التفاعل بين ألياف بروتين مصل اللبن مع أنابيب الكربون النانوية أو البصل النانوي الكربوني الجزء الأول

الخلاصة: تم تحضير ألياف بروتين مصل اللبن المعزول (WPI) باستخدام عملية تحريض التحلل المائي الحمضي.

مع اهتمام الناس المتزايد بالحياة الصحية، أصبحت الذاكرة تدريجيًا موضوعًا ساخنًا للقلق. الألياف هي أحد المكونات الغذائية التي يتجاهلها الكثير من الناس بشكل عام. كما أنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بصحة الإنسان.

الألياف عبارة عن سليلوز نباتي غير قابل للهضم ويمكن أن يحفز التمعج المعوي، ويعزز التغوط، ويمتص ويقلل نسبة الدهون في الدم، وسكر الدم، والكوليسترول في جسم الإنسان، ويقلل من حدوث السمنة وأمراض القلب والأوعية الدموية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للفيبريل أيضًا تنظيم توازن البيئة الدقيقة المعوية، وتعزيز امتصاص العناصر الغذائية، وتحسين المناعة.

وفي الوقت نفسه، أظهرت المزيد والمزيد من الدراسات أن الليفي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالذاكرة. استهلاك الألياف يمكن أن يعزز صحة الأمعاء، ويحسن وظيفة التمثيل الغذائي البشري، ويحسن مناعة الجسم. وترتبط هذه العناصر ارتباطًا وثيقًا بالجهاز العصبي للإنسان، وتعتبر صحة الجهاز العصبي أحد الركائز المهمة لصحة الإنسان.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن للعناصر الغذائية مثل فيتامين ب وفيتامين هـ والزنك الغني بالألياف أن تعزز أيضًا التطور الطبيعي وتشغيل الجهاز العصبي، وتحسن الإدراك البشري والقدرة على التعلم، وتعزز الذاكرة.

باختصار، مع تعزيز الصحة البدنية، يمكن للألياف أيضًا تحسين الذاكرة البشرية والذكاء. نحن بحاجة إلى تطوير عادات الأكل الجيدة وزيادة تناول الأطعمة التي تحتوي على الألياف الخام بشكل مناسب، مثل الشوفان والبطاطا الحلوة والخضروات الورقية الخضراء، للحفاظ على صحة جيدة وتعزيز التطور الصحي للجهاز العصبي. تساعدنا الذاكرة على التعلم بسرعة والسعي لتحقيق نوعية حياة أعلى، لذلك يجب أن نكون إيجابيين. يمكن ملاحظة أننا بحاجة إلى تحسين ذاكرتنا، ويمكن لـ Cistanche تحسين الذاكرة بشكل كبير لأنه يمكنه أيضًا تنظيم توازن الناقلات العصبية، مثل زيادة مستويات الأسيتيل كولين وعوامل النمو، وهي مهمة جدًا للذاكرة والتعلم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ Cistanche أيضًا تحسين تدفق الدم وتعزيز توصيل الأكسجين، مما يضمن حصول الدماغ على التغذية والطاقة الكافية، وبالتالي تحسين حيوية الدماغ والقدرة على التحمل.

انقر فوق معرفة المكملات الغذائية لتحسين الذاكرة

تم تصنيع الأنابيب النانوية الكربونية (CNTs) والبصل النانوي الكربوني (CNOs) عن طريق ترسيب البخار الكيميائي التحفيزي (CVD) للميثان. تم تحضير WPI fibril-CNTs وWPI fibril-CNOs عن طريق التوليف الحراري المائي عند 80 درجة مئوية.

تم تشخيص المركبات بواسطة تحليلات SEM، TEM، FTIR، XRD، Raman، و TG. تمت دراسة التفاعل بين ألياف WPI وCNTs وCNOs. وشكلت ألياف WPI مع CNTs وCNOs مواد هلامية وأفلامًا موحدة. كانت الأنابيب النانوية الكربونية والـ CNOs منتشرة بشكل كبير في المواد الهلامية. يمكن أن تكون الهلاميات المائية من ألياف WPI مع الأنابيب النانوية الكربونية (أو CNOs) مواد جديدة لها تطبيقات في الطب أو في مجالات أخرى.

تعمل الأنابيب النانوية الكربونية والألياف الكربونية النانوية على تقصير ألياف WPI، والتي قد تكون لها قيمة بحثية مهمة لعلاج أمراض التليف مثل مرض باركنسون ومرض الزهايمر. كشف FTIR أن كلا من CNTs وCNOs لهما تفاعلات مع ألياف WPI.

اقترح تحليل XRD أن معظم الأنابيب النانوية الكربونية كانت ملفوفة في ألياف ليفية WPI، بينما كانت الأنابيب النانوية الكربونية مغلفة جزئيًا. وقد ساعد هذا على زيادة التوافق الحيوي وتقليل السمية الخلوية للأنابيب النانوية الكربونية والكربونات النانوية. أظهرت دراسات التحليل الطيفي HR-TEM ورامان أن مستوى الجرافيت للأنابيب النانوية الكربونية كان أعلى من مستوى CNOs.

بعد التهجين مع ألياف WPI، تم إنشاء المزيد من العيوب في الأنابيب النانوية الكربونية، ولكن تم استبعاد بعض العيوب الأصلية في CNOs. أشارت نتائج TG إلى أنه تم تشكيل مرحلة جديدة من WPIfibril-CNTs أو CNOs.

الكلمات الرئيسية: ألياف بروتين مصل اللبن. أنابيب الكربون النانوية؛ بصل نانو الكربون؛ المركبات. تفاعل.

1. مقدمة

بروتين مصل اللبن شائع ويمكن الحصول عليه بسهولة من حليب البقر. لقد كان من الأهمية العملية تحضير ألياف بروتين مصل اللبن المعزول (WPI). في الوقت الحاضر، تعد ألياف ليفية داميلويد ذاتية التجميع المعتمدة على مكونات مصل اللبن مجالًا بحثيًا مهمًا [1-3].

بشكل عام، يتم اشتقاق ألياف الأميلويد من الارتباط بالداء النشواني. على سبيل المثال، يرتبط الببتيد الإسليتاميلويد بمرض السكري، ويرتبط بروتين الأميلويد بمرض الزهايمر [4].

يمكن أيضًا تصنيع ألياف البروتين في المختبر. بالإضافة إلى ذلك، يستطيع اللاكتوجلوبولين (-lg) تجميع البروتينات الليفية ذاتيًا [5،6]. إن -lg عبارة عن بروتين كروي بوزن جزيئي يبلغ 18400 جم·مول-1 ونصف قطر يبلغ حوالي 2 نانومتر [7].

يمكن أن يحفز تكوين اللييفات تحت التسخين لفترة طويلة (6-24 ساعة) عند 80 درجة مئوية وله درجة حموضة 2 وقوة أيونية منخفضة [8]. يبلغ متوسط ​​طول الألياف 1-8 ميكرومتر، ويبلغ قطرها حوالي 4 نانومتر [9].

يتم تجميع المادة البروتينية الموجودة في هذه الألياف معًا بواسطة صفائح بين الجزيئات [10]. أثناء تكوين الألياف، تزداد كمية الصفائح. أنابيب الكربون النانوية (CNTs) هي أنابيب مجوفة مصنوعة من صفائح جرافيت متعددة الطبقات تدور وتلتف حول نفس المحور. بزاوية معينة [11] .

تتراوح أقطارها من 0.4 (SWCNTs) إلى 100 نانومتر (MWCNTs)؛ يمكن أن يصل طولها إلى عدة ميكرونات؛ ولها خصائص ميكانيكية فائقة، واستقرار كيميائي، ومساحة سطحية كبيرة محددة [12]. غالبًا ما تستخدم الأنابيب النانوية الكربونية كمواد حشو لتحضير المركبات النانوية لتحسين السلوكيات الميكانيكية للمواد الأساسية.

كما تمت دراسة التطبيقات البيولوجية لأنابيب الكربون النانوية على نطاق واسع، كما هو الحال في أجهزة الاستشعار الحيوية، وتوصيل الأدوية واللقاحات، وهندسة الأنسجة [13]، والمواد الحيوية الجديدة [14]. ومع ذلك، فإن الأنابيب النانوية الكربونية البكر لها قابلية ذوبان ضعيفة وسمية محتملة للخلايا [15]. يمكن للجزيئات الحيوية المرتبطة مثل البروتين والحمض النووي الريبوزي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) أن تعزز تشتت الأنابيب النانوية الكربونية [16].

التفاعلات الفيزيائية مع الجزيئات الحيوية قد تغير نشاطها البيولوجي في الجسم الحي [17]. بعد التشغيل والتعديل، يمكن للأنابيب النانوية الكربونية تحميل أنواع مختلفة من الأدوية للأغراض المستهدفة [18]. يمكن للأنظمة المعتمدة على CNT المتوافقة حيويًا تحميل عوامل علاجية واستهدافية واختبارية متعددة لعلاج السرطان.

لقد ثبت أن الأنابيب النانوية الكربونية الوظيفية يمكنها عبور غشاء البلازما من خلال آليات مختلفة، ولا سيما من خلال الالتقام الخلوي [19-21]. تشتمل البصل النانوي الكربوني (CNOs) على أصداف متعددة متحدة المركز من الفوليرين.

تولد هياكل القفص داخل القفص بعض الخصائص الفيزيائية والكيميائية الفريدة. على عكس أي متآصلات كربون أخرى [22،23]، فإن CNOs لها نفس القدر من الأهمية مثل الأنابيب النانوية الكربونية والفوليرينات، والتي تعتبر مثالية لتطبيقات توصيل الأدوية نظرًا لقدرتها على البقاء في الدورة الدموية الجهازية لساعات، مما يزيد من فرصها في الوصول إلى الموقع المستهدف [24-28].

في هندسة الأنسجة، تعرض سقالات CNO المعدلة القدرة على تجديد الأنسجة [28]. تم تطوير CNOs الفلورية ذات اللون الأحمر البعيد لأغراض التصوير الخلوي [29].

وعلى الرغم من هذه الإمكانات الهائلة، يبدو أن دور هذا النظام النانوي الجديد في مجال الطب الحيوي قد تم التغاضي عنه لسنوات عديدة. سيكون للبحث عن ألياف البروتين وأنظمة المواد النانوية الكربونية أهمية كبيرة في علاج الأمراض التي تصيب الإنسان، وتقليل السمية الخلوية للمواد الكربونية النانوية، وتطوير تقنيات جديدة.

يمكن أن يؤدي تكوين ألياف أميلويد في الجسم الحي إلى مجموعة متنوعة من الأمراض، مثل مرض الزهايمر وأمراض التنكس العصبي باركنسون. يبحث الباحثون عن مواد يمكن أن تمنع تليف الأميلويد أو تدمر ألياف الأميلويد [30،31]. يلخص الجدول 1 بعض الدراسات حول تفاعل المواد النانوية الكربونية مع ألياف الأميلويد [32].

أظهرت بعض الدراسات أن المواد النانوية الكربونية يمكن أن تتفاعل مع البروتينات البيولوجية المختلفة [33]. تتم تغطية الأنابيب النانوية الكربونية بجزيئات بيولوجية كبيرة ممتصة في المحلول البيولوجي بسبب مساحة سطحها المحددة العالية وسطحها الكاره للماء [34].

تتجمع البروتينات الممتزة على سطح المواد النانوية الكربونية لتشكل "تاج البروتين" [34]. يلعب التفاعل بين CNTs والبروتينات أيضًا دورًا مهمًا في تكوين الصفائح.

غول وآخرون. وجدت أن الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs) توفر أسطح تفاعل لامتصاص البروتين أو تغليفه. وهذا يمكن أن يمنع قدرة السطح غير القطبي للبروتينات على ربط ألياف البروتين، وبالتالي منع البروتين من المزيد من التليف [35].

جانا وسنجوبتا [36] ووي وآخرون. [37] درس التجميع الذاتي للببتيد A في وجود أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs) باستخدام محاكاة الديناميكيات الجزيئية (MD). الببتيد A هو ببتيد برمائي قصير، ويرتبط تجمعه ارتباطًا وثيقًا بالتسبب في مرض الزهايمر [38]. يمكن أن يساعد التأثير القوي الكاره للماء للأنابيب النانوية الكربونية في تحديد موقع الببتيدات على سطح الأنابيب النانوية الكربونية النانوية.

وهذا يمنع الانتشار ويمنع تليف الببتيدات. يمكن للبروتينات مثل الأنسولين والليزوزيم واللاكتوجلوبولين والسيتوكروم سي أن تتشكل على الجرافيت [39,40]. هذا الجرافيت ذو النمط النانوي قادر على توجيه القالب لمحاذاة ألياف الأميلويد [39]. كما تمت دراسة التفاعل بين الفوليرين والمواد البروتينية.

من خلال قياسات مضان ThT، وجد كيم ولي أن الفوليرين يمكن أن يمنع تليف البروتين. يمكن أن يرتبط الفوليرين على وجه التحديد بالعزر المركزي الكاره للماء KLVFF، مما يعيق تجميع الببتيد A [41].

لقد وجد أن الفوليرين المائي لا يمكنه فقط تدمير ألياف ليفية الأميلويد الناضجة ولكن أيضًا يمنع تكوين ألياف ليفية جديدة [42]. بودولسكي وآخرون. وجدت أن الفوليرين المائي يمكن أن يمنع بشكل فعال تراكم A 25-35 [43].

هناك عدد قليل من الدراسات حول التفاعل بين CNOs وألياف الأميلويد. CNOs هي متآصلة جديدة ذات سمية منخفضة وتوافق حيوي جيد. من المرغوب فيه دراسة التفاعل بين CNOs وألياف الأميلويد.

من ناحية أخرى، تم دمج بعض المواد النانوية الكربونية مع جزيئات بيولوجية كبيرة لتحضير مركبات نانوية هجينة لهندسة الأنسجة أو توصيل الأدوية بسبب مزاياها الميكانيكية والكهربائية [55-57].

تحتوي ألياف الأميلويد أيضًا على سلوكيات ميكانيكية معينة وأسطح الأحماض الأمينية، والتي تستخدم لتحضير الأسلاك النانوية [58]، والهلاميات المائية [59]، وسقالات الخلايا الليفية [60،61]، والأغشية العضوية الوظيفية الصلبة [62]. ترتبط البروتينات بأسطح الأنابيب النانوية الكربونية على شكل مونومرات أو أوليجومرات [63،64]، لتحسين قابليتها للذوبان في الماء وتقليل سميتها للخلايا.

تعمل الأنابيب النانوية الكربونية على تغيير الخصائص الهيكلية للألياف البروتينية من خلال التهجين وإعادة التركيب لاستهداف توصيل الأدوية العلاجية إلى الجسم الحي وتدمير الخلايا السرطانية [64،65].هندلر وآخرون. استخدم طريقة "التجميع المشترك" لتكوين ألياف مركبة هجينة من الأميلويد والفوليرين [66]، والتي تُستخدم لتحضير المؤشرات النانوية لفصل الألوان، والمواد التشخيصية، والأجهزة الإلكترونية البصرية.

يمكن للخصائص الخاصة للألياف البروتينية والمواد النانوية الكربونية (مثل الخواص الميكانيكية والكهرومغناطيسية للمواد الكربونية النانوية والخصائص البيولوجية للمواد البروتينية) أن تفيد بعضها البعض، وسيؤدي دمجها إلى توسيع نطاقات تطبيق هذين النوعين من المواد النانوية بشكل كبير.

ومع ذلك، لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه لفهم التفاعل بين ألياف البروتين والمواد النانوية الكربونية بشكل كامل. في هذا البحث، قمنا بدراسة تفاعل ألياف WPI مع الأنابيب النانوية الكربونية (أو CNOs) وقمنا بتوصيف مركبات ألياف WPI-CNTs (أو CNOs) بواسطة SEM وTEM وXRD وRaman وFTIR وTG. تم تحضير ألياف WPI باستخدام عملية تحريض التحلل المائي الحمضي. تم تصنيع مركبات WPI fibril-CNTs (أو CNO) باستخدام التوليف الحراري المائي.

2. المواد والأساليب

2.1. تشكيل الألياف WPI

تم شراء WPI-1 من شركة Davisco Foods International Inc. (97.8% بدون الليسيثين، NM، الولايات المتحدة الأمريكية) وتم شراء WPI-2 من Hilmar Ingredients (90.39% مع الليسيثين، Hilmar، CA، الولايات المتحدة الأمريكية).

تم تحضير محلول المخزون (حوالي 6 بالوزن) عن طريق إذابة WPI في ماء ميليبور. تم بعد ذلك ضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول إلى 4.75 عن طريق إضافة 1 مولار من حمض الهيدروكلوريك، متبوعًا بالطرد المركزي (10، 000 دورة في الدقيقة، 60 دقيقة، 4 درجات مئوية) وترشيح المادة الطافية (FP 030/ 0.45 ميكرومتر، شلايشر وشويل). بعد الترشيح، تم ضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول المرشح على 2 باستخدام 6 مولار من حمض الهيدروكلوريك.

تم تحديد تركيز البروتين في محلول المخزون باستخدام مقياس الطيف الضوئي للأشعة فوق البنفسجية (UV-1800PC، MAPADA، شنغهاي، الصين) ومنحنى معايرة لتركيزات WPI المعروفة عند طول موجة يبلغ 278 نانومتر.

تم تخفيف محلول المخزون إلى تركيز بروتين قدره 2% بالوزن باستخدام محلول HCl ذو درجة حموضة 2. تم بعد ذلك تسخين محلول WPI وتقليبه (حوالي 290 دورة في الدقيقة) لمدة 20 ساعة عند 80 درجة مئوية لتكوين ألياف ليفية.

2.2. إعداد CNTs وCNOs

2.2.1. إعداد الأنابيب النانوية الكربونية

تحضير المحفز La2NiO4: تم إذابة La(NO3)3·6H2O وNi(NO3)2·6H2O (النسبة المولية لـ La/Ni=2:1) في الماء منزوع الأيونات، ثم تمت إضافة حمض الستريك. تم تسخين المحلول عند درجة حرارة 80 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة مع التحريك، وفي النهاية تحول إلى مادة غروانية.

تم تحميص المادة الغروية في فرن دثر (10 ◦م/دقيقة في الهواء؛ 300 ◦م لمدة ساعة واحدة، ثم 800 ◦م لمدة 5 ساعات). ترسيب البخار الكيميائي التحفيزي (CVD) للميثان لصنع الأنابيب النانوية الكربونية: ثابت- تم اعتماد المفاعل الحفاز الصلب لغاز السرير من أجل الميثان CVD لصنع الأنابيب النانوية الكربونية.

تم وضع المحفز La2NiO4 (0.5 جم) داخل قوارب الكوارتز في مفاعل كوارتز أنبوبي. أولاً، تم استخدام النيتروجين (30 مل/دقيقة) لغسل المفاعل لمدة 30 دقيقة، ثم تم استخدام الهيدروجين (10 مل/دقيقة) لتقليل La2NiO4 عند 600 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة.

بعد ذلك، تم تحويل الغاز إلى الميثان (60 مل/دقيقة) من أجل CVD التحفيزي عند 800 ◦ مئوية لمدة 8 ساعات لتصنيع الأنابيب النانوية الكربونية. تنقية الأنابيب النانوية الكربونية: تمت تنقية الأنابيب النانوية الكربونية الممزوجة بالمحفزات في 0.1 مولار من حمض النيتريك عند 80. ◦م مع التحريك لمدة 5 ساعات.

وتم ترشيحه وغسله بالماء منزوع الأيونات خمس مرات. وأخيرًا، تم تجفيف العينة عند درجة حرارة 120 درجة مئوية لمدة 6 ساعات.

2.2.2. إعداد CNOs

المعالجة المسبقة لحامل شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ: تم تنظيف شبكات الفولاذ المقاوم للصدأ SS316 بقياس 2 0 مم × 20 مم بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة في محلول 0.1 م من حمض الهيدروكلوريك. بعد ذلك، تم وضع القوالب في مفاعل كوارتز أنبوبي.

تم إدخال بخار الماء المحمل بغاز النيتروجين (بخار الماء 90 درجة مئوية) إلى أنبوب الكوارتز. تم تسخين أنبوب الكوارتز إلى 300 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. تم استخدام سطح الفولاذ المقاوم للصدأ كحامل محفز بعد هذه المعالجة.

تحميل المحفز: تم غمر شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ المعالجة أعلاه في محلول النيكلوكسالات. تمت إضافة حامض الستريك مع التحريك لمدة ساعة واحدة. تم تسخين المحلول عند درجة حرارة 80 درجة مئوية وتحول في النهاية إلى مادة غروانية. تم وضع الشبكات الغروانية والفولاذ المقاوم للصدأ في بوتقة وتم تحميصها في فرن دثر (Zhonghuan، Tianjin، China) عند درجة حرارة 900 درجة مئوية (10 درجة مئوية / دقيقة، في الهواء) لمدة 3 ساعات.

وأخيرًا، تم الحصول على شبكة الفولاذ المقاوم للصدأ المحملة بالمحفز. وقد تم استخدام CVD التحفيزي للميثان لصنع CNOs [67]: كما تم استخدام مفاعل غازي صلب ذو طبقة ثابتة (Zhonghuan، Tianjin، الصين). تم وضع المحفز الشبكي المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ في أنبوب كوارتز.

تم استخدام النيتروجين (30 مل/دقيقة) لتطهير المفاعل عند درجة حرارة الغرفة لمدة ساعة واحدة، ثم تم رفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة التفاعل البالغة 900 درجة مئوية وتم تحويل النيتروجين إلى ميثان (30 مل/دقيقة) لمدة 8 ساعات للتكسير التحفيزي .

وأخيرًا، تم تحويل الميثان مرة أخرى إلى غاز النيتروجين، وتم تبريد المفاعل إلى درجة حرارة الغرفة. أخيرًا، تم إخراج المحفز الشبكي المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ وCNOs. تنقية CNOs: تم غربلة عينة CNO أولاً لإزالة جزيئات المحفز الحرة.

تم بعد ذلك خلطه مع HNO3 المركز وتم إرجاعه عند 90 درجة مئوية لمدة 40 ساعة. بعد التخفيف والتبريد، تم طرده بالطرد المركزي عند 4000 دورة في الدقيقة لمدة 10 دقائق وتمت إزالة المحلول الحمضي.

تم شطف CNOs المتبقية جيدًا باستخدام الماء المقطر عدة مرات حتى الوصول إلى درجة الحموضة المحايدة. وأخيرا، تم تجفيف CNOs المنقى.

2.3. تحضير WPI Fibril-CNTs (أو CNOs)

تم تصنيع WPI fibril-CNTs (أو CNOs) باستخدام الطريقة الحرارية المائية. تم خلط الأنابيب النانوية الكربونية (أو CNOs) بتركيزات {{0}}.05 بالوزن% و0.10 بالوزن% و0.15 بالوزن% في ماء منزوع الأيونات ومعالجتها بالموجات فوق الصوتية لمدة 30 دقيقة لتفريقها. وكذلك ممكن.

تمت إضافة نفس الحجم من محلول الألياف WPI وخلطه مع التحريك المغناطيسي لمدة 30 دقيقة. تم بعد ذلك صب الخليط في مفاعل الأوتوكلاف (هونجشن، شيان، الصين) للتفاعل الحراري المائي (80 درجة مئوية، 20 ساعة).

بعد ذلك، تم تبريد المنتج إلى درجة حرارة الغرفة، ثم تم فتح الأوتوكلاف وإخراج الخليط. تم تجفيف المنتج في فرن (60 درجة مئوية) لمدة 48 ساعة.

For more information:1950477648nn@gmail.com