca culoarea WPI.

3.2. CNT-uri și CNO-uri

Figurile 2a și b arată imaginile TEM și, respectiv, HR-TEM ale CNT-urilor. Diametrul CNT-urilor a fost de aproximativ 30 nm, cu pereți de grafit multistratificat. Catalizatorul La2NiO4 a fost redus cu hidrogen înainte de cracarea metanului.

După reducere, structurile ordonate „--La--Ni{--La{--Ni{{--" s-au format pe suprafața catalizatorului asemănător perovskitului (: oxigen liber) . Locul liber de oxigen a oferit un loc pentru adsorbția metanului la suprafață.

S-a constatat apoi că fisurarea metanului are loc pe locurile Ni în apropierea spațiului liber de oxigen. Structura lui --La--Ni{--La--Ni{-- a inhibat agregarea particulelor de Ni și a asigurat existența unei concentrații mari de catalizatori nanometalici Ni la suprafață. Nano-Ni a fost o condiție necesară pentru creșterea CNT-urilor [70].

Figurile 2c și d arată imaginile TEM și, respectiv, HR-TEM ale CNO. După purificare, unele miezuri de ceapă de carbon au devenit goale. Miezurile goale au măsurat aproximativ 100 nm în diametru. Imaginile HR-TEM au arătat în mod clar structura grafitizată cu mai multe straturi a CNO-urilor. Aliajul Fe-Ni a fost centrul de nucleare al nanoformației de ceapă de carbon. Metanul a fost mai întâi descompus în atomi de carbon pe Fe-Ni.

Atomii de carbon au pătruns în aliaj pentru a forma carburi metalice. În jurul catalizatorilor cu carbură metalică, metanul a fost fisurat în continuare și a format o structură grafitică multistratificată [67].

Din imaginile HR-TEM, s-a observat că în CNT-urile, straturile grafitice nu sunt tocmai paralele între ele, indicând existența defectelor. În CNO, unele rețele de înveliș de carbon grafit nu erau perfect închise, indicând existența mai multor defecte.

3.3. Compozite WPI Fibril–CNT (CNOs).

În general, compozitele WPI fibrilă-CNT (sau CNO) au prezentat structuri coloidale relativ uniforme, așa cum se vede în Figura 3. Din cauza suprafețelor foarte hidrofobe ale CNT-urilor și CNO-urilor, au fost dificil de dispersat spontan în apă în formele lor originale.

Fibrilele proteice erau amfifile, care se puteau adsorbi și se leagă eficient de suprafețele de grafit ale nanoparticulelor de carbon, oferind solubilitatea în apă și biocompatibilitatea necesare [71,72].

Deoarece fibrilele de proteine ​​din zer erau, de asemenea, amfifile, acest lucru a ajutat la rezolvarea problemei de dispersie legată de CNT și CNO.

Pentru eșantionul de fibrilă WPI-CNT (CNT: 0.05% în greutate), așa cum se vede în Figura 3a, au fost observate câteva particule de CNT aglomerate în coloidal. Unele studii au raportat că proteina din zer ar putea fi un dispersant eficient și selectiv pentru CNT-uri de anumite diametre.

Posibilele locuri de legare active de pe suprafețele proteinei din zer au avut o potrivire mai bună cu curburele anumitor CNT [54]. S-a speculat că în compozitele cu concentrații mai mari de CNT-uri ar putea apărea agregări.

Odată cu adăugarea mai multor CNT-uri sau CNO-uri, vâscozitatea compozitelor a crescut. După uscarea gelurilor de nanocompozit fibrilă-carbon WPI, fibrile-CNT-uri WPI au fost mai puțin uniforme, dar mai lucioase decât fibrile-CNO-WPI (Figura 3c, f).

Fibrile-CNO-uri WPI ar putea fi materiale bio-film funcționale ideale. Din figura 3a, d, se poate observa că nanomaterialele fibrile-carbon WPI au fost toate gelificate uniform. Înainte ca nanomaterialele de carbon să fie adăugate, soluțiile de fibrile WPI nu erau gelatinoase la această concentrație de proteine. Nici CNT-urile individuale, nici CNO-urile nu erau gelatinoase într-o soluție de apă.

Fără un proces hidrotermal, amestecurile de fibrile WPI și CNT-uri (fibrile WPI și CNO) nu erau geluri. Numai atunci când au fost supuse unui proces hidrotermal compozitele au devenit coloidale. Unii autori au raportat că hidrogelurile pe bază de fibrile de amiloid ar putea fi modificate atât în ​​ceea ce privește proprietățile fizice, cât și structurale în prezența CNT-urilor [73].

Aceasta înseamnă că fibrilele proteice și CNT-urile au interacționat în anumite condiții. Formarea gelului se poate datora următorilor factori: (i) structura fibrilară a fibrilelor WPI ar putea promova formarea gelului; (ii) încălzirea și presiunea în timpul procesului hidrotermal în autoclavă ar putea ajuta gelatinatul compozit; (iii) carbonnanomaterialele au suprafețe încărcate negativ, care ar interacționa cu fibrilele de proteine ​​încărcate pozitiv pentru a forma geluri, sugerând posibilitatea formării unui film [32].

Se poate observa morfologia CNT-urilor și CNO dispersate. Dispersia WPIfibril-CNO (Figura 4e) a fost mai bună decât WPI fibril-CNT (Figura 4a), susținând informațiile din Figura 3. În imaginile TEM ale WPI fibril-CNT (Figura 4b) și WPI fibril-CNO (Figura 4f) , pot fi observate fibrile WPI și CNT; în mod similar, au existat și fibrile WPI și CNO.

Nu s-au observat daune evidente în CNT-uri sau CNO-uri după hibridizarea cu fibrile WPI (Figura 4c, g). Cu toate acestea, o reducere semnificativă a lungimii fibrilelor WPI din compozite poate fi observată în Figura 4d,h.

Lungimile fibrilelor WPI au fost scurtate de la 2 µm la aproximativ 200 nm în ambele compozite fibrilă WPI-CNT și fibrilă WPI-CNO. Fibrilele scurte au format grupuri mici.

Motivele posibile pentru aceasta sunt următoarele: (i) distrugerea forței intermoleculare a fibrilelor sub presiunea aburului în autoclavă; (ii) mișcarea browniană a nanoparticulelor de carbon sub presiune poate provoca, de asemenea, descompunerea fibrilelor WPI; (iii) fasciculele de fibrile pliate în apropierea punctului de cotitură al fibrilelor WPI au fost distorsionate și distruse [74,75].

Aceste rezultate indică faptul că CNT-urile și CNO-urile ar putea distruge fibrilele WPI și inhiba în continuare fibroza proteică în condiții hidrotermale. Această descoperire ar putea avea o valoare importantă de cercetare în viitor în terapia țintită a fibrozei de organ și a fibrozei proteice in vivo.

Utilizând simularea moleculelor, cercetătorii au raportat că nanotuburile de carbon și fulerenul au împiedicat formarea structurii secundare a oligomerilor amiloid-peptidă [76–78]. Figura 5 arată rezultatele FTIR pentru nanocompozitele fibrilă-carbon WPI.

În general, a fost clar că semnalele grupului funcțional de pe fibrila WPI-CNO au fost mai puternice decât cele de pe fibrila WPI-CNT, demonstrând o interacțiune mai puternică între fibrile WPI și CNO.

Acest lucru ar putea fi benefic pentru dispersarea CNO-urilor și pentru formarea unui gel omogen. Acest rezultat a fost în concordanță cu observația vizuală. Vârful de vibrație de întindere al grupului hidroxil a apărut la 3500 cm-1, iar vârful de vibrație de întindere al N-H al benzii de amidă I a apărut la aproximativ 3280 cm-1. Vârful între 3000 și 2800 cm−1 a fost vibrația de întindere a legăturii C–H.

Banda de absorbție în 1400–1300 cm−1 ar putea fi atribuită vibrației cu unghi variabil a vibrațiilor C–H și C–OH. Intervalul de 1260 ~ 1000 cm−1 a fost cauzat de vibrația de întindere C–OH. Într-o soluție apoasă acidă, a fost mai ușor pentru CNT și CNO să transporte grupări hidroxil la suprafață [79].

Picurile caracteristice ale spectrelor FTIR ar putea fi utilizate pentru a analiza nu numai grupurile funcționale ale compozitelor, ci și structurile secundare ale proteinelor.

Din figura 5 se poate observa că tipurile de vibrații ale benzii de amidă au fost următoarele: vârful de vibrație de întindere a benzii amidei I C=O (1640 cm−1), vibrația de încovoiere a benzii de amidă II în planul NH și caracteristică vârful de absorbție al vibrației de întindere C–N (1570–1520 cm−1).

Modelele de vârf ale benzilor de amidă I și ale benzilor II nu au fost afectate de structura lanțului lateral al proteinei, ci mai degrabă doar de structura sa secundară. Modificarea structurii secundare a proteinei a fost analizată prin compararea spectrelor regiunii benzii amidei I [80]. Banda de amidă II reflectă sensibil asocierea legăturilor de hidrogen intermoleculare sau intramoleculare.

For more information:1950477648nn@gmail.com