ホエータンパク質フィブリルとカーボンナノチューブまたはカーボンナノオニオンとの相互作用 パート 2
Aug 12, 2024
2.4.特性評価
走査型電子顕微鏡 (SEM): サンプルの表面形態と構造は、JSM-7100F 走査型電子顕微鏡 (JEOL、東京、日本) を使用して分析されました。
近年、科学技術の絶え間ない発展に伴い、電子顕微鏡が記憶力の向上にプラスの効果があることが証明される研究が増えています。電子顕微鏡は、電子ビームを使用してサンプルの表面をスキャンし、高解像度の画像を取得する現代の科学機器です。材料科学、生物医学、ナノテクノロジーなどの幅広い分野に応用されています。
では、電子顕微鏡はどのようにして私たちの記憶力を向上させるのでしょうか?まず第一に、電子顕微鏡は私たちの視覚認識を強化します。高解像度の画像特性により、より鮮明で微細な細部を見ることができるため、観察能力と知覚能力が向上します。
第二に、電子顕微鏡は脳の学習と記憶を促進することもできます。高度な電子顕微鏡を使用すると、より繊細な構造や質感を観察できるため、これらの内容をよりよく理解し、記憶することができます。例えば、生体細胞の微細構造や化学物質の複雑な化学構造などを見ることは、私たちの脳に深い印象を残し、学習能力や記憶能力を向上させることができます。
最後に、電子顕微鏡は、より優れた科学研究や探査を行うのにも役立ちます。電子顕微鏡の観察を通じて、物質の構造や化学組成などを深く分析することで、物事の本質や原理を理解し、科学知識の蓄積と探究を実現します。
要約すると、電子顕微鏡検査は人間の認知と知識の蓄積にとって非常に重要です。私たちの学習能力と記憶能力を向上させ、人類の知識の蓄積と発展を促進し、人類の発達と進歩に顕著な貢献をすることができます。私たちは記憶力を向上させる必要があることが分かります。カンクサは多くのユニークな効果を持つ伝統的な漢方薬素材であり、そのうちの 1 つは記憶力の向上であるため、カンクサは記憶力を大幅に向上させることができます。カンクサの効能は、タンニン酸、多糖類、フラボノイド配糖体などを含む、含まれるさまざまな有効成分によるものです。これらの成分は、さまざまな方法で脳の健康を促進します。
SEM 写真は、透過型電子顕微鏡 (TEM、JEM-2010、東京、日本) を使用して観察する前に 10 分間金をスプレーした後により鮮明になりました。サンプルを希釈し、超音波分散させた。溶液液滴を銅グリッド上のカーボン支持フィルム上に置きました。
15秒後、余分な部分を濾紙で除去した。続いて、2% 酢酸ウラニルの液滴をグリッド上に置き、15 秒後に再び除去しました。電子顕微鏡写真は、100 kVで動作するJEOL電子顕微鏡(JEM-2010、東京、日本)を使用して撮影されました。
フーリエ変換赤外スペクトル (FTIR): フーリエ変換赤外分光計 (Nicolet iS10、Thermo Fisher Scientific、米国マサチューセッツ州ウォルサム) を使用しました。複合材料と臭化カリウムを質量比１：１００で秤量し、赤外線ランプ下で１０分間粉砕して均一に混合した。
圧縮後、FTIRスペクトルを記録した。走査範囲は400〜4000 cm-1、解像度は4 cm-1でした。X線回折(XRD):MAXima-X XRD-7000 X線回折計を使用して複合材料の結晶構造を特徴付けました。ラマン分光法: ラマンスペクトルは、514 nm レーザーを備えた HORIBA HR800 (パリ、フランス) で測定しました。
熱重量測定 (TG): 空気中での複合材料の熱安定性は、NETZSCH STA449 F3 同期熱分析装置 (Selb、ドイツ) を使用して特性評価されました。加熱範囲は30～700℃、加熱速度は10℃/分であった。
3. 結果と考察
3.1. WPIフィブリル
WPI-1 (レシチンなし) フィブリル溶液は無色透明でした (図 1(a1))。フィブリルは偏光シートの複屈折を通して観察できました。 WPI-2（レシチン含有）フィブリル溶液は茶色でした（図 1(a2)）。
色が暗いため、複屈折シートを通してフィブリルを観察することは困難でした。王ら。らは、ホエータンパク質濃縮物 (WPC、レシチンを含む) フィブリル溶液が 5 時間以内に透明な淡黄色から暗褐色に徐々に変化したと報告しました (80 °C、pH 1.8)。
彼らは、フィブリルの形成中にWPCの加水分解によって小さなペプチドが形成されるため、メイラード反応が起こったと信じていた[68]。この研究では、レシチンを含むまたは含まない WPI 溶液の両方を使用して WPI フィブリル溶液を調製しました。
フィブリルの調製におけるWPIの褐変の原因はレシチンであったが、褐変がペプチドとのメイラード反応によるものではないことを証明したのはこれが初めてである。
WPI-1（タンパク質質量分率97.80%、レシチンを含まない）およびWPI-2（タンパク質質量分率90.39%、レシチンを含む）フィブリルのTEM結果を図1b、cに示します。溶液中にフィブリルがランダムに分布していることが観察できます。
WPIフィブリルの長さは約2μmであった。マントヴァーニら。は、ホエータンパク質フィブリルの形成に対する大豆レシチノンの効果を評価しました。熱処理中、大豆レシチンはフィブリル形成速度やタンパク質の二次構造の立体構造に大きな影響を与えませんでした[69]。
図1cの結果は、レシチンを含むWPIを使用して調製したフィブリルが特定の凝集と暗い色を示していることを示しており、レシチンがWPIフィブリルに均一に付着し、フィブリル溶液の色が暗くなる可能性があることを示しています。
これは、レシチンが WPI の色を暗くする可能性があるという以前の観察と一致しています。
3.2. CNTとCNO
図 2a と図 2b は、それぞれ CNT の TEM および HR-TEM 画像を示しています。 CNT の直径は約 30 nm で、壁は多層のグラファイトでした。 La2NiO4触媒はメタン分解の前に水素により還元された。
還元後、「--La--Ni--La--Ni--」規則構造がペロブスカイト様触媒表面に形成されました（酸素空孔） 。酸素欠損は、表面にメタンが吸着する場所を提供しました。
その後、メタンの分解は酸素欠損近くの Ni サイトで発生することが判明しました。--La--Ni--La--Ni-- の構造により、メタンの分解が阻害されます。 Ni 粒子の凝集により、表面に高濃度のナノ金属 Ni 触媒が存在することが保証されました。ナノ Ni は CNT の成長に必要な条件でした [70]。
図2cおよびdは、それぞれCNOのTEMおよびHR-TEM画像を示しています。精製後、一部のカーボンオニオンの芯は中空になりました。中空コアの直径は約 100 nm でした。 HR-TEM 画像は、CNO の多層黒鉛化構造を明確に示しました。 Fe-Ni 合金はカーボンナノオニオン形成の核生成中心でした。メタンは最初に Fe-Ni 上で炭素原子に分解されました。
炭素原子が合金に浸透して金属炭化物を形成しました。金属炭化物触媒の周囲では、メタンがさらに分解され、多層の黒鉛構造が形成された[67]。
HR-TEM 画像から、CNT では黒鉛層が互いに正確に平行ではないことが観察され、欠陥の存在が示されました。 CNO では、いくつかの黒鉛炭素シェルネットワークが完全に閉じておらず、さらに多くの欠陥が存在することが示されています。
3.3. WPI フィブリル – CNT (CNO) 複合材料
一般に、WPI フィブリル - CNT (または CNO) 複合材料は、図 3 に示すように、比較的均一なコロイド構造を示しました。CNT と CNO の表面は疎水性が高いため、元の形状では水中に自発的に分散するのが困難でした。
タンパク質原線維は両親媒性であり、カーボンナノ粒子のグラファイト表面に効果的に吸着して結合することができ、必要な水溶性と生体適合性を提供します[71、72]。
ホエータンパク質フィブリルも両親媒性であるため、これは CNT および CNO に関連する分散問題の解決に役立ちました。
WPI フィブリル - CNT サンプル (CNT: 0.05 wt.%) の場合、図 3a に見られるように、コロイド中にいくつかの凝集した CNT 粒子が観察されました。いくつかの研究では、ホエイプロテインが特定の直径の CNT に対して効率的かつ選択的な分散剤である可能性があると報告されています。
ホエータンパク質表面上の考えられる活性結合部位は、特定の CNT の曲率とよりよく一致していました [54]。 CNT の濃度が高い複合材料では凝集が発生する可能性があると推測されました。
CNT または CNO をさらに追加すると、複合材料の粘度が増加しました。WPI フィブリル - カーボンナノ複合材料ゲルの乾燥後、WPI フィブリル - CNT は WPI フィブリル - CNO よりも均一ではありませんでしたが、光沢がありました (図 3c、f)。
WPI フィブリル - CNO は、理想的な機能性バイオ フィルム材料である可能性があります。図 3a、d から、WPI フィブリル - カーボン ナノ材料はすべて均一にゲル化されていることがわかります。カーボンナノ材料を添加する前、WPI フィブリル溶液はこのタンパク質濃度ではゼラチン状ではありませんでした。個々の CNT も CNO も、水溶液中ではゼラチン状ではありませんでした。
水熱プロセスがなければ、WPI フィブリルと CNT の混合物 (WPI フィブリルと CNO) はゲルになりませんでした。水熱処理を受けた場合にのみ、複合材料はコロイド状になります。一部の著者は、アミロイドフィブリルベースのヒドロゲルは、CNTの存在下で物理的特性と構造的特性の両方の点で変化する可能性があると報告している[73]。
これは、タンパク質フィブリルと CNT が特定の条件下で相互作用したことを意味します。ゲル形成は以下の要因によるものと考えられます。(i) WPI フィブリルのフィブリル構造がゲル形成を促進する可能性があります。 (ii) オートクレーブ内での水熱プロセス中の加熱と圧力は、複合材料のゲル化を促進する可能性があります。 (iii) カーボンナノマテリアルは負に帯電した表面を持ち、正に帯電したタンパク質フィブリルと相互作用してゲルを形成すると考えられ、膜形成の可能性を示唆しています[32]。図 4a、e は WPI フィブリル – CNT および WPI フィブリル – CNO の SEM 画像を示しています。
分散したCNTやCNOの形態を観察することができます。 WPIフィブリル-CNO（図4e）の分散はWPIフィブリル-CNT（図4a）よりも優れており、図3の情報を裏付けています。WPIフィブリル-CNT（図4b）とWPIフィブリル-CNO（図4f）のTEM画像では、 、WPI フィブリルと CNT が観察できます。同様に、WPI フィブリルと CNO も存在しました。
WPI フィブリルとのハイブリダイゼーション後の CNT または CNO に明らかな損傷は観察されませんでした (図 4c、g)。ただし、複合材料中の WPI フィブリルの長さの大幅な減少が図 4d、h で見られます。
WPIフィブリル-CNT複合材料およびWPIフィブリル-CNO複合材料の両方において、WPIフィブリルの長さは2μmから約200nmに短縮された。短いフィブリルは小さなクラスターを形成した。
この考えられる理由は次のとおりです。(i) オートクレーブ内の蒸気圧下でのフィブリルの分子間力の破壊、(ii) 圧力下でのカーボン ナノ粒子のブラウン運動も WPI フィブリルの破壊を引き起こす可能性があります。 (iii) WPI 原線維の転換点近くの折り畳まれた原線維束は歪んで破壊されました [74,75]。
これらの結果は、CNT と CNO が熱水条件下で WPI 原線維を破壊し、さらなるタンパク質線維化を抑制する可能性があることを示しています。この発見は、将来、臓器線維症および in vivo タンパク質線維症の標的療法において重要な研究価値を持つ可能性があります。
研究者らは、分子シミュレーションを使用することにより、カーボンナノチューブとフラーレンがアミロイドペプチドオリゴマーの二次構造形成を防止することを報告した[76-78]。図5は、WPIフィブリル-カーボンナノ複合材料のFTIR結果を示している。
一般に、WPI フィブリル - CNO 上の官能基シグナルが WPI フィブリル - CNT 上の官能基シグナルよりも強いことは明らかであり、WPI フィブリルと CNO の間のより強い相互作用が実証されました。
これは、CNO の分散と均一なゲルの形成に有益である可能性があります。この結果は目視観察と一致した。水酸基の伸縮振動ピークは3500cm-1に現れ、アミドIバンドのNH-Hの伸縮振動ピークは約3280cm-1に現れた。 3000 と 2800 cm-1 の間のピークは C-H 結合の伸縮振動でした。
1400 ～ 1300 cm-1 の吸収バンドは、C-H 振動と C-OH 振動の可変角振動に起因すると考えられます。 1260〜1000 cm−1の範囲はC-OH伸縮振動によって引き起こされた。酸性水溶液では、CNT と CNO が表面にヒドロキシル基を保持しやすくなります [79]。
FTIR スペクトルの特徴的なピークは、複合材料の官能基だけでなく、タンパク質の二次構造も分析するために使用できます。
図 5 から、アミドバンドの振動タイプは次のとおりであることがわかります。アミド I バンド C=O (1640 cm−1) の伸縮振動ピーク、NH 面のアミド II バンドの曲げ振動、および特性C–N伸縮振動の吸収ピーク（1570–1520 cm−1）。
アミド I バンドおよび II バンドのピークパターンは、タンパク質の側鎖構造には影響されず、むしろその二次構造によってのみ影響を受けました。タンパク質の二次構造の変化は、アミド I バンド領域のスペクトルを比較することによって解析されました [80]。アミド II は、分子間または分子内の水素結合会合を帯域敏感に反映しました。
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