Η αλληλεπίδραση μεταξύ των ινιδίων πρωτεΐνης ορού γάλακτος με νανοσωλήνες άνθρακα ή νανο-κρεμμύδια άνθρακα μέρος 2

2.4. Χαρακτηρισμός

Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM): Η μορφολογία της επιφάνειας και η δομή του δείγματος αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης JSM-7100F (JEOL, Τόκιο, Ιαπωνία).

Τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, όλο και περισσότερες μελέτες έχουν δείξει ότι τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια έχουν θετική επίδραση στη βελτίωση της μνήμης. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια είναι ένα σύγχρονο επιστημονικό όργανο που χρησιμοποιεί δέσμες ηλεκτρονίων για τη σάρωση της επιφάνειας των δειγμάτων και τη λήψη εικόνων υψηλής ευκρίνειας. Έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως η επιστήμη των υλικών, η βιοϊατρική, η νανοτεχνολογία και άλλοι τομείς.

Λοιπόν, πώς τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια βελτιώνουν τη μνήμη μας; Πρώτα απ 'όλα, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν να ενισχύσουν την οπτική μας αντίληψη. Μέσω των χαρακτηριστικών απεικόνισης υψηλής ευκρίνειας, μας δίνει τη δυνατότητα να βλέπουμε πιο καθαρές και πιο λεπτές λεπτομέρειες, βελτιώνοντας έτσι τις ικανότητες παρατήρησης και αντίληψης.

Δεύτερον, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν επίσης να προάγουν τη μάθηση και τη μνήμη του εγκεφάλου μας. Επειδή τα προηγμένα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μας επιτρέπουν να βλέπουμε πιο λεπτές δομές και υφές, μπορούμε να κατανοήσουμε καλύτερα και να θυμηθούμε αυτά τα περιεχόμενα. Για παράδειγμα, βλέποντας τη λεπτή δομή των βιολογικών κυττάρων, τη σύνθετη χημική δομή των χημικών ουσιών κ.λπ., μπορεί να αφήσει βαθιά εντύπωση στον εγκέφαλό μας και να βελτιώσει τις ικανότητες μάθησης και μνήμης.

Τέλος, τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια μπορούν επίσης να μας βοηθήσουν να διεξάγουμε καλύτερη επιστημονική έρευνα και εξερεύνηση. Μέσω της παρατήρησης ηλεκτρονικών μικροσκοπίων, μπορούμε να αναλύσουμε σε βάθος τη δομή και τη χημική σύνθεση των υλικών κ.λπ., για να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα την ουσία και τις αρχές των πραγμάτων, συνειδητοποιώντας έτσι τη συσσώρευση και την εξερεύνηση της επιστημονικής γνώσης.

Συνοπτικά, η ηλεκτρονική μικροσκοπία έχει μεγάλη σημασία για την ανθρώπινη γνώση και τη συσσώρευση γνώσης. Μπορεί να βελτιώσει τις ικανότητές μας στη μάθηση και τη μνήμη, να προωθήσει τη συσσώρευση και την ανάπτυξη της ανθρώπινης γνώσης και να συνεισφέρει εξαιρετικά στην ανθρώπινη ανάπτυξη και πρόοδο. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη μας και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό με πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του Cistanche deserticola προέρχεται από τα διάφορα ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως ταννικό οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή γλυκοσίδες κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου με διάφορους τρόπους.

Κάντε κλικ στο Γνωρίζω για να βελτιώσετε τη βραχυπρόθεσμη μνήμη

Οι φωτογραφίες SEM ήταν πιο καθαρές αφού ψεκάστηκαν με χρυσό για 10 λεπτά πριν από την παρατήρηση χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM, JEM-2010, Τόκιο, Ιαπωνία). Το δείγμα αραιώθηκε και διασκορπίστηκε με υπερήχους. Ένα σταγονίδιο διαλύματος τοποθετήθηκε σε μεμβράνη υποστήριξης άνθρακα σε ένα πλέγμα χαλκού.

Μετά από 15 δευτερόλεπτα, το πλεονάζον μέρος αφαιρέθηκε με διηθητικό χαρτί. Στη συνέχεια, ένα σταγονίδιο 2% οξικού ουρανυλίου τοποθετήθηκε στο πλέγμα και αφαιρέθηκε ξανά μετά από 15 δευτερόλεπτα. Ελήφθησαν ηλεκτρονικές μικρογραφίες χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο JEOL (JEM-2010, Τόκιο, Ιαπωνία) που λειτουργεί στα 100 kV.

Υπέρυθρο φάσμα μετασχηματισμού Fourier (FTIR): Χρησιμοποιήθηκε φασματόμετρο υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier (Nicolet iS10, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). Το σύνθετο υλικό και το βρωμιούχο κάλιο ζυγίστηκαν σε αναλογία μάζας 1:100 και αλέστηκαν κάτω από έναν υπέρυθρο λαμπτήρα για 10 λεπτά για να αναμειχθούν ομοιόμορφα.

Μετά τη συμπίεση, καταγράφηκαν τα φάσματα FTIR. Το εύρος σάρωσης ήταν 400~4000 cm−1 και η ανάλυση ήταν 4 cm−1. Περίθλαση ακτίνων Χ (XRD): Οι κρυσταλλικές δομές των σύνθετων υλικών χαρακτηρίστηκαν χρησιμοποιώντας ένα περιθλασίμετρο ακτίνων Χ MAXima-X XRD-7000 ( Τόκιο, Ιαπωνία) με τις ακόλουθες ρυθμίσεις: Cu - ακτίνα, 40 kV, 2θ από 5◦ έως 80◦. Φασματοσκοπία Raman: Τα φάσματα Raman προσδιορίστηκαν σε HORIBA HR800 (Παρίσι, Γαλλία) με λέιζερ 514 nm.

Θερμοβαρυμετρία (TG): Η θερμική σταθερότητα των σύνθετων υλικών στον αέρα χαρακτηρίστηκε χρησιμοποιώντας έναν σύγχρονο θερμικό αναλυτή NETZSCH STA449 F3 (Selb, Γερμανία). Το εύρος θέρμανσης ήταν από 30 έως 700 ◦C και ο ρυθμός θέρμανσης ήταν 10 ◦C/min.

3. Αποτελέσματα και Συζήτηση

3.1. Ινίδια WPI

Το διάλυμα ινιδίων WPI-1 (χωρίς λεκιθίνη) ήταν διαφανές και άχρωμο (Εικόνα 1(α1)). Τα ινίδια μπορούσαν να παρατηρηθούν μέσω της διπλής διάθλασης πολωμένων φύλλων. Το διάλυμα ινιδίων WPI-2(με λεκιθίνη) ήταν καφέ (Εικόνα 1(α2)).

Λόγω του σκούρου χρώματος τους, ήταν δύσκολο να παρατηρηθούν τα ινίδια μέσω των φύλλων διπλής διάθλασης. Οι Wang et al. ανέφεραν ότι το διάλυμα ινιδίων του συμπυκνώματος πρωτεΐνης ορού γάλακτος (WPC, που περιέχει λεκιθίνη) άλλαξε σταδιακά από διαφανές ανοιχτό κίτρινο σε σκούρο καφέ μέσα σε 5 ώρες (80 ◦C, pH 1,8).

Πίστευαν ότι συνέβη μια αντίδραση Maillard, καθώς μικρά πεπτίδια σχηματίστηκαν από την υδρόλυση WPC κατά τη διάρκεια του σχηματισμού των ινιδίων [68]. Σε αυτή τη μελέτη, τα διαλύματα WPI με ή χωρίς λεκιθίνη χρησιμοποιήθηκαν και τα δύο για την παρασκευή του διαλύματος ινιδίων WPI.

Αυτή είναι η πρώτη φορά που κάποιος έχει αποδείξει ότι το μαύρισμα δεν οφειλόταν σε αντίδραση Maillard με πεπτίδια, ενώ η λεκιθίνη ήταν η αιτία για το μαύρισμα του WPI στην παρασκευή ινιδίων.

Τα αποτελέσματα TEM για τα ινίδια WPI-1 (κλάσμα μάζας πρωτεΐνης 97,80%, χωρίς λεκιθίνη) και WPI-2 (κλάσμα μάζας πρωτεΐνης 90,39%, που περιέχει λεκιθίνη) φαίνονται στο Σχήμα 1b,c. Μπορεί να παρατηρηθεί ότι τα ινίδια κατανεμήθηκαν τυχαία στο διάλυμα.

Το μήκος των ινιδίων WPI ήταν περίπου 2 μm. Mantovani et al. αξιολόγησε τις επιδράσεις της λεκιθίνης σόγιας στο σχηματισμό ινιδίων πρωτεΐνης ορού γάλακτος. Κατά τη διάρκεια της θερμικής επεξεργασίας, η λεκιθίνη σόγιας δεν είχε σημαντική επίδραση στον ρυθμό σχηματισμού ινιδίων ή στη διαμόρφωση της δευτερογενούς δομής της πρωτεΐνης [69].

Τα αποτελέσματα στο Σχήμα 1c δείχνουν ότι τα ινίδια που παρασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας λεκιθίνη που περιέχει WPI είχαν μια ορισμένη συσσωμάτωση και σκούρο χρώμα, υποδεικνύοντας ότι η λεκιθίνη μπορεί να προσκολληθεί ομοιόμορφα στα ινίδια WPI, καθιστώντας το χρώμα του διαλύματος ινιδίων πιο σκούρο.

Αυτό είναι σύμφωνο με την προηγούμενη παρατήρηση ότι η λεκιθίνη μπορεί να σκουρύνει το χρώμα του WPI.

3.2. CNT και CNO

Τα σχήματα 2a και b δείχνουν τις εικόνες TEM και HR-TEM των CNTs, αντίστοιχα. Η διάμετρος των CNTs ήταν περίπου 30 nm, με πολυστρωματικά τοιχώματα γραφίτη. Ο καταλύτης La2NiO4 μειώθηκε με υδρογόνο πριν από τη διάσπαση μεθανίου.

Μετά τη μείωση, σχηματίστηκαν οι διατεταγμένες δομές "--La--Ni--La--Ni--" στην επιφάνεια του καταλύτη που μοιάζει με περοβσκίτη (: κενό οξυγόνου) . Το κενό οξυγόνου παρείχε μια θέση για την προσρόφηση μεθανίου στην επιφάνεια.

Στη συνέχεια βρέθηκε ότι η διάσπαση του μεθανίου συμβαίνει σε τοποθεσίες Ni κοντά στην κενή θέση οξυγόνου. Η δομή του --La--Ni--La--Ni-- ανεστάλη η συσσωμάτωση των σωματιδίων Ni και εξασφάλισε την ύπαρξη υψηλής συγκέντρωσης νανομεταλικών καταλυτών Ni στην επιφάνεια. Το Nano-Ni ήταν απαραίτητη προϋπόθεση για την ανάπτυξη των CNTs [70].

Τα σχήματα 2c και d δείχνουν τις εικόνες TEM και HR-TEM των CNO, αντίστοιχα. Μετά τον καθαρισμό, ορισμένοι πυρήνες κρεμμυδιού άνθρακα έγιναν κοίλοι. Οι κοίλοι πυρήνες είχαν διάμετρο περίπου 100 nm. Οι εικόνες HR-TEM έδειξαν ξεκάθαρα την πολυεπίπεδη γραφιτοποιημένη δομή των CNO. Το κράμα Fe-Ni ήταν το κέντρο πυρήνων της νανο-κρεμμυδικής μορφής άνθρακα. Το μεθάνιο αρχικά αποσυντέθηκε σε άτομα άνθρακα σε Fe-Ni.

Τα άτομα άνθρακα διείσδυσαν στο κράμα για να σχηματίσουν καρβίδια μετάλλων. Γύρω από τους καταλύτες μεταλλικού καρβιδίου, το μεθάνιο ραγίστηκε περαιτέρω και σχημάτισε μια πολυστρωματική γραφιτική δομή [67].

Από τις εικόνες HR-TEM, παρατηρήθηκε ότι στους CNTs, τα γραφικά στρώματα δεν είναι ακριβώς παράλληλα μεταξύ τους, υποδηλώνοντας την ύπαρξη ελαττωμάτων. Σε CNO, ορισμένα δίκτυα γραφιτικών ανθρακονημάτων δεν ήταν τέλεια κλειστά, γεγονός που υποδηλώνει την ύπαρξη περισσότερων ελαττωμάτων.

3.3. Σύνθετα υλικά WPI Fibril–CNT (CNOs).

Γενικά, τα σύνθετα ινίδια WPI-CNT (ή CNO) έδειξαν σχετικά ομοιόμορφες κολλοειδείς δομές, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Λόγω των εξαιρετικά υδρόφοβων επιφανειών των CNT και CNO, ήταν δύσκολο να διασκορπιστούν αυθόρμητα στο νερό στην αρχική τους μορφή.

Τα πρωτεϊνικά ινίδια ήταν αμφίφιλα, τα οποία μπορούσαν να προσροφήσουν αποτελεσματικά και να δεσμευτούν στις επιφάνειες γραφίτη νανοσωματιδίων άνθρακα, παρέχοντας την απαιτούμενη υδατοδιαλυτότητα και βιοσυμβατότητα [71,72].

Δεδομένου ότι τα ινίδια πρωτεΐνης ορού γάλακτος ήταν επίσης αμφίφιλα, αυτό βοήθησε στην επίλυση του προβλήματος διασποράς που σχετίζεται με τα CNT και τα CNO.

Για το δείγμα WPI ινιδίου–CNT (CNTs: 0.05 wt.%), όπως φαίνεται στο Σχήμα 3a, μερικά συσσωματωμένα σωματίδια CNT παρατηρήθηκαν στο κολλοειδές. Ορισμένες μελέτες ανέφεραν ότι η πρωτεΐνη ορού γάλακτος θα μπορούσε να είναι αποτελεσματικός και επιλεκτικός διασκορπιστικός για CNT ορισμένων διαμέτρων.

Οι πιθανές ενεργές θέσεις δέσμευσης στις επιφάνειες της πρωτεΐνης ορού γάλακτος είχαν καλύτερη αντιστοιχία με τις καμπυλότητες ορισμένων CNTs [54]. Εικάστηκε ότι στα σύνθετα υλικά με υψηλότερες συγκεντρώσεις CNTs, ενδέχεται να εμφανιστούν συσσωματώσεις.

Με την προσθήκη περισσότερων CNTs ή CNOs, το ιξώδες των σύνθετων υλικών αυξήθηκε. Μετά την ξήρανση των νανοσύνθετων πηκτωμάτων WPI ινιδίων-άνθρακα, τα WPI fibril-CNTs ήταν λιγότερο ομοιόμορφα αλλά πιο γυαλιστερά από τα WPI fibril-CNOs (Εικόνα 3c,f).

Τα ινίδια-CNO WPI θα μπορούσαν να είναι ιδανικά λειτουργικά υλικά βιοφίλμ. Από το Σχήμα 3α,δ, μπορεί να φανεί ότι τα νανοϋλικά WPI ινιδίων-άνθρακα ήταν όλα ομοιόμορφα πηκτωματοποιημένα. Πριν προστεθούν τα νανοϋλικά άνθρακα, τα διαλύματα ινιδίων WPI δεν ήταν ζελατινώδη σε αυτή τη συγκέντρωση πρωτεΐνης. Ούτε τα μεμονωμένα CNTs ούτε τα CNO ήταν ζελατινώδη σε υδατικό διάλυμα.

Χωρίς υδροθερμική διεργασία, τα μείγματα ινιδίων WPI και CNT (ινίδια WPI και CNO) δεν ήταν πηκτώματα. Μόνο όταν υποβληθούν σε υδροθερμική διεργασία τα σύνθετα έγιναν κολλοειδή. Μερικοί συγγραφείς έχουν αναφέρει ότι οι υδρογέλες που βασίζονται σε αμυλοειδές ινίδια θα μπορούσαν να αλλοιωθούν τόσο από άποψη φυσικών όσο και δομικών ιδιοτήτων παρουσία CNTs [73].

Αυτό σημαίνει ότι τα ινίδια πρωτεΐνης και οι CNT αλληλεπιδρούν υπό ορισμένες συνθήκες. Ο σχηματισμός γέλης μπορεί να οφείλεται στους ακόλουθους παράγοντες: (i) η ινώδης δομή των ινιδίων WPI θα μπορούσε να προάγει το σχηματισμό γέλης. (ii) η θέρμανση και η πίεση κατά τη διάρκεια της υδροθερμικής διαδικασίας στο αυτόκλειστο μπορεί να βοηθήσουν το σύνθετο να ζελατινοποιηθεί. (iii) τα καρβοννανοϋλικά έχουν αρνητικά φορτισμένες επιφάνειες, οι οποίες θα αλληλεπιδράσουν με τα θετικά φορτισμένα πρωτεϊνικά ινίδια για να σχηματίσουν πηκτώματα, υποδηλώνοντας τη δυνατότητα σχηματισμού φιλμ [32]. Το σχήμα 4a,e δείχνει τις εικόνες SEM των WPI fibril-CNTs και WPI fibril-CNOs.

Μπορεί να παρατηρηθεί η μορφολογία των διασκορπισμένων CNTs και CNOs. Η διασπορά των WPIfibril–CNOs (Εικόνα 4e) ήταν καλύτερη από τα WPI fibril–CNTs (Εικόνα 4a), υποστηρίζοντας τις πληροφορίες στο σχήμα 3. Στις εικόνες TEM των WPI fibril–CNTs (Εικόνα 4β) και WPI fibril–CNOs (Εικόνα 4f) , μπορούν να παρατηρηθούν ινίδια WPI και CNTs. Ομοίως, υπήρχαν επίσης ινίδια WPI και CNO.

Δεν παρατηρήθηκε εμφανής βλάβη σε CNT ή CNO μετά από υβριδισμό με ινίδια WPI (Εικόνα 4c,g). Ωστόσο, μια σημαντική μείωση στο μήκος των ινιδίων WPI στα σύνθετα μπορεί να φανεί στο Σχήμα 4d,h.

Τα μήκη των ινιδίων WPI μειώθηκαν από 2 μm σε περίπου 200 nm και στα δύο σύνθετα ινίδια WPI-CNT και WPI ινίδια-CNO. Τα κοντά ινίδια σχημάτισαν μικρές ομάδες.

Οι πιθανοί λόγοι για αυτό είναι οι εξής: (i) η καταστροφή της διαμοριακής δύναμης των ινιδίων υπό πίεση ατμού στο αυτόκλειστο· (ii) η κίνηση Brown των νανοσωματιδίων άνθρακα υπό πίεση μπορεί επίσης να προκαλέσει τη διάσπαση των ινιδίων WPI. (iii) οι διπλωμένες δέσμες ινιδίων κοντά στο σημείο καμπής των ινιδίων WPI παραμορφώθηκαν και καταστράφηκαν [74,75].

Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οι CNT και οι CNO μπορεί να καταστρέψουν τα ινίδια WPI και να αναστείλουν περαιτέρω πρωτεϊνική ίνωση υπό υδροθερμικές συνθήκες. Αυτό το εύρημα μπορεί να έχει σημαντική ερευνητική αξία στο μέλλον στη στοχευμένη θεραπεία της ίνωσης οργάνων και της ίνωσης πρωτεΐνης in vivo.

Χρησιμοποιώντας προσομοίωση μορίων, οι ερευνητές ανέφεραν ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα και το φουλερένιο απέτρεψαν τον σχηματισμό δευτερογενούς δομής ολιγομερών αμυλοειδούς-πεπτιδίου [76-78]. Το σχήμα 5 δείχνει τα αποτελέσματα FTIR για τα νανοσύνθετα ινιδίων WPI-άνθρακα.

Γενικά, ήταν σαφές ότι τα σήματα λειτουργικής ομάδας στα ινίδια WPI-CNO ήταν ισχυρότερα από αυτά στα ινίδια WPI-CNT, επιδεικνύοντας μια ισχυρότερη αλληλεπίδραση μεταξύ των ινιδίων WPI και των CNO.

Αυτό μπορεί να είναι ευεργετικό για τη διασπορά των CNOs και για το σχηματισμό ομοιογενούς γέλης. Αυτό το αποτέλεσμα ήταν συνεπές με την οπτική παρατήρηση. Η κορυφή δόνησης τάνυσης της ομάδας υδροξυλίου εμφανίστηκε στα 3500 cm−1, και η κορυφή δόνησης τάνυσης του N–H της ζώνης αμιδίου Ι εμφανίστηκε περίπου στα 3280 cm−1. Η κορυφή μεταξύ 3000 και 2800 cm−1 ήταν η τεντωτική δόνηση του δεσμού C–H.

Η ζώνη απορρόφησης στα 1400–1300 cm−1 θα μπορούσε να αποδοθεί στη μεταβλητή γωνιακή δόνηση των δονήσεων C–H και C–OH. Το εύρος των 1260~1000 cm−1 προκλήθηκε από τη δόνηση τάνυσης C–OH. Σε ένα όξινο υδατικό διάλυμα, ήταν ευκολότερο για τα CNT και τα CNO να μεταφέρουν υδροξυλομάδες στην επιφάνεια [79].

Οι χαρακτηριστικές κορυφές των φασμάτων FTIR θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ανάλυση όχι μόνο των λειτουργικών ομάδων των σύνθετων υλικών αλλά και των δευτερογενών δομών των πρωτεϊνών.

Μπορεί να φανεί από το σχήμα 5 ότι οι τύποι δόνησης της αμιδικής ζώνης ήταν οι εξής: κορυφή δόνησης τάνυσης της ζώνης αμιδίου I C=O (1640 cm−1), δόνηση κάμψης της ζώνης αμιδίου II στο επίπεδο NH και χαρακτηριστική κορυφή απορρόφησης της δόνησης τάνυσης C–N (1570–1520 cm−1).

Τα σχήματα κορυφής των ζωνών αμιδίου Ι και II δεν επηρεάστηκαν από τη δομή της πλευρικής αλυσίδας της πρωτεΐνης, αλλά μάλλον μόνο από τη δευτερεύουσα δομή της. Η αλλαγή στη δευτεροταγή δομή της πρωτεΐνης αναλύθηκε συγκρίνοντας τα φάσματα της περιοχής της ζώνης αμιδίου Ι [80]. Η ζώνη αμιδίου II αντανακλούσε με ευαισθησία τη διαμοριακή ή ενδομοριακή σύνδεση δεσμού υδρογόνου.

For more information:1950477648nn@gmail.com