Производство стм: Особенности контрактного производства СТМ | Retail.ru

Содержание

Новости. Что такое СТМ и контрактное производство продукции?

Что такое СТМ и контрактное производство продукции?

Вспыхнувшая в первой половине этого года и не прекращающаяся до сих пор коронавирусная пандемия стала причиной повышения спроса на антисептики и иные дезинфицирующие средства. Поэтому многие компании, не связанные напрямую с производством дезинфицирующих средств стали их продавать под своим брендом. Но интересный факт: далеко не всегда предлагаемые к покупке средства сделаны брендом, под которым они реализуются.

Чтобы определить где и какой компанией изготавливалось то или иное средство, нужно обратить внимание не только на его торговую марку, но и на наименование и адрес производителя. Некоторые товары продаются под собственной торговой маркой (СТМ) – брендом, который принадлежит какой-либо торговой сети. При этом, часть продукции может производиться не самой компанией, а ее подрядчиком по договору контрактного производства.

Договор представляет собой соглашение, на основании которого производитель контролирует качество продукции и нормы ее изготовления в соответствии с заданными требованиями. Готовые изделия передаются заказчику для дальнейшей реализации через его собственную торговую марку.

Контрактное производство – это удобная форма сотрудничества, к которой прибегают многие торговые сети. Благодаря подобным договоренностям собственная торговая марка получает возможность расширить свой ассортимент без дополнительных расходов на производство и сертификацию продукции, что позволяет сконцентрироваться на других важных аспектах бизнеса.

Если выбрать ответственного поставщика-производителя, то удастся сэкономить время и деньги и получить качественно лучший продукт, чем бы мог произвести сам бренд, не специализирующийся в данной сфере, по очень выгодной цене.

Одним из примеров является компания Ацея – известный производитель антисептической и дезинфицирующей продукции, который оказывает услуги по контрактному производству. Это крупное промышленное предприятие, которое выпускает сертифицированную продукцию, соответствующую международным стандартам, что делает эту компанию надежным бизнес-партнером. Подробнее ознакомиться с возможностями контрактного производства можно на этой странице.

Контрактное производство (Private Label) под СТМ заказчика

В данном разделе нет активных элементов

Предприятие НПФ «ЭЛПА» предоставляет услуги контрактного производства (Private Label).

Собственная торговая марка (СТМ) именуемая Private Label уже давно используется на Западе для реализации и продвижения товаров на рынке. Продажа товаров осуществляется на основе сотрудничества двух предприятий: компании, осуществляющей производство продукции, и продавца, который распространяет товар, используя при этом свой бренд.

Такое сотрудничество выгодно для обоих участников сделки. Производитель получает постоянный канал сбыта без затрат на рекламу своей продукции, а продавец имеет выгодный товар, в цену которого не заложены маркетинговые расходы. Таким образом, Private Label (собственная торговая марка) удешевляет товар, делает его более доступным для потребителей.

ЗАО НПФ «ЭЛПА» предлагает производство хозяйственных губок (губок для мытья посуды, губок для тела, губок для авто, губок для обуви и мочалок) под Вашей собственной торговой маркой (Private Label).

Наше предприятие предлагает Вам комплексный подход:

производство товаров хозяйственно-бытового назначения (губки хозяйственные) под Вашей торговой маркой с применением сырья ведущих мировых производителей;

разработку дизайна и упаковку;

стабильное качество продукции;

индивидуальный подход к каждому заказчику.

Работая с нами, Вы получаете:

качественную продукцию, благодаря строгому контролю качества на всех стадиях технологического процесса;

минимальные сроки изготовления;

сокращение Ваших финансовых ресурсов необходимых для изготовления продукции на собственных производственных мощностях;

возможность направить все усилия только на продвижение собственной торговой марки и развитие продаж.

Мы выполняем весь спектр необходимых работ по производству продукции, упаковке и изготовлению этикетки. Вы получаете готовый к продаже продукт под вашей торговой маркой. Вам останется лишь предложить его вашим покупателям.

Разнообразие расцветок, различная плотность материала, яркая выделяющаяся упаковка и стабильно высокое качество, вот что делает нашу продукцию конкурентоспособной и привлекает внимание покупателей на полках магазина.

Разработка и производство под СТМ в Хабаровске

Разработка и производство продукции под СТМ (собственная торговая марка) – услуга, рассчитанная прежде всего на компании, желающие наладить производство под собственным брендом, но не имеющие производственных мощностей.

Чем выгодно производство под собственной торговой маркой?

При выпуске продукции под СТМ появляются возможности предоставить уникальные товарные предложения покупателю, значительно расширить свой ассортиментный портфель, получать всю маржу обладателю торговой марки и обеспечивать ценовую конкурентоспособность СТМ.

Собственная торговая марка – это то, что сформирует Вашу узнаваемость, выделит среди остальных.

Яркая брендированная упаковка и качественное содержимое СТМ сделают отличную рекламу любой компании.

Доступные и востребованные товары помогут увеличить объем продаж и повысить лояльность покупателей.

Чем мы будем полезны для Вас?

Завод «Стройсмесь» приглашает к сотрудничеству оптовые компании, сетевые магазины и любые организации. Мы поможем Вам наладить выпуск собственной торговой марки, не тратя ресурсы на открытие производства, разработку рецептур, получения разрешительных документов и выполнение множества других сопутствующих работ.

Наша компания берет на себя все работы, связанные с выпуском продукта, учитывая Вашу специализацию и профиль. Возможность производства под собственным брендом заказчика включает в себя полный комплекс услуг:

выбор или разработку уникальной рецептуры

изготовление продукции

согласование и сертификацию

контроль качества

организация разработки дизайна и изготовления упаковки

Так же мы готовы предложить Вам готовые рецептуры для ваших продуктов. Это позволит снизить затраты времени и средств на запуск Вашей торговой марки.

Мы предлагаем заказчику большой ассортимент продукции для производства под собственной торговой маркой:

Сухие строительные смеси:

Штукатурки

Шпатлевки

Наливные полы

Универсальные цементно-песчаные смеси (ЦПС)

Клеи (плиточные, термостойкие, монтажные)

Упрочнители для пола (топпинги)

Гидроизоляция

Торкрет смеси

Лакокрасочные материалы:

Грунтовки на водной основе

Огнебиозащитные пропитки на водной основе

Водоэмульсионные краски (белые, колерованные)

Каждый продукт, изготовленный в нашей компании подлежит контролю качества в собственной производственной лаборатории, полностью соответствует всем необходимым стандартам качества и имеет все необходимые документы, подтверждающие соответствие нормативным требованиям.

Контрактное производство СТМ, производство под собственной торговой маркой в Москве и Санкт-Петербурге

Что это

Контрактное производство товаров под собственной торговой маркой – сокращенно СТМ – распространенная система взаимодействия между розничными сетями и производителями. Все розничные сети, которые в первую очередь приходят вам в голову, практикуют контрактное производство разных категорий товаров под СТМ: продуктов питания, средств личной гигиены, товаров для дома и прочих. Это такие торговые марки как «Каждый день» (Ашан), «Красная цена» («Пятёрочка»), «Home Club» («Лента»), «Банный клуб» («Леруа Мерлен») и другие.

Итак, контрактное производство — это выпуск продукции на заказ производителем с соблюдением технологии и обеспечением контроля качества готовой продукции согласно стандартам заказчика.

При этом по контракту могут выполняться как отдельные технологические операции, так и полный цикл создания готового продукта.

Какие преимущества получает заказчик

— Быстрый запуск нового товара. Не нужно долго разбираться с технологией производства, закупкой и настройкой оборудования, наймом и подготовкой сотрудников, закупкой сырья, а также построением новых бизнес-процессов и многочисленными расчетами. От вас идея, от производителя реализация.

— Экономическая выгода. См. первый пункт, на все перечисленное выше не нужно тратить деньги и долго ждать, когда эти вложения окупятся.

— Можно уделить больше внимания маркетингу и продвижению нового продукта. А также заняться разработкой новых продуктов, поиском новых каналов сбыта, продвижением бренда и расширением рекламной кампании. И на все это теперь есть свободные средства.

— Быстрая обратная связь от потребителей. Вы можете проверить свою гипотезу о данном продукте на небольшой пробной партии. Это также позволяет своевременно выявить имеющиеся недостатки и внести изменения в заказ.

— Разделение рисков. Если запуск товара не оправдал ожидания, вы можете быстро свернуть проект. Риски в таком случае пропорционально разделены между всеми участниками и для вас они окажутся минимальными по сравнению с тем, какой убыток можно получить, запустив собственное производство.

Риски неизбежны

— Зависимость от производителя. Это неизбежно, когда вы передаете производство в чужие руки. Поэтому важно очень тщательно подходить к выбору контрактного производителя.

— Репутация. Этот пункт тоже сводится к выбору надежного подрядчика. Контролируйте не только конечный продукт, но и весь процесс производства. Производственные аудиты, которые являются обязательным условием у крупных ритейлеров, придуманы не зря.

— Отсутствие возможности дополнительной экономии на издержках. Производство в руках у производителя, и вы не можете влиять на цену, снижая себестоимость. Но с «хорошим» контрактным производителем вы всегда сможете договориться.

Наши преимущества

— Компания Ева производитель с 20-летним опытом. У нас вы можете заказать изделия следующих категорий:

товары для дома: чехлы для одежды, органайзеры, корзины, аксессуары для глажения и стирки;
мочалки, натуральные и синтетические;
аксессуары для бани и сауны: шапки, рукавицы, коврики, наборы, текстиль;
товары для отдыха, спорта, дачи, садовая мебель.

— Репутация компании Ева подтверждается производством товаров под СТМ таких сетей как «Лента», «Леруа Мерлен Восток», «Сима-Ленд».

— Производственный контроль, помимо самоконтроля, компания как контрактный производитель проходит производственные аудиты по инициативе партнеров. Например, недавний аудит по запросу «Леруа Мерлен Восток» отнес компанию к категории A — наиболее благонадежным поставщикам.

— Обширная технологическая база позволяет полностью выполнять заказы в рамках перечисленных категорий от разработки изделия до готового продукта, не дробя производственный процесс и не передавая часть работы другому подрядчику.

— Гибкость и лояльность к партнерам – мы строим долгосрочные и крепкие партнерские отношения с разными типами клиентов: от федеральных розничных ритейлеров до представителей регионального бизнеса, к каждому находя свой подход.

Производство СТМ — ООО «Экспресс-Кубань»

Компания ООО «Экспресс-Кубань» предлагает услугу контрактного производства соков, нектаров, напитков и морсов под Собственной Торговой Маркой (Private Label) на собственных производственных и складских площадях.

СТМ (Private Label) за последние годы набирает большую популярность в качестве инструмента продвижения и реализации товаров.

Планируете создать СТМ?

соки, нектары, сокосодержащие напитки, морсы, узвары

Мы поможем определиться

со вкусом, рецептурой, количеством SKU, упаковкой

Обсудим и согласуем условия работы

Заключим договор

Разработаем дизайн упаковки

Закажем упаковочный материал

Осуществим производство продукции

Заказ готов

СТМ

Принимая во внимание, что общим трендом российского рынка стало стремление его участников к формированию собственных торговых марок (СТМ). ОАО «Ламзурь» предлагает производство кондитерской продукции под Вашей частной маркой (Private Label). Если Вас интересует разработка СТМ в г. Саранск и вы желаете внести в свой ассортимент перспективные наименования продукции, то более перспективного партнера, чем ОАО «Ламзурь», вам просто не найти!

ОАО «Ламзурь» предлагает не только стабильные и надежные поставки, но и все, что необходимо для разработки собственной торговой марки:

перспективная разработка СТМ;
разработка высококачественного продукта с высокой степенью доходности в рамках сотрудничества;
производства продукта с использованием современного оборудования;
работа квалифицированных дизайнеров над созданием яркой упаковки;
формирование ассортимента на основе нашей маркетинговой поддержки;
надежная система доставки;
приемлемое формирование стоимости;
дополнительное конкурентное преимущество в своей рыночной нише;
увеличение общих объемов продаж;
высокое качество и безопасность выпускаемой продукции партнера за счет внедренного — международного стандарта МС ISO 22000:2005.

Вся кондитерская продукция ОАО «Ламзурь» имеет свидетельства о государственной регистрации и декларации соответствия.

Вы можете воспользоваться нашими готовыми оригинальными рецептурами и подготовить эксклюзивный выпуск серий по целевому заказу в Вашу упаковку.

Тип продукции	Вид упаковки	Внешний вид
Суфлейные и желейные конфеты с начинками и без начинок	Double twist/Саше
Двухцветный ирис с начинкой и без начинок	Флоупак
Конфеты куполообразной формы с тончайшей корочкой грильяж/тоффи	Саше
Многослойные помадные конфеты с разнообразными вкусами	Double twist
Сахарное печенье с желе и кремом	Коррекс в упаковке флоупак
Сдобное печенье сложной формы	Коррекс в упаковке флоупак
Традиционное сахарное печенье различных форм с возможностью глазировки	Туба Флоупак Пакет — подушка
Традиционные помадные конфеты	Пакет — подушка
Традиционная леденцовая карамель с начинками и без начинок	Пакет — подушка
Традиционный ирис	Пакет — подушка

изготовим качественную продукцию под Вашей торговой маркой

СТМ (собственная торговая марка или Private label – создание продукции под своей торговой маркой с целью дальнейшей ее продажи среди своей сети клиентов. Данный метод производства лишает Вас рисков и проблем при производстве продукции и позволяет полностью сосредоточить свои усилия на продажах и маркетинге. Многие ошибочно полагают что контрактное производство могут себе позволить только крупные федеральные сети, но на самом деле для этого просто нужен налаженный рынок сбыта продукции и желание развивать свой бренд.

Почему продукцию СТМ надо заказывать у нас?

— Мы производим продукцию по контрактам с 1999 года.

— Собственное технологичное производство полного цикла (квалифицированные работники, технологи, ремонтный персонал)

— Гарантия качества (трехступенчатая система контроля, ОТК)

— Отличные цены, которые удовлетворят любые Ваши потребности.

Что мы сделаем за Вас:

— Разработка рецептуры выпускаемого изделия

— Подбор, закупка и подготовка сырья.

— Помощь в разработке и заказе упаковки по самой низкой цене.

— Изготовление и упаковка продукции.

— В случае необходимости мы будем хранить Ваш товар в наших сухих и отапливаемых складах.

Что даст Вам СТМ?

— Увеличения дохода за счет уникального товара на рынке

— Показатель статуса компании в глазах клиента

— Вы развиваете только свой бренд и свой бизнес.

— У Вас появляется свой собственный товар без вложений в производство.

Когда нет смысла делать товар под СТМ?

— Вы не готовы выполнять минимальные условия закупки согласно контрактным обязательствам.

— Вы готовы организовать собственное производство (наличие площадей, оборудования, квалифицированного персонала.)

Для того чтобы сделать заказ свяжитесь с нами и мы возьмем под свой контроль все вопросы связанные с производством Вашей продукции.

Подготовка наконечника STM — Zeljkovic Lab

Для максимального разрешения сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) требуется чрезвычайно острый металлический наконечник, который служит точкой, через которую СТМ «сканирует» образец. Тупой наконечник снижает разрешение СТМ, потому что он может вызвать туннелирование электронов в более широком пространственном диапазоне, чем предполагалось. Одним из наиболее часто используемых методов создания такой иглы является электрохимическое травление металлической проволоки.

Процесс электрохимического травления включает приложение разности потенциалов между катодом и металлической проволокой через щелочной раствор.Проволока вытравливается по мениску раствора до тех пор, пока вес погруженной проволоки не превысит силу растяжения в точке травления. Затем провод обрывается на мениске, и создается наконечник СТМ. Если после этого будет подаваться постоянное напряжение, наконечник будет еще больше травиться и станет более тупым. Чтобы этого не произошло, была создана цепь отключения, которая обнаруживает обрыв провода и останавливает процесс травления. Чтобы создать достаточно острый наконечник, процесс травления необходимо прекратить как можно скорее, как только наконечник будет сформирован.Типичным эталоном для хорошего наконечника STM является радиус кривизны 50 нм или меньше на вершине наконечника. Острота наконечника зависит от работы цепи отсечки и ограничена скоростью самой цепи.

Процесс травления

Приведенные выше уравнения описывают процесс травления вольфрамовой (W) проволоки в основном растворе (Ibe et al., Journal of Vacuum Science Technology , A 8, 3570 (1990)). Используя этот метод, проволока травится возле мениска до тех пор, пока вес проволоки не станет достаточно большим, чтобы вызвать разрыв проволоки в точке травления.Большая часть травления будет происходить именно в этот момент, а ниже будет очень мало травления. Ожидается, что в процессе травления вокруг катода образуются пузырьки, но не вокруг самого наконечника. Если они все же образуются вокруг самого провода наконечника, то напряжение необходимо поменять местами (провода, соединяющие катод и провод W, должны быть поменяны местами). Напряжение на катоде, скорее всего, будет около 9-10 В, в то время как напряжение на наконечнике будет ближе к 11 В. Полный цикл травления обычно занимает 15-20 минут.

Важно отметить, что во время этого процесса образуется слой оксида вольфрама. Этот оксидный слой, по-видимому, является причиной того, что травление в основном изолировано на мениске раствора — по мере того, как вольфрам травится, этот оксид опускается и образует защитное покрытие вокруг остальной части погруженной проволоки (Ibe et al., Journal of Vacuum Science Technology , A 8, 3570 (1990)). Хотя оксид не блокирует 100% травления, он блокирует значительную часть, и можно увидеть, как оксид покрывает наконечник и погружается в воду во время процесса травления.

Схемотехника

Схема, используемая для отключения процесса травления, показана слева. Он использует компаратор для сравнения заданного пользователем опорного напряжения с напряжением на металлическом катоде в растворе. Эта схема была разработана с учетом W-проволоки диаметром 0,25 мм, катода из фольги из нержавеющей стали, окружающего наконечник, и основного раствора NaOH. По мере протравливания наконечника сопротивление наконечника в растворе (нагрузка) возрастает.Это увеличение нагрузки снижает напряжение на V _в- компаратора. Как только наконечник ломается, сопротивление внезапно увеличивается, и опорное напряжение становится выше, чем напряжение на нагрузке. В этот момент компаратор отключает схему, переключая MOSFET-транзистор, эффективно снимая любое напряжение на нагрузке. Ключ к созданию острого наконечника состоит в том, чтобы опорное напряжение было как можно ближе к напряжению на нагрузке в момент падения наконечника. Например, если в момент падения наконечника напряжение на нагрузке составляет 450 мВ, то опорное напряжение 445 мВ создаст острый наконечник, но при опорном значении 200 мВ между наконечником останется большой зазор. разрыв и отключение цепи, создавая тупой наконечник.

Работа контура контролируется трехпозиционным переключателем кик-стартера. Положение 1 переключателя — это кик-старт 5 В, а положение 3 заземляет цепь, тем самым отключая ее. Чтобы запустить схему, просто включите 5 В на несколько секунд, а затем переведите переключатель в нейтральное положение на оставшееся время процесса травления.Когда цепь отключена от , светодиод загорится и раздастся звуковой сигнал (можно отключить). Опорный ток устанавливается с помощью 10-виткового прецизионного потенциометра, а напряжение на нагрузке можно регулировать с помощью однооборотного потенциометра усиления на входе.

Рекомендуемые условия травления

Мы используем вольфрамовую проволоку (W) диаметром 0,25 мм, катод цилиндрической формы из нержавеющей стали и 2М раствор NaOH. Факторы, влияющие на остроту наконечника, включают: входное усиление, опорное напряжение и глубину наконечника.В нашей лаборатории были изготовлены острые наконечники с входным усилением 950 мВ и опорным напряжением 450 мВ с глубиной наконечника примерно 2-3 мм. Входное усиление будет влиять на точное требуемое опорное напряжение — для более высокого входного сигнала потребуется более высокое опорное напряжение для создания эквивалентного наконечника. Если опорное напряжение установлено слишком высоким, цепь отключится до завершения процесса травления и наконечник «упадет». Это не совсем плохая ситуация, поскольку простого перезапуска схемы вместе с перенастройкой опорного напряжения достаточно, чтобы вернуть схему в нужное русло.Однако, если во время этого перезапуска наконечник упадет в течение времени, в течение которого активирован кик-стартер + 5 В, компаратор не отключит цепь до тех пор, пока не будет отключено + 5 В, тем самым нарушая назначение схемы и притупляя Подсказка. В этом случае наконечник почти гарантированно затупится, и его следует выбросить. Если опорное напряжение установлено слишком низким, время, необходимое для отключения цепи после падения, будет увеличиваться, что приведет к травлению более тупого наконечника.

Глубина наконечника должна быть установлена так, чтобы конец проволочного наконечника находился на 2-3 мм ниже мениска.

1) Если проволока не достаточно погружена в воду, вес наконечника ниже точки травления на мениске никогда не будет больше, чем сила натяжения, что предотвращает поломку наконечника. Как упоминалось выше, большая часть травления происходит на мениске. Однако из-за небольшого количества травления, которое все же происходит, если наконечник не погружен в раствор достаточно глубоко, весь погруженный кусок проволоки будет протравлен до того, как проволока разорвется, и, таким образом, наконечник вообще не будет.

2) Если проволока погружена в раствор слишком глубоко, создается эффект «отскока», когда во время разрыва протравленный наконечник защелкивается, как резиновая лента, из-за избыточного веса ниже точки разрыва.Это создает изогнутый наконечник или наконечник с деформацией на конце. Эта деформация достаточно велика, чтобы ее можно было увидеть под растровым электронным микроскопом (SEM), но сделает наконечник бесполезным.

3) По той же причине, чтобы минимизировать эффект отскока на всех глубинах наконечника и создать равномерно протравленный наконечник, проволоку наконечника необходимо вставить в раствор перпендикулярно поверхности образца.

Хранение наконечников, очистка и получение изображений с помощью SEM

Поскольку наконечники STM легко повредить, их следует хранить в закрытом контейнере.Легкую пену можно использовать для того, чтобы вставить задний конец наконечника и хранить его. Со временем на наконечниках образуется оксидный слой из-за их контакта с воздухом. Этот оксидный слой снижает качество наконечника. Чтобы предотвратить образование оксидного слоя, можно хранить наконечники поверх мягкого полиуретана и погружать полиуретан в ацетон или изопропанол. Это предотвратит любой контакт с кислородом. Для использования любого из этих двух решений потребуется герметичный герметичный контейнер, поскольку оба вещества испаряются очень быстро.

Независимо от способа хранения наконечники STM необходимо очистить перед использованием. Один из способов сделать это — погрузить насадки в плавиковую кислоту, которая удалит все загрязнения или оксидный слой с насадки. Впоследствии наконечники также отжигаются при высокой температуре в сверхвысоком вакууме для удаления остатков оксидного слоя, прежде чем они будут вставлены в головку СТМ и использованы для измерений. Радиус кривизны острия, достигнутый с помощью описанной выше установки, был менее 50 нм.

Содержимое этой страницы представляет собой модифицированную версию лабораторного отчета, написанного Ишааном Бходжвани , старшеклассником и летним практикантом в лаборатории Жельковича в 2015 году.

Сканирующая туннельная микроскопия | Материаловедение

Сканирующая туннельная микроскопия (STM)

была первой разработанной методикой сканирующей зондовой микроскопии, которая измеряет туннельный ток между проводящим наконечником и образцом.
поверхность, когда между ними приложен потенциал.

Ток в диапазоне от 10 пА до 100 нА контролируется электрической цепью.Схема обратной связи поддерживает постоянный туннельный ток, регулируя расстояние
наконечника с поверхности. Измеряя вертикальное положение наконечника на каждом
точки формируется изображение поверхности образца (топографическое изображение). Для очень плоской
образцов, вертикальное положение наконечника может оставаться постоянным, и изображение формируется
изменением тока.

Также возможны другие методы сбора данных, например, измерение локальных вариаций.
туннельного тока при изменении напряжения или расстояния от иглы до поверхности.Эти
измерения называются сканирующей туннельной спектроскопией (СТС). Потому что туннелирование
ток связан с интегральной вероятностью туннелирования для всех поверхностных состояний
ниже приложенного смещения локальную плотность состояний можно определить, взяв первый
производная ВАХ. Если кривые ВАХ снимаются для каждого пикселя изображения,
также может быть получено пространственное отображение конкретного состояния поверхности.Также местные ценности
работы выхода может быть получен из кривых I-Z, которые генерируются путем подметания
расстояние зонд-образец (Z) при получении туннельного тока (I).

Поскольку СТМ основан на измерении тока между зондом и образцом, СТМ
может анализировать только образцы проводников и полупроводников. Кроме того, поскольку большинство текущих
формируется между наиболее внешними атомами острия и поверхности, атомные изображения
может быть сгенерирован только для атомарно плоских образцов.Большинство атомных работ требует анализа
должно выполняться в сверхвысоком вакууме, чтобы избежать загрязнения поверхности от воздействия
атмосфера.

Примеры возможностей сканирующей туннельной микроскопии

2D СТМ изображение Si (111) 7 × 7 Реконструкция

3D СТМ изображение Si (111) 7 × 7 Реконструкция

СТМ-изображение занятого состояния, полученное на поверхности Si (111) 7 × 7, показывающее два домена 7 × 7 и
дефектная доменная граница между ними.Небольшие кластеры Si предпочтительно располагать
на границах зерен.

Изображение незанятого состояния, показывающее кластер Si на поверхности Si (111) 7 × 7 (слева), и
текущее изображение (внизу слева), извлеченное из спектров STS (I-V), снятых в каждый
пикселя и при напряжении на кончике -1 В, показывая двумерное отображение локального
плотность состояний на 1 эВ выше уровня Ферми.

За дополнительной информацией обращайтесь к Mowafak Al-Jassim, 303-384-6602.

(PDF) Подготовка наконечников STM W и определение характеристик с помощью FEM, TEM и SEM

J. Mdndez et al. / Наконечники STM W исследованы на линиях FEM, TEM и SEM

. Мы также смоделировали кончик тетона, и

рассчитал его график F-N, следуя идеям

Sfienz [5], но нам не удалось получить хорошее соответствие

нашим экспериментальным данным.

3.3. Изображение ПЭМ

Данные ПЭМ (рис. 3) соответствуют наконечнику, обозначенному

, обозначенному номером 3 графика F-N (рис. 2). В соответствии с анализом кривой F-N

радиус вершины острия очень близок к 30 нм. На ПЭМ-изображении

показаны три дополнительных наконечника

, имеющих схожие формы и размеры (рис. 3a). Это

является следствием развития

fiv.герподобная структура. Пальцы меньше в размере

по сравнению с изображением, полученным с помощью SEM, вероятно,

, потому что начальный диаметр проволоки W составлял 0,1

мм для наконечника ПЭМ. Пальцы также выглядят более острыми

, чем на рис. 1. Острие заканчивается конусом размером 10

нм. Это также происходит с другими пальцами

, которые развиваются даже в хвостовике наконечника. Наконечник также

имеет характерную огранку (рис. 3b).

Мы также получили изображения наконечника

с высоким разрешением. Это позволяет утверждать, что вершина наконечника имеет ориентацию

(110). Мы не получили хорошего изображения вершины наконечника из-за загрязнения

, вызванного высокой дозой электронов, необходимой. O

Настройте микроскоп. Вместо этого мы представляем изображение с высоким разрешением

наконечника, сформированного на хвостовике наконечника

(рис. 3c). Плоскости (110), перпендикулярные оси иглы

и плоскости (002), хорошо видны на изображении

.Расстояния между плоскостями

хорошо совпадают с расстояниями, соответствующими ОЦК W. У нас есть

также снятых изображений других кристаллов или пром-

границ. Во всех случаях изображения совпадали

с тем фактом, что плоскости (110) выглядели перпендикулярно оси иглы

4. Обсуждение

4. t. Кислородная обработка

Как мы уже упоминали, наиболее ярким эффектом лечения является появление структуры

, напоминающей пальцы.Качественно это можно понять следующим образом: первоначально для холоднотянутой проволоки

мы ожидаем, что материал будет образован волоконной структурой

297

вдоль направления (110). Травление

, связанное с обработкой кислородом, наиболее легко протекает на границах зерен между зернами (110). Это дает характерную форму анизотропии

. То же самое происходит, когда

может вытягиваться W подвергается ионному распылению.

обработка, как сообщалось [9].

Взаимодействие кислорода с W было тщательно изучено

. Очень хорошая работа Lepage

et al. [10] может оказаться полезным для понимания нашего эксперимента. Их исследование показывает, что в наших условиях давления кислорода

и температуры образца окс-

ide не может расти, потому что он испаряется, как только образуется

. Процесс травления происходит потому, что по мере того, как происходит адсорбция кислорода

, поверхность

становится шероховатой.Tl. снижает энергию активации

для поверхностной диффузии. Таким образом, поверхность может достигать

своей самой низкой энергетической конфигурации. Этим объясняется обширная огранка микронаконечников

на вершине

и на хвостовике (рис. 3b). Дополнительная заточка в виде конусов может быть

, создаваемая начальным полем, приложенным для стабилизации

автоэлектронной эмиссии [11].

4.2. Геометрия наконечника и графики F-N

Определение характеристик геометрии наконечника с помощью измерения

точек F-N позволяет получить радиус наконечника

, который хорошо согласуется с измеренным значением

по изображениям ПЭМ. Другой важный параметр —

тер — это площадь излучения, которая более тесно связана с возможным существованием микронаконечника размером

атомных частиц. Используя метод Spindt et al.

al.[7] на кривой 2 (рис. 2) получаем необоснованно малую площадь. Анализ данных с точки зрения выступающей ножки

[5] не дает лучшего результата

. Таким образом, мы делаем вывод, что наш наконечник лучше всего описывается как наконечник нароста [5], который дает

Постоянный наклон на графиках FN. Это согласуется с наблюдениями ПЭМ

, поскольку верхний конус наконечника

после обработки кислородом, как мы фактически наблюдаем на изображениях ПЭМ

(рис.3б).

Таким образом, мы описали метод заточки

для W-наконечников, вызванный взаимодействием

oxygca при высокой температуре. Полученный наконечник

охарактеризован методами SEM, TEM и FEM. Анализ

графиков FN позволяет получить радиус наконечника

Заточка распыления в поле для специальных материалов зондов и литографии в атомном масштабе

Методология FDSS

В CSE изменение выхода распыления в зависимости от угла падения ионов составляет ключевой фактор, который делает возможным эрозионную заточку ²¹, но недостаточен для изготовления острых наконечников в атомном масштабе.Это ограничение преодолевается с помощью FDSS, в котором прикладывается положительное смещение зонда, создающее отталкивающий потенциал и локализованное усиление электрического поля на вершине, так что падающие ионы отклоняются, а эффективная энергия ионов при ударе, посадочное напряжение, является смещением между ускорением напряжение и смещение зонда. Ионная бомбардировка зонда моделируется в двумерном пространстве на рис. 1а, где однородный поток ионов Ar бомбардирует металлический зонд. Поскольку накопление заряда на острых неровностях вызывает неоднородность электрического поля, пространственно локализованный потенциал отклонения ионов в области вершины приводит к уменьшению потока ионов на острие зонда.Наша модель показывает, что это уменьшение потока в области вершины (рис. 1b) следует корневая зависимость среднего поверхностного потока ионов от отношения смещения иглы к ускоряющему напряжению ионов ( В _r). Кроме того, угол падения ионов рядом с острием зонда уменьшается, а поверхности, удаленные от вершины, защищены от эрозии распылением. В сочетании с физикой CSE эти эффекты вызывают повышенную резкость по сравнению с усилением CSE с заземленным зондом. Одной из важных причин этого результата является снижение плотности ионного тока, что приводит к контролируемому уменьшению поверхностной диффузии, усиленной тепловым и радиационным воздействием, в области вершины ^22,23,24.Этот результат FDSS проясняет конкуренцию между эрозионным затуплением и затуплением наконечника из-за диффузии, которое вызывает равновесную кривизну, которая изменяется в зависимости от потока ионов. Кроме того, отклонение ионов служит для защиты конуса и стержня зонда от дальнейшей эрозии, ограничивая влияние FDSS на критическую область вершины без повреждения периферии. FDSS в конечном итоге достигает динамического равновесия, при котором распыление продолжается без изменения геометрии вершины наконечника. Хотя параллельная обработка кластеров с большим острием ограничена диаметром ионного пучка 2 мм нашего устройства, массовая параллельная обработка может быть реализована с помощью растровой сканирующей ионной пушки или плазменной обработки.

Рис. 1: Моделирование ионного распыления смещенного зонда.

( a ) Моделируемое электрическое поле, окружающее верхушку двумерного зонда. Эта модель демонстрирует ожидаемое изменение поля в зависимости от кривизны поверхности и смоделированные траектории полета ионов для однократно ионизованных ионов Ar с энергией 1,8 кэВ и смещения зонда 800 В ( В, _r = 0,444). Оттенки серого представляют электрическое поле, а зеленые пути представляют собой пути отдельных ионов. Масштабная шкала, 20 нм. ( b ) Показано, что нормализованная плотность ионного тока, усредненная по области в пределах 10 нм от центра вершины, показывает зависимость квадратного корня от отношения напряжения на острие к напряжению ускорения ионов ( В _r).Поток ионов 1,0 соответствует потоку, генерируемому в источнике ионов.

Заточка платино-иридиевых наконечников

Коммерческие STM-наконечники из платино-иридиевого сплава (90% Pt, 10% Ir) затачиваются методом FDSS. Начальный острие имеет радиус кривизны 100 нм (рис. 2а). Когда на зонд облучается пучок ионов Ne с энергией 2,0 кэВ, коллинеарный оси иглы, и прикладывается напряжение смещения 400 В ( V _r = 0,20), эрозия распылением вызывает монотонное уменьшение радиуса зонда (последовательность, рис.2б). В окончательном виде радиус кривизны зонда был уменьшен до <1 нм (рис. 2c). В этом случае процесс заточки длится 195 минут, но в более поздних экспериментах это время сокращается до 30–60 минут за счет увеличения тока эмиссии и, следовательно, потока ионов без изменения фонового давления инертного газа. Полный набор электронных микрофотографий (ПЭМ), соответствующих каждому этапу заточки, представлен на дополнительном рисунке S1.

Рисунок 2: Заточка платино-иридиевого зонда.

( a ) Электронная микрофотография исходного зонда с радиусом кривизны 100 нм и значительной адсорбцией примесей. Масштабная шкала, 100 нм. ( b ) Структура вершины, извлеченная из просвечивающих электронных микрофотографий, сделанных в процессе повышения резкости (энергия ионов 2,0 кэВ, смещение зонда 400 В, В _r = 0,2). Показана первичная вершина по мере того, как она развивается к своей окончательной форме. Между микрофотографиями зонд распыляется в течение 75, 60, 30 и 30 минут соответственно.Требуемое время эрозии можно сократить примерно до 30–60 мин за счет увеличения скорости ионизации. Масштабная шкала, 50 нм. ( c ) Последнее зондирование после заключения FDSS. Конечный радиус кривизны менее 1 нм. Масштабная шкала, 20 нм.

Заточка вольфрамовых наконечников

Воспроизводимость FDSS систематически исследуется путем заточки рекристаллизованной проволоки ²⁵ Вт во второй, эквивалентной системе заточки. FDSS используется для заточки сотен перекристаллизованных W-зондов с 1.Энергия ионов 5 кэВ и смещение наконечника 150 В в течение 1 ч ( V _r = 0,1), что дает типичный радиус кривизны 2–3 нм. На рис. 3a – f сравниваются ПЭМ-изображения до и после FDSS типичных W-наконечников, которые демонстрируют сверхчеткие вершины после заточки в оптимизированных условиях. Наконечники с такой геометрией производятся с доходностью более 80%.

Рис. 3. Электронные микрофотографии в просвете рекристаллизованных W-игл, обработанных методом FDSS.

( a ) ПЭМ-изображение наконечника Z1 до заточки.( b ) ПЭМ-изображение наконечника Z2 до заточки. ( c ) ПЭМ-изображение наконечника Z3 до заточки. ( d ) ПЭМ-изображение наконечника Z1 после заточки. Все наконечники обрабатывались в одинаковых условиях (энергия ионов 1,5 кэВ, В, _r = 0,1). ( e ) ПЭМ-изображение наконечника Z2 после заточки. ( f ) ПЭМ-изображение наконечника Z3 после заточки. ( г ) ПЭМ-изображение наконечника Z4 после FDSS в течение короткого промежутка времени (40 мин). ( h ) ПЭМ-изображение наконечника Z4 после дополнительной FDSS в течение длительного интервала времени (всего 4 часа).Все масштабные линейки, 10 нм.

На рис. 3g показан острый наконечник FDSS W после 40 минут заточки (энергия ионов 1,5 кэВ, В _r = 0,1). После 4 часов FDSS (рис. 3h) тот же наконечник остается острым, что указывает на то, что острые наконечники W не становятся тупыми при дальнейшей обработке. Это позволяет нам сделать вывод, что FDSS является самоограничивающимся и требует меньшего контроля.

Мы также исследуем влияние ускоряющего напряжения, смещения иглы и времени обработки на равновесную геометрию иглы.Радиусы наконечника, полученные с помощью FDSS и рекристаллизованного W при различных условиях смещения, в отличие от базовых условий, описанных выше, показаны в таблице 1. Мы видим, что наименьшие радиусы наконечника W получены с энергией ионов Ar 1,5 кэВ и смещением наконечника 150 В. . Набор изображений ПЭМ, из которых получены эти данные, представлен на дополнительном рисунке S2. Во всех случаях кончики заострены и имеют единственную вершину; однако резкость снижена по сравнению с оптимизированными базовыми условиями, описанными выше.

Таблица 1 Конечный радиус кривизны рекристаллизованных W-наконечников.

Заточка наконечников из диборида гафния

Как и CSE, метод FDSS работает с широким спектром материалов, включая те, для которых методы химической заточки недоступны. Одним из таких материалов является металлический керамический диборид гафния, который может быть нанесен методом конформного химического осаждения из паровой фазы (CVD) на вольфрам и другие материалы ^26,27,28,29. Диборид гафния обладает свойствами материала, которые очень привлекательны для наконечника СТМ: он чрезвычайно тверд (20 ГПа в аморфном состоянии), обладает высокой химической стабильностью и электропроводностью.Эти характеристики предполагают применение зондов диборида гафния для высокостабильной микроскопии, спектроскопии и электронно-стимулированного формирования рисунка. Изготовленные в данной работе зонды обладают этими характеристиками, и по топографическим и спектроскопическим данным не наблюдается отрицательных эффектов. Литографические образцы аналогичны тем, которые создаются традиционными датчиками сопоставимой геометрии.

В данной работе аморфные пленки HfB ₂ выращены на вольфрамовых наконечниках с ECE и FDSS-заточкой из безуглеродного одномолекулярного предшественника боргидрида гафния Hf (BH ₄) ₄ в низкотемпературной среде. CVD процесс.Температура острия составляет 290 ° C, а скорость роста ~ 2,5 Å с ^-1. Процесс изготовления схематически показан на рис. 4а. Нанесение номинального поверхностного слоя аморфного диборида гафния 70 нм позволяет получить зонд с радиусом кривизны 75 нм (рис. 4b). Отсутствие задержки зародышеобразования во время роста на металлических подложках позволяет получить гладкое покрытие. Состав пленки был исследован с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, показанной на дополнительном рис. S3. Когда зонд диборида вольфрама-гафния подвергается воздействию 1.Пучок ионов аргона с энергией 2 кэВ, когда на наконечник подается напряжение смещения 200 В ( V _r = 0,167), радиус зонда уменьшается до 4 нм через 60 мин (рис. 4c). Поскольку сравнимые радиусы зонда были произведены из молибденовой проволоки с помощью CSE ¹², мы проверили, что FDSS значительно улучшает радиус нашего зонда из диборида гафния с помощью контрольного эксперимента. Дальнейшее распыление выполняется с несмещенным / заземленным наконечником и уменьшением энергии пучка до 1,0 кэВ. Эти условия были выбраны так, чтобы быть типичными для CSE и поддерживать постоянное посадочное напряжение по сравнению с экспериментом FDSS.В этих условиях радиус зонда увеличивается до 13 нм через 20 мин, а вершина становится более шероховатой и асимметричной, как показано на рис. 4d. Мы пришли к выводу, что некоторые наблюдаемые вариации достижимого радиуса кривизны являются результатом выбора материала, но что FDSS приводит к уменьшению радиуса кривизны для каждого исследуемого материала. Другой зонд диборида гафния, приготовленный с помощью процедуры, описанной выше, загружают в СТМ сверхвысокого вакуума (СВВ) для получения изображения поверхности Si (100) 2 × 1: H.В качестве зондов для визуализации заостренные наконечники W-HfB ₂ доказывают исключительную стабильность в течение нескольких дней сканирования и обеспечивают стабильное изображение с димерным разрешением, как показано на рис. 5a. Электронные свойства зонда характеризуются сканирующей туннельной спектроскопией с постоянным интервалом (STS). Результирующие данные STS демонстрируют спектры с постоянным интервалом, типичные для Si (100) 2 × 1: H, и удивительно согласованы, как показывает набор данных, показанный на рис. 5b.

Рис. 4: Заточка зонда из диборида гафния.

( a ) Схематическое изображение процедуры выращивания зонда. Вольфрамовый наконечник ECE затачивается методом FDSS и выращивается пленка аморфного диборида гафния. Затем пленка диборида гафния затачивается с помощью FDSS, чтобы придать наконечнику окончательную форму. ( b ) Зонд после нанесения пленки аморфного диборида гафния номинальной толщиной 70 нм. Острие имеет радиус кривизны 75 нм и конформное покрытие HfB ₂. Масштабная шкала, 100 нм. ( c ) После заточки (1.Энергия ионов 2 кэВ, В _r = 0,167, 60 мин) радиус кривизны уменьшен до 4 нм. Масштабная шкала, 20 нм. ( d ) В качестве контроля наконечник дополнительно распыляют в условиях CSE (энергия ионов 1,0 кэВ, В _r = 0, 20 мин). Радиус зонда увеличивается до 13 нм, а поверхность демонстрирует повышенную шероховатость и пониженную симметрию. Масштабная шкала, 20 нм.

Рисунок 5: STM и STS с постоянным шагом поверхности Si (100) 2 × 1: H с использованием наконечников STM W-HfB ₂.

( a ) изображение STM, демонстрирующее высокую стабильность и постоянное разрешение ряда димеров, при этом места сбора данных STS обозначены красным. Черным перекрестием обозначены точки данных, которые были исключены из-за наличия оборванной связи непосредственно под зондом. Топографические данные были собраны со смещением образца -2 В и текущим заданным значением 50 пА. Масштабная шкала 10 нм. ( b ) Данные СТС на полулогарифмическом графике. Среднее значение из 14 точек спектра показано черным цветом, а отдельные спектры показаны серым цветом.

Электронно-стимулированная десорбционная литография

СТМ может использоваться для осуществления электронно-стимулированной десорбции (ЭСД) водорода из кремния ^1,30,31, обеспечивая литографическую маску для последующего осаждения. Структурирование десорбции водорода может быть достигнуто в атомном масштабе ^32,33 с низкой скоростью формирования рисунка (колебательный нагрев). Однако увеличение производительности может быть достигнуто за счет более высокой энергии электронов и, следовательно, более высокого выхода десорбции (прямое электронное возбуждение).Поскольку одного события неупругого рассеяния электронов достаточно для модификации поверхности Si: H при прямом электронном возбуждении, пространственное распределение туннельного тока между зондом и образцом становится существенным фактором в точности изображения ^34,35. Поскольку зонды с меньшим радиусом кривизны обеспечивают литографию с более высоким разрешением ³⁴, мы ожидаем, что зонды, обработанные FDSS, обеспечат превосходную нанолитографию на основе наконечника.

Мы демонстрируем этот результат с помощью электростатического разряда водорода из Si (100) с использованием вольфрамовых наконечников, полученных тремя методами: FDSS, ECE и CSE.Линии, сформированные зондами FDSS, имеют стабильно более высокое разрешение, чем линии, сформированные зондами ECE и CSE. В этом эксперименте один зонд из поликристаллического вольфрама последовательно затачивается всеми тремя методами, и после каждого метода зонд используется для электростатического разряда водорода с поверхности Si (100) 2 × 1: H. Когда острие заточено с помощью ECE, начальная вершина (рис. 6а) имеет радиус кривизны 5 ± 1 нм (радиус оксида 11,5 ± 0,5 нм). Затем зонд дегазируют при температуре выше 400 ° C в течение 8 ч в сверхвысоком вакууме и многократно используют для записи серии литографических линий (рис.6б). Затем наконечник снимается с STM и затачивается с помощью FDSS. Из изображения ПЭМ (рис. 6c) радиус острия составляет 2 ± 1 нм (радиус оксида 5,5 ± 0,5 нм). После исследования ПЭМ наконечник повторно вставляется в нашу вакуумную систему и затачивается с помощью FDSS в идентичных условиях для удаления естественного оксида. После дегазации зонда при температуре выше 400 ° C в течение 8 часов его снова используют для записи серии литографических линий (рис. 6d). Заметно улучшаются изображения и разрешение паттернов.

Рис. 6. Влияние заточки датчика на возможности формирования рисунка.

Каждый рисунок водородостойкости включает в себя последовательность линий, соответствующих смещению образца из нижнего левого угла в верхний правый угол 4, 4,5, 5, 5,5, 6 и 6,5 В при постоянном туннельном токе 2 нА и дозе линии 2 × 10 ⁻³ C см ⁻¹. Изображения СТМ собираются со смещением выборки -2 В и текущим заданным значением 50 пА. Все масштабные линейки, 30 нм. ( a ) Микрофотография в просвечивающем электронном микроскопе исключительно острого вольфрамового зонда, произведенного ECE. ( b ) Характерный узор на поверхности Si (100) 2 × 1: H, записанный посредством электронно-стимулированной десорбции водорода с использованием зонда ECE a .( c ) Электронная микрофотография зонда после процедуры заточки FDSS (энергия ионов 1,4 кэВ, В _r = 0,286, 38 мин). ( d ) Репрезентативный рисунок, созданный с помощью этого зонда, созданного FDSS. ( e ) Микрофотография того же зонда после контрольного эксперимента по распылению (энергия ионов 1,0 кэВ, В _r = 0, 60 мин). ( f ) Типичный образец, созданный с помощью контрольного зонда.( г ) Пространственное распределение вероятности десорбции для шаблонов зондов FDSS и CSE при смещении образца 5,5 и 4,5 В. В порядке уменьшения ширины диаграмма CSE 5,5 В отображается красным цветом, диаграмма FDSS 5,5 В — зеленым, диаграмма CSE 4,5 В — черным и диаграмма FDSS 4,5 В — синим. ( h ) Дальнейшее формирование рисунка происходит при использовании нескольких зондов, заточенных с помощью ECE, FDSS и CSE.

В качестве экспериментального контроля наконечник затем распыляется в условиях CSE с помощью ионного пучка 1,0 кэВ и заземленного зонда.Проверка с помощью ПЭМ (рис. 6e) показывает, что радиус кривизны увеличился до 8 ± 1 нм (радиус оксида 12,0 ± 0,5 нм). Наконечник дополнительно распыляется в идентичных условиях для удаления естественного оксида и снова дегазируется при температуре выше 400 ° C в течение 8 часов перед написанием дополнительных рисунков. Разрешение изображения снижено; усиливается нестабильность наконечника, о чем свидетельствует многократная смена наконечника на изображении; ширина рисунка увеличивается (рис. 6е).

Воспроизводимость записи рисунка также заметно лучше для датчиков с FDSS-заострением, чем для датчиков ECE (дополнительный рис.S4a). Это улучшение в значительной степени является результатом удаления хемосорбированных и физадсорбированных частиц во время распыления, но также устраняет опасения по поводу нестабильности наконечника в результате ионно-индуцированного радиационного повреждения. Даже в отсутствие высокотемпературного отжига типичные датчики FDSS обеспечивают немедленное получение стабильных изображений с разрешением димеров.

Примечательно, что наш датчик ECE выглядит исключительно острым, судя по результатам TEM (выше 95-го процентиля вольфрамовых наконечников ECE, полученных на нашем предприятии). Это делает наши наблюдения улучшения после FDSS еще более значительными.Образцы водородостойкости, полученные с помощью датчиков FDSS, имеют меньшую ширину линии по сравнению с рисунками, записанными с помощью датчиков ECE и CSE. Зонд FDSS генерирует линии шириной 2,2 нм для диаграмм 4,5 В и 5,8 нм для диаграмм 5,5 В. Для сравнения, зонд ECE генерирует образцы 2,8 и 7,9 нм, тогда как контрольный зонд генерирует образцы 2,7 и 7,3 нм. Таким образом, шаблоны FDSS демонстрируют уменьшение ширины линии на 21% (4,5 В) и 26% (5,5 В) по сравнению с датчиком ECE и уменьшение ширины линии на 18% (4,5 В) и 20% (5,5 В) по сравнению с контрольным датчиком. зонд.Это уменьшение ширины рисунка статистически значимо с помощью двустороннего теста Велча t ( α = 0,10). Сравнение диаграмм FDSS и CSE для диаграмм 4,5 В и 5,5 В представлено на рисунке 6g, а дополнительные данные представлены на дополнительном рисунке S4b, c. Сравнивая датчики ECE и CSE, мы не можем отвергнуть нулевую гипотезу для смещения образца 4,5 В ( P = 0,50) или 5,5 В ( P = 0,65), учитывая возможность того, что CSE не дает никаких улучшений по сравнению с датчиком ECE с острым углом.

В следующем эксперименте мы проверяем воспроизводимость этих результатов для нескольких наконечников STM и для нескольких циклов распыления наконечников. Набор из трех датчиков ECE с диапазоном радиусов вершины выбирается с помощью ПЭМ (микрофотографии показаны на дополнительном рисунке S5) как чистые и потенциально стабильные наконечники STM. Наконечники затачиваются, и рисунки записываются с использованием процесса, описанного выше, со смещением образца от 4 до 8 В. Каждый наконечник заточен с помощью FDSS (напряжение луча 1,4 кэВ, В _r = 0.286) и после формирования рисунка распыляли в условиях CSE (напряжение пучка 1,0 кэВ, В, _r = 0). Наконечник C получил повреждения, не связанные с распылением и сканированием до контрольного эксперимента, но данные ECE и FDSS показаны для полноты. Наконечник A был заточен FDSS во второй раз после создания контрольного рисунка, и второй контрольный эксперимент был завершен. Полученная ширина рисунка показана на рис. 6h, где мы видим четкое и воспроизводимое уменьшение ширины рисунка при переходе от наконечников ECE к наконечникам CSE и, наконец, к наконечникам FDSS, для которых достигается оптимальное разрешение.Примечательно не только то, что каждый наконечник демонстрирует улучшенное формирование рисунка после FDSS, но также и то, что изображения, собранные после FDSS, достигают изображения с атомным разрешением с самого первого сканирования (дополнительный рисунок S6). Кроме того, циклирование наконечника A через несколько циклов FDSS и управления дополнительно демонстрирует воспроизводимость FDSS не только от одного наконечника к другому, но также для одного наконечника в течение нескольких циклов распыления.

Используя вольфрамовые наконечники, заточенные с помощью FDSS, мы можем добиться сверхвысокой точности формирования рисунка поверхностей Si (100) 2 × 1: H с помощью электростатического разряда.Вольфрамовый наконечник ECE сначала распыляется ионами аргона с энергией 1,2 кэВ, при этом прикладывается смещение зонда 200 В, и полученный зонд используется для создания нескольких литографических узоров (рис.7), включая периодическую структуру ряда димеров и двумерный нанобокс. . Периодическая структура создается двумя последовательными циклами формирования рисунка 4 В и представляет собой наименьший литографический шаг, продемонстрированный в этой работе: линии разделены шириной одного ряда димеров кремния. Для создания нанобокса завершаются пять последовательных циклов формирования паттерна, в результате чего получается бокс 20 × 13 атомов с чрезвычайно высокой точностью.Большинство периферийных оборванных связей присутствовали до формирования паттерна, но случайные ложные события депассивации могут происходить за пределами маски и могут быть результатом обратного рассеяния электронов ³⁶. Эти ложные события реже возникают с вольфрамовыми датчиками FDSS, чем с датчиками из диборида гафния, но для количественной оценки и объяснения взаимосвязи между геометрией датчика, составом датчика и ложной депассивацией требуется дальнейшее определение характеристик. В качестве примера этой связи паттерны на рис.7, можно сравнить с показанным на дополнительном рис. S7, на котором зонд W-HfB ₂ (радиус 6 нм) используется для формирования рисунка, и создается больше ложных оборванных связей.

Рис. 7. Демонстрация литографии атомарной точности с помощью электростатического разряда.

Показан ЭСР водорода от поверхности Si (100) 2 × 1: H со смещением образца 4 В, уставкой тока 2 нА, 2 × 10 ⁻³ C см ⁻¹ линия доза и вольфрамовый зонд, созданный FDSS. Изображения СТМ собираются со смещением выборки -2 В и текущим заданным значением 50 пА.Все масштабные линейки, 4 нм. ( a ) Демонстрируется литография ширины линии димерного ряда. Изображение представляет собой трехмерную визуализацию в искусственных цветах, где красный представляет пассивированный кремний, синий представляет элементы поверхности фона, не связанные с рисунком, а зеленый представляет оборванные связи, образованные в процессе электростатического разряда. ( b ) Тот же рисунок показан в исходном виде как двумерный топограф СТМ. ( c ) Нанолитографическая коробка размером 20 × 13 атомов показана как трехмерная визуализация в искусственных цветах, аналогичная таковой в a .Этот признак был сгенерирован пятью последовательными шаблонами депассивации при идентичных условиях формирования паттернов. ( d ) Топографические данные СТМ в двух измерениях также показаны для шаблона нанобокса.

Возможности высокоточного формирования рисунка зондов, изготовленных с помощью FDSS, могут сохраняться в течение многих часов сканирования и формирования рисунка, но, как и с любым наконечником STM, в конечном итоге качество зонда ухудшится. Процесс FDSS хорошо подходит для регенерации поврежденных зондов, а в случаях, когда повреждение находится в субмикронном масштабе, возможности формирования паттерна с высоким разрешением могут быть полностью восстановлены (дополнительный рис.S8). По мере увеличения размера зонда увеличивается время, необходимое для заточки, что говорит о том, что повторная заточка очень тупых зондов нецелесообразна, хотя и возможна.

STM Canna объявляет о переходе на новый участок площадью 13 000 кв. Футов. Производственная база для ускоренного роста

STM Canna рада объявить о своем большом переезде в новое, более крупное производственное предприятие

Коммерческая машина для предварительной прокатки STM RocketBox 2.0

STM Revolution Grinder сохраняет терпены и каннабиноиды

STM Canna, производитель оборудования для обработки каннабиса коммерческого качества, рада объявить о своем большом переходе на более крупный производственный объект в Спокане, штат Вашингтон.

Мы переживаем стремительный рост, и это новое производственное предприятие обеспечивает нам необходимое расширение для производства большего количества оборудования для удовлетворения наших растущих потребностей »

— Эрик Блэкерби

СПОКЕЙН, Вашингтон, США, 15 марта 2021 г. /EINPresswire.com/ — Этот шаг, по словам представителя компании, является ответом на растущие потребности рынка и растущую клиентскую базу.

Новый объект, расположенный по адресу 3038 E Trent Avenue, в Спокане, штат Вашингтон.составляет 13 000 квадратных футов, что более чем вдвое превышает размер предыдущего производственного объекта и позволит STM Canna немедленно увеличить свои производственные мощности. Дополнительное пространство поможет стимулировать инновации и предоставит возможность для дальнейшего расширения на дополнительные рынки, продуктовые линейки и услуги.

«Мы переживаем стремительный рост, и это новое производственное предприятие обеспечивает нам необходимое расширение для производства большего количества оборудования для удовлетворения наших растущих потребностей», — сказал Эрик Блэкерби, директор по цифровым технологиям и исполнительный вице-президент.

Новый завод является отражением растущей репутации STM Canna и ее приверженности отраслевым стандартам качества. Завод оснащен современным производственным оборудованием для обслуживания производственных линий устаревших продуктов STM Canna, RocketBox и Mini RocketBox; машины для предварительной упаковки, измельчитель Revolution, который сводит к минимуму потери терпена и каннабиноидов в процессе измельчения, а также введение других новых продуктов в каталог компании.

Ожидается, что в ближайшие месяцы STM Canna объявит о выводе на рынок нескольких новых продуктов.

О STM Canna
Компания STM Canna, основанная в 2017 году, с годами выросла и стала отраслевым стандартом для машин для предварительной прокатки и изготовленных на заказ измельчителей каннабиса. Мы производим технологическое оборудование для индустрии каннабиса и являемся ведущим разработчиком измельчителей каннабиса собственного и коммерческого класса, конусовидных машин и машин для предварительной прокатки каннабиса для использования в растениеводстве и производственных помещениях.

STM Canna находится в штате Вашингтон, откуда они обслуживают клиентов в США и по всему миру.

Эрик Блэкерби
STM Canna
+1 509-204-3148
напишите нам здесь
Посетите нас в социальных сетях:
Facebook
Twitter
LinkedIn

Машина для предварительной раскатки STM Canna RocketBox 2.0

Вы только что прочитали:

Новости предоставлены

15 марта 2021 г., 20:59 мск

EIN Presswire приоритетом является прозрачность источника.Мы не допускаем непрозрачных клиентов, и наши редакторы стараются избегать ложных и вводящих в заблуждение материалов.
Если вы как пользователь видите что-то, что мы упустили, сообщите нам об этом. Ваша помощь приветствуется. EIN Presswire, Все новости Интернета Presswire ™,
пытается определить некоторые разумные границы в сегодняшнем мире. Пожалуйста, посмотрите наш
Редакционные правила
за дополнительной информацией.

Отправьте свой пресс-релиз

Сканирующая туннельная микроскопия | Аргоннская национальная лаборатория

В группе Квантовых и энергетических материалов (QEM) Центра наноразмерных материалов контроль материалов в атомном и молекулярном масштабе открывает путь к прорывам в новых технологиях преобразования энергии и энергоэффективных энергетических технологиях.QEM-исследование включает в себя низкоразмерные материалы, такие как графен, борофен и гетероструктуры, образованные сложенными двухмерными материалами; исследования одиночных молекул на поверхностях; атомно-масштабные исследования структурных, электронных, магнитных и оптических свойств наноструктурированных поверхностей; и атомные и молекулярные манипуляции. Сверхвысоковакуумные сканирующие зондовые микроскопы с множеством расширенных возможностей используются для дальнейшего исследования в атомном масштабе.

Сканирующий туннельный микроскоп с переменной температурой (VT) с возможностями атомно-силовой микроскопии (Omicron VT-AFM / STM) работает в среде сверхвысокого вакуума (UHV) с базовым давлением <1E-10 мбар и 55-400 К.Атомное разрешение обычно достигается при комнатной температуре и ниже. Возможности AFM поддерживают ряд режимов сканирования. В камере анализа также находится LEED / Auger с присоединенной камерой подготовки для очистки и осаждения образцов (например, очистка распылением, нагрев постоянным током, стадия нагрева электронным пучком, осаждение металла). За подробностями обращайтесь к хранителю инструмента.

Также доступен низкотемпературный сверхвысоковакуумный сканирующий туннельный микроскоп (база 4K с изменяющейся температурой) с внешним магнитным полем 6T, приложенным перпендикулярно поверхности образца.Этот прибор предназначен для исследований при высоких температурах, требующих воздействия внешнего магнитного поля (Omicron Cryo SFM). За подробностями обращайтесь к хранителю инструмента.

VT-STM с оптическим доступом работает в среде сверхвысокого вакуума с базовым давлением <1E-10 мбар и 55-300 К. Атомное разрешение может быть получено при комнатной температуре и ниже на соответствующих образцах. В камере анализа также находится LEED / Auger с присоединенной камерой подготовки для очистки и осаждения образцов (очистка распылением, нагрев постоянным током, этап нагрева электронным пучком, осаждение металла).За подробностями обращайтесь к хранителю инструмента.

Низкотемпературный сканирующий туннельный микроскоп / атомно-силовой микроскоп q + (LT-STM / q + AFM, Createc) также доступен для изучения атомных и молекулярных манипуляций и спектроскопии одиночных атомов и молекул. Типичная рабочая температура образца составляет ~ 5К. Температуру также можно изменять от 5 до 25 К и от 80 до 100 К. Эта система подходит для туннельной спектроскопии одиночных атомов и молекул, такой как dI / dV, d2I / dV2 и dI / dz. Система также может работать как спин-поляризованный СТМ с внутренним (вертикальным) магнитным полем 2.5 T. Базовое давление системы составляет <1E-10 мбар, а камера подготовки проб включает оборудование для очистки распылением и резистивного отжига, а также источники молекулярного осаждения. За подробностями обращайтесь к хранителю инструмента.

Пропионат короткоцепочечных жирных кислот увеличивает выработку глюкагона и FABP4, нарушая действие инсулина у мышей и людей.

Скрытый метаболический дисрегулятор.

Пропионат — это короткоцепочечная жирная кислота, которая обычно используется в пищевых консервантах.Тирош и др. . теперь показывают, что пропионат вызывает у мышей постпрандиальную гипергликемию, что приводит к контррегулирующей гормональной реакции. Пропионат увеличивает высвобождение норэпинефрина симпатической нервной системой, что приводит к увеличению циркулирующего глюкагона и адипокинового связывающего жирные кислоты белка 4 (Fabp4), которые совместно индуцируют гликогенолиз печени и компенсаторную гиперинсулинемию. Длительное воздействие на мышей низкой суточной дозы пропионата привело к постепенному увеличению веса и инсулинорезистентности.Исследования на людях подчеркивают потенциальный вклад пропионата в диете в развитие инсулинорезистентности и ожирения.

Abstract

Пропионат короткоцепочечных жирных кислот является мощным ингибитором плесени, который широко используется в качестве пищевого консерванта и эндогенно продуцируется микробиотой кишечника. Хотя Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в целом признано безопасным, метаболические эффекты потребления пропионата у людей неясны. Здесь мы сообщаем, что пропионат стимулирует гликогенолиз и гипергликемию у мышей за счет увеличения плазменных концентраций глюкагона и связывающего жирные кислоты белка 4 (FABP4). Fabp4 -дефицитные мыши и мыши, лишенные печеночного рецептора глюкагона, были защищены от воздействия пропионата. Хотя пропионат непосредственно не стимулировал секрецию глюкагона или FABP4 в ex vivo моделях островков поджелудочной железы и жировой ткани грызунов, соответственно, он активировал симпатическую нервную систему у мышей, что приводило к секреции этих гормонов in vivo. Этот эффект может быть заблокирован фармакологическим ингибированием норэпинефрина, который предотвращает гипергликемию, вызванную пропионатом, у мышей.В рандомизированном двойном слепом плацебо-контролируемом исследовании на людях потребление пропионат-содержащей смешанной пищи привело к постпрандиальному повышению уровня глюкагона, FABP4 и норадреналина в плазме, что привело к инсулинорезистентности и компенсаторной гиперинсулинемии. Хроническое воздействие на мышей дозы пропионата, эквивалентной дозе, используемой для консервирования пищи, привело к постепенному увеличению веса. У людей содержание пропионата в плазме снижалось с потерей веса в рандомизированном контролируемом исследовании диетических вмешательств (DIRECT) и служило независимым предиктором повышения чувствительности к инсулину.Таким образом, пропионат может активировать опосредованное катехоламином повышение контррегуляторных сигналов инсулина, что приводит к инсулинорезистентности и гиперинсулинемии, что со временем может способствовать ожирению и метаболическим нарушениям. Необходима дальнейшая оценка метаболических последствий потребления пропионата.

ВВЕДЕНИЕ

По данным Международной диабетической федерации, около 415 миллионов человек во всем мире страдают диабетом ( 1 ). Несмотря на обширные исследовательские усилия, медикаментозное и хирургическое лечение, профилактические программы и политику общественного здравоохранения, направленную на обуздание этой тенденции, прогнозируется дальнейший рост заболеваемости диабетом более чем на 50% к 2040 году, что станет одной из величайших угроз для здоровья во всем мире. ( 1 ).Резкое увеличение заболеваемости ожирением и диабетом за последние 50 лет не может быть объяснено исключительно генетикой и, следовательно, должно включать в себя факторы окружающей среды и питания. Среди них одним из факторов, заслуживающих внимания, является широкое использование химикатов при обработке, хранении и упаковке пищевых продуктов. Недавно было высказано предположение, что отсутствие доказательств связи широкого использования химических веществ и пищевых добавок с метаболическим здоровьем связано с отсутствием подробных исследований, оценивающих эти возможности ( 2 ).Пропионат (пропионовая кислота), встречающаяся в природе короткоцепочечная жирная кислота (SCFA), является мощным ингибитором плесени, который широко используется в качестве пищевого консерванта в сырах и выпечке, а также в кормах для животных и искусственных ароматизаторах ( 3 , 4 ). Метаболические действия пропионата были впервые описаны в 1912 году Рингером, который продемонстрировал значительное увеличение продукции глюкозы после введения пропионата собакам и пришел к выводу, что эта трехуглеродная молекула превращается в глюкозу посредством глюконеогенеза ( 5 ), хотя он также признали, что было произведено больше глюкозы, чем можно было теоретически объяснить стехиометрическим превращением пропионата в глюкозу ( 5 ).Впоследствии было показано, что пропионат сильно стимулирует выработку эндогенной глюкозы у других млекопитающих ( 6 — 8 ). Учитывая уникальное свойство пропионата увеличивать выработку глюкозы, он широко используется в качестве источника энергии для дойных коров и овец для увеличения концентрации глюкозы в молоке ( 9 ). Недавно элегантные исследования с использованием меченого пропионата продемонстрировали, что прямое превращение в глюкозу может объяснить не более 5% увеличения выработки эндогенной глюкозы, наблюдаемого у крыс, которым вводили пропионат, а остальное было приписано увеличению активности пируваткарбоксилазы через: сейчас непонятен механизм ( 7 ).В небольшом исследовании на здоровых добровольцах пропионат, добавленный в хлеб в качестве пищевого консерванта, привел к более высокому постпрандиальному инсулину по сравнению с хлебом с добавлением плацебо, что свидетельствует о потенциальной индукции инсулинорезистентности после еды ( 10 ).

Гипергликемия и гиперинсулинемия, наблюдаемые после воздействия экзогенного пропионата, несколько контрастируют с благоприятными метаболическими эффектами, приписываемыми эндогенно продуцируемому пропионату и другим SCFA. В толстой кишке эти молекулы производятся в основном путем ферментации непереваренных углеводов ( 11 , 12 ).Несколько связанных со здоровьем преимуществ пищевых волокон, таких как повышенная сытость после еды и снижение массы тела и жировой массы, были приписаны производству SCFAs в результате ферментации ( 13 , 14 ). Однако прямые биологические и метаболические эффекты SCFAs в целом и пропионата в частности не определены, и их потенциальная связь с ожирением и метаболическими изменениями человека еще предстоит установить. Например, одно исследование на людях показало, что концентрации пропионата в кале, которые отражают его концентрацию в портальной и системной циркуляции ( 12 ), напрямую коррелируют с индексом массы тела (ИМТ) ( 15 ).В независимом исследовании более высокие количества пропионата и его кишечного переносчика были обнаружены у участников с избыточным весом и ожирением по сравнению с худыми добровольцами ( 16 ). Об этом наблюдении также недавно сообщалось у детей с ожирением ( 17 ). Более того, небольшие интервенционные испытания, проведенные на людях, не продемонстрировали каких-либо положительных эффектов введения пропионата ( 18 , 19 ). Хотя в одном исследовании сообщалось о снижении концентрации глюкозы после приема пищи после лечения пропионатом, было обнаружено, что это является вторичным по отношению к нарушению переваривания пищи, а не из-за улучшения толерантности к глюкозе ( 20 ).Несмотря на снижение абсорбции, введение пропионата привело к повышению уровня триглицеридов и снижению холестерина липопротеинов высокой плотности, что является обычным нарушением липидов, наблюдаемым при инсулинорезистентных состояниях ( 21 ).

Здесь мы сообщаем, что пропионат вызывал увеличение выработки глюкозы в печени у мышей, опосредованное активацией симпатической нервной системы, и последующий всплеск циркулирующих концентраций контррегулирующих гормонов натощак: норадреналина, глюкагона и связывающих жирные кислоты. белок 4 (FABP4 или aP2).Мыши, лишенные Fabp4 или печеночного рецептора глюкагона, были устойчивы к воздействию пропионата и не демонстрировали увеличения выработки эндогенной глюкозы. Чтобы оценить потенциальное трансляционное влияние наших наблюдений, мы провели двойное слепое плацебо-контролируемое перекрестное исследование на здоровых добровольцах. Добавление пропионата к смешанной еде в концентрации, аналогичной концентрации, используемой в качестве пищевого консерванта, привело к увеличению постпрандиальных концентраций глюкагона, FABP4 и норадреналина по сравнению с приемом пищи с добавлением плацебо, что привело к повышению уровня глюкозы в крови и компенсаторной гиперинсулинемии. .Хроническое лечение мышей низкой дозой пропионата, эквивалентной количеству, используемому для консервирования пищи, привело к увеличению ожирения и инсулинорезистентности.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Для изучения механизмов, с помощью которых пропионат может вызывать гипергликемию, мы использовали мышей C57BL / 6J. Размер выборки был выбран на основе пилотных экспериментов, которые обеспечили мощность 90% и значимость 5%. Сначала мы сравнили способность пропионата и другого субстрата цикла трикарбоновых кислот, пирувата, повышать уровень глюкозы в крови у мышей при введении в равных молярных соотношениях.Острое внутрибрюшинное введение пропионата было значительно более эффективным, чем пируват, в отношении повышения уровня глюкозы в крови, что приводило к гипергликемии как у мужчин (рис. 1A и рис. S1A; P <0,005), так и у женщин (рис. 1B; P <0,05). Мыши C57BL / 6 с соответствующим увеличением концентрации инсулина в плазме (рис. S1B). Способность пропионата заметно повышать уровень глюкозы в крови зависела от дозы, при этом гликемический ответ увеличивался примерно в два и четыре раза после увеличения концентрации пропионата (рис.1А). Этот эффект аналогичным образом наблюдался при введении пропионата через желудочный зонд (рис. 1С). После перорального приема концентрация пропионата в крови быстро увеличивалась и появлялась в сопоставимых количествах в портальном и системном кровотоке (рис. 1D). Пероральное введение ¹⁴ С-меченного пропионата индуцировало и поддерживало более высокие концентрации пропионата в кровотоке по сравнению с ректальным введением (фиг. 1E). Соответственно, ректальное введение пропионата мышам оказывало ослабляющее действие на гликемию по сравнению с пероральным введением пропионата (рис.1F), предполагая, что пероральный пропионат мог иметь более выраженные системные метаболические эффекты. Быстрый гипергликемический ответ, когда уровень глюкозы в крови достигает 300 мг / дл у мышей, не страдающих ожирением и не страдающих диабетом, предполагает, что маловероятно, что он полностью объясняется повышенным потоком субстрата за счет глюконеогенеза или дефектом инсулинового ответа, и вместо этого выступает за возможный вклад запасов гликогена в печени. В то время как пропионат вызывал гораздо больший гипергликемический ответ in vivo, было обнаружено, что пируват превосходит пропионат в качестве глюконеогенного субстрата при оценке непосредственно в первичных гепатоцитах крысы in vitro (рис.S1C). В подтверждение того, что гликогенолиз является основным механизмом гипергликемии, индуцированной пропионатом, наблюдалось заметное повышение уровня глюкозы в крови, когда еда была прекращена в течение 5 часов, тогда как гораздо более мягкий ответ наблюдался после 18 часов голодания, когда гликоген в печени был в значительной степени истощен ( Рис. 1G). В соответствии с этим, прямое измерение продемонстрировало заметное истощение запасов гликогена в печени после введения пропионата по сравнению с пируватом (рис. 1H). Чтобы оценить, стимулирует ли пропионат напрямую гликогенолиз, мы обрабатывали первичные гепатоциты крысы пропионатом после нагрузки гликогеном.Хотя глюкагон приводил к значительному увеличению высвобождения глюкозы в культуральную среду, как и ожидалось ( P <0,005), прямого влияния пропионата на гликогенолиз в изолированных первичных гепатоцитах крысы не наблюдалось (рис. 1I), что позволяет предположить наличие дополнительных гормональных добавок. медиаторы in vivo.

Рис. 1 Пропионат вызывает гипергликемию у мышей.

( A ) Динамику изменения уровня глюкозы в крови анализировали на мышах дикого типа после внутрибрюшинной инъекции пирувата или пропионата (в трех разных дозах) ( n = 4 мыши на группу, N = 2) .( B и C ) Пропионат и пируват (по 15 ммоль / кг каждый) вводили внутрибрюшинно (B) или вводили перорально (C) самкам мышей, и уровень глюкозы в крови измеряли в течение 2 часов ( n = 5 мышей. на группу или n = 4 мыши на группу, соответственно N = 2; доставленная доза составляла 15 ммоль / кг). ( D ) Пропионат определяли с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС) в системном кровотоке мышей через 0 и 20 минут после перорального введения пропионата и в портальном кровотоке через 20 минут после перорального введения пропионата.Пропионат вводили перорально в дозе 15 ммоль / кг через 5 часов после прекращения приема пищи ( n = 5 мышей на момент времени; эксперимент проводили один раз). ( E и F ) После болюсного введения пропионата (1 г / кг), вводимого перорально или ректально самцам мышей, в крови измеряли уровень глюкозы в крови и появление радиоактивно меченного пропионата ( n = 3 мыши на группу; эксперимент проводился один раз). ( G ) Гликемический ответ на внутрибрюшинную инъекцию пропионата (15 ммоль / кг) после 18 часов голодания ( n = 6 мышей на группу; эксперимент был проведен один раз).( H ) Биохимический анализ гликогена в печени через 15 мин после внутрибрюшинного введения пропионата или пирувата (15 ммоль / кг) ( n = 8 мышей на группу; введение после 5-часового голодания, N = 2) . ( I ) Нагруженные гликогеном первичные гепатоциты крысы обрабатывали пропионатом (1 мМ) или глюкагоном (100 нМ) в среде Игла, модифицированной Дульбекко (DMEM) без субстрата, в течение 3 часов, и уровень глюкозы в среде определяли с помощью анализ на основе глюкозооксидазы ( n = 4 лунки на обработку, N = 3).Все результаты представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего. Статистические различия между двумя группами определяли с использованием непарного двустороннего критерия Стьюдента t ; различия между тремя или более группами сравнивали с использованием одностороннего дисперсионного анализа (ANOVA) и апостериорного анализа Тьюки. Ответы на тесты толерантности к глюкозе между группами мышей сравнивали с использованием двустороннего дисперсионного анализа с апостериорным анализом Бонферрони. * P <0,05; ** P <0,005.

Учитывая, что увеличение производства глюкозы в печени, по-видимому, регулируется гормонально, мы затем оценили влияние пропионата на циркулирующие концентрации глюкагона и FABP4, гормона, полученного из адипоцитов, который, как мы недавно продемонстрировали, стимулирует выработку глюкозы в печени ( 22 ) .Глюкагон, мощный индуктор гликогенолиза, был значительно повышен сразу после внутрибрюшинной инъекции пропионата мышам (фиг. 2A; P <0,05) и сопровождался заметным увеличением циркулирующего FABP4 (фиг. 2B). Чтобы проанализировать потенциальную роль глюкагона и FABP4 в опосредовании гипергликемии, индуцированной пропионатом, мы сначала использовали мышей с нокаутом рецептора глюкагона, специфичных для печени, полученных путем скрещивания мышей с флоксированным рецептором глюкагона (GCGR ^{fl / fl}) с рекомбиназой Cre, управляемой промотором гена альбумина. мыши ( 23 ).Было продемонстрировано, что на этой мышиной модели отсутствует экспрессия рецептора глюкагона в печени, тогда как неизменная экспрессия наблюдалась в других тканях, таких как почки и тощая кишка ( 23 ). Хотя введение пропионата значительно увеличивало уровень глюкозы в крови у контрольных мышей GCGR ^{fl / fl}, почти не наблюдалось повышения у мышей, лишенных рецептора глюкагона в печени (GCGR ^{fl / flΔLiver}; P <0,005; фиг. 2C). Эти результаты показали, что действие глюкагона на печень необходимо для гипергликемии, вызванной пропионатом.Затем мы использовали Fabp4-дефицитных (Fabp4 ^{— / —}) мышей для оценки потенциального вклада этого адипокина в гипергликемию, индуцированную пропионатом. Хотя введение пропионата привело к выраженной гипергликемии у мышей дикого типа (Fabp4 ^{+ / +}), только незначительное повышение уровня глюкозы в крови наблюдалось у мышей Fabp4 ^{— / —} (фиг. 2D; P <0,005), несмотря на неизменное увеличение глюкагона (рис. S2). В качестве дополнительного подтверждения роли FABP4 в опосредовании гипергликемических эффектов пропионата обработка мышей Fabp4 ^{+ / +} поликлональным антителом против FABP4 мыши ( 22 ) значительно ослабляла гипергликемический ответ (рис.2E; P <0,05). Кроме того, совместное введение рекомбинантного мышиного FABP4 мышам Fabp4 ^{— / —} восстанавливало индуцированную пропионатом гипергликемию (фиг. 2F; P <0,005). Вместе эти результаты демонстрируют, что гипергликемия, вызванная острым введением пропионата, опосредована гормонами натощак глюкагоном и FABP4.

Рис. 2 Глюкагон и FABP4 необходимы для гипергликемии, вызванной пропионатом.

( A и B ) Концентрации глюкагона и FABP4 в плазме измеряли через 30 минут после введения пропионата или пирувата через 5 часов после прекращения приема пищи ( n = 8 мышей-самцов на группу).Все эксперименты проводились с использованием пропионата натрия или пирувата натрия (15 ммоль / кг массы тела) ( N = 2). ( C и D ) Генетическая делеция рецептора глюкагона в печени (Gcgr ^{fl / fl ΔLiver}) или полное генетическое удаление FABP4 защищало мышей от гипергликемии, индуцированной пропионатом, как показывают измерения уровня глюкозы в крови ( n = 4 мышей-самцов на группу, n = 5 мышей-самцов на группу, N = 2). ( E ) Инъекция в хвостовую вену поликлонального антитела против FABP4 (0.2 мг / кг) приводили к ослаблению ответа на пропионат, как показывают измерения уровня глюкозы в крови ( n = 4 самцов мышей на группу, N = 2). IgG, иммуноглобулин G. ( F ) Восстановление циркулирующего FABP4 с использованием рекомбинантного FABP4 (50 мкг / кг) отменило защитный эффект генетического дефицита Fabp4 , как показали измерения уровня глюкозы в крови ( n = 8 мышей-самцов на группу) . Все результаты представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего. Статистические различия между двумя группами определяли с использованием непарного двустороннего критерия Стьюдента t ; ответы на тесты толерантности к глюкозе между группами мышей сравнивали с использованием двустороннего дисперсионного анализа с апостериорным анализом Бонферрони.* P <0,05; ** P <0,005.

Затем мы спросили, является ли увеличение концентраций этих гормонов в крови, вызванное введением пропионата, прямым воздействием на соответствующие конечные органы (островки поджелудочной железы и жировую ткань). Секреция глюкагона из изолированных островков поджелудочной железы мыши увеличивалась, когда островки переводились с высокой (22,4 мМ) на низкую (2,8 мМ) концентрацию глюкозы (фиг. 3A). На этот ожидаемый ответ α-клеток поджелудочной железы не влияло присутствие или отсутствие пропионата в культуральной среде, за исключением прямого воздействия пропионата на островки поджелудочной железы.Точно так же, когда эксплантаты гонадной жировой ткани мышей исследовали ex vivo на высвобождение FABP4, не наблюдалось увеличения его секреции в культуральную среду после обработки пропионатом, в отличие от устойчивой реакции на стимуляцию форсколином, как сообщалось ранее (рис. 3B) (). 22 , 24 ). Учитывая, что лечение пропионатом ex vivo не имело каких-либо прямых эффектов на секрецию глюкагона или FABP4 островками или жировой тканью, мы предположили, что наблюдаемый эффект in vivo может включать активацию симпатической нервной системы.Этот постулат был основан на недавних наблюдениях способности пропионата стимулировать симпатический отток и высвобождение норадреналина адренергическими нейронами ( 25 ), а также потому, что адренергическая стимуляция, как известно, увеличивает как глюкагон ( 26 , 27 ), так и секрецию FABP4 ( 22 , 24 ). В качестве доказательства принципа эксперимента мы измерили изменения мембранного потенциала в дифференцированных клетках Neuro2a (линия клеток нейробластомы), обработанных пропионатом или хлоридом калия (KCl, положительный контроль).Обработка пропионатом была сопоставима с KCl по изменению мембранного потенциала, что согласуется с более ранними наблюдениями (рис. 3C) ( 25 ). Пропионат был способен стимулировать симпатическую нервную систему in vivo у мышей, что наблюдалось по резкому увеличению норадреналина в плазме вскоре после введения пропионата. Это повышение уровня норэпинефрина можно было полностью заблокировать путем предварительной обработки мышей антагонистом никотиновых рецепторов ацетилхолина гексаметонием (рис. 3D). Чтобы оценить, может ли опосредованное пропионатом повышение норадреналина объяснить гипергликемический ответ на пропионат, мы вводили мышам либо фосфатно-солевой буфер (PBS) (контроль), гексаметоний, фентоламин (α-адренергический антагонист), либо оба препарата в течение 7 минут. перед введением пропионата.Соответственно, блокирование высвобождения норэпинефрина с помощью гексаметония, действие норадреналина с помощью фентоламина или и то и другое значительно предотвращало гипергликемию, вызванную пропионатом (фиг. 3E и фиг. S3A; P <0,005). В соответствии с нашей моделью, блокирование передачи сигналов симпатической нервной системы также значительно ослабляло индуцированное пропионатом увеличение концентрации как глюкагона (фиг. 3F), так и FABP4 (фиг. 3G) в плазме ( P <0,005 для обоих). Острое введение только этих препаратов не привело к значительному падению уровня глюкозы в крови (рис.S3, B и C).

Рис. 3 Гормональные и метаболические эффекты пропионата опосредуются активацией симпатической нервной системы.

( A ) Секрецию глюкагона измеряли в изолированных островках поджелудочной железы от трех мышей C57 / B6 дикого типа. Глюкагон измеряли в культуральной среде при низких и высоких концентрациях глюкозы в присутствии или в отсутствие 1 мМ пропионата ( n = 15 островков для анализа продукции глюкагона). ( B ) Вестерн-блоттинг (IB), показывающий количество FABP4, секретируемого из эксплантатов жировой ткани мыши при указанных концентрациях пропионата.Форсколин использовали в качестве положительного контроля (репрезентативный блот n = 3). ( C ) Дифференцированные клетки Neuro2A обрабатывали пропионатом или KCl (конечная концентрация 10 мМ) и измеряли изменение потенциала плазматической мембраны ( n = 8 лунок на обработку; повторяли с тремя последовательными пассажами клеток). нс, не имеет значения. ( D ) Измерения норэпинефрина проводили через 15 минут после внутрибрюшинной инъекции пропионата (15 ммоль / кг) или PBS. Гексаметоний (Hex; 20 мг / кг) или PBS вводили внутрибрюшинно за 7 минут до инъекции либо пропионата, либо PBS ( n = 5 мышей на группу, N = 2).( E ) Блокировка активности симпатической нервной системы с помощью фентоламина (Phent; 1 мг / кг), гексаметония (20 мг / кг) или обоих (Hex + Phent) перед внутрибрюшинной инъекцией пропионата (15 ммоль / кг), ингибируется гипергликемия, вызванная пропионатом, как показывают измерения уровня глюкозы в крови. Концентрации ( F ) глюкагона и ( G ) FABP4 в плазме собирали через 30 мин после внутрибрюшинной инъекции пропионата или PBS, как описано в (E) ( n = 5 мышей на группу; эксперимент проводили один раз).Все результаты представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего. Секрецию островкового глюкагона сравнивали с использованием двустороннего статистического теста ANOVA, и не было статистической разницы между группами лечения. Статистические различия между тремя или более группами сравнивали с использованием однофакторного дисперсионного анализа и апостериорного анализа Тьюки. Ответы на тест толерантности к глюкозе между группами мышей сравнивали с использованием двустороннего дисперсионного анализа с апостериорным анализом Бонферрони. * P <0,05; ** P <0,005.

Люди подвергаются воздействию все большего количества пропионата из-за употребления консервированных обработанных пищевых продуктов и искусственных ароматизаторов.Таким образом, чтобы оценить трансляционную значимость наших результатов, мы разработали рандомизированное, плацебо-контролируемое, двойное слепое перекрестное исследование (идентификационный номер ClinicalTrials.gov NCT01889446) для оценки метаболических эффектов потребления пропионата с пищей у людей. Мы включили 14 худощавых и здоровых участников (исходные характеристики приведены в таблице 1) и случайным образом разделили их на две группы. После 8 часов голодания им давали смешанную пищу с 1 г пропионата кальция (также известного как E282), предоставленным нам корпорацией Niacet Corporation, или без него.Через неделю участникам снова предложили идентичный смешанный обед после пересечения групп. Образцы крови собирали в момент времени 0, после чего смешанную пищу с добавлением плацебо или пропионата употребляли в течение 15 минут, а затем образцы крови собирали последовательно каждые 30 минут в течение 4 часов. Эта доза пропионата, равная 1 г, эквивалентна наиболее часто используемому количеству 0,3% (мас. / Мас.), Которому люди подвергаются при потреблении одной обработанной пищи на основе пищевых продуктов ( 10 ).Эта минимальная доза пропионата приводила к значительному увеличению содержания пропионата в плазме после приема пищи (фиг. 4A; P <0,05). Подобно нашим наблюдениям на мышах, пища, содержащая пропионат, принимаемая участниками-людьми, приводила к значительному увеличению норадреналина в плазме (рис. 4B; P <0,05) и постпрандиальному увеличению как глюкагона (рис. 4C; P ). <0,05) и FABP4 (рис. 4D; P <0,005) по сравнению с приемом пищи с добавлением плацебо.Это повышение постпрандиальных контррегуляторных реакций инсулина пропионатом привело к значительному снижению чувствительности к инсулину после еды, как оценивалось с использованием индекса Мацуда (ISI-M) (рис. 4E; P <0,05), с компенсаторным увеличением сывороточного инсулина. (Фиг. 4F; P <0,05) и С-пептид (Фиг. 4G; P <0,05). Эта постпрандиальная гормональная дисрегуляция инсулинорезистентности с вторичной гиперинсулинемией может лежать в основе относительно умеренных постпрандиальных гипергликемических реакций у этих здоровых, недиабетических добровольцев по сравнению с контрольной группой плацебо (рис.4H). Эти результаты подтверждают вывод о том, что пероральное употребление очень низкой дозы пропионата было достаточным для высвобождения норадреналина и высвобождения гормонов натощак глюкагона и FABP4.

Таблица 1 Характеристики участников клинического исследования.

Демографические, антропометрические и биохимические характеристики 14 здоровых участников, рандомизированных в двойное слепое плацебо-контролируемое перекрестное исследование, оценивающее влияние пищевого консерванта пропионата на постпрандиальный метаболизм после 8-часового голодания.Базовые измерения проводились во время скринингового визита. Лейкоциты, лейкоциты; ТТГ, тиреотропный гормон.

Рис. 4 Метаболические и гормональные эффекты пропионата у участников-людей.

( A ) Через 30 и 60 минут после приема пищи, дополненной плацебо или 1 г пропионата кальция, содержание пропионата в плазме было измерено у 14 здоровых участников с помощью ГХ-МС. ( B ) Через 30 минут после приема пищи анализировали норэпинефрин в плазме.Временной ход изменения концентрации глюкагона в плазме ( C ) и концентрации FABP4 в сыворотке ( D ) от исходного уровня анализировали с 30-минутными интервалами после контрольного заражения смешанной пищей. ( E ) Индекс чувствительности к инсулину Мацуда (ISI-M) был рассчитан с использованием глюкозы в крови и инсулина в сыворотке крови во время теста смешанного питания. ( F ) Динамика изменения сывороточного инсулина с 30-минутными интервалами и сывороточного С-пептида ( G ) через 30 минут в ответ на смешанную пищу. ( H ) Концентрации глюкозы в плазме в течение 240-минутного периода времени после приема пищи.Еду потребляли после 8-часового голодания. Все результаты представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего. Статистические различия между двумя группами в указанные моменты времени сравнивали с использованием парного теста t . Гормональный и глюкозный ответ на плацебо или пропионат на протяжении всей выборки сравнивали с использованием двухфакторного дисперсионного анализа с повторными измерениями и апостериорного анализа Бонферрони. * P <0,05.

Затем мы оценили метаболические последствия хронического воздействия низких доз пропионата путем добавления суточной дозы пропионата натрия (15 мг / кг) в питьевую воду мышей C57BL / 6J дикого типа.На основании измерений ежедневного потребления пищи и воды ( 28 ) эта концентрация привела к ежедневному воздействию, сравнимому с добавлением в пищу 0,15-0,3% (мас. / Мас.) Пропионата, что эквивалентно количеству в обработанные пищевые продукты для людей ( 3 ). Эта очень низкая концентрация пропионата соответствовала незначительному добавлению не более 0,033% суточной калорийности для 25-граммовой мыши C57BL / 6J. Для контроля минимального увеличения содержания натрия, присутствующего в пропионате натрия, такое же молярное соотношение хлорида натрия было добавлено в питьевую воду контрольной группы.Потребление воды было сопоставимым между двумя группами (рис. S4A). Несмотря на то, что соблюдалась обычная диета, группа, получавшая пропионат, со временем набрала значительно больший вес (10,2 ± 0,59 г против 7,77 ± 0,19 г; P = 0,002; фиг. 5A). Это различие может быть связано с увеличением жировой массы (рис. 5B). После 6 недель лечения пропионатом и до того, как наблюдались значительные изменения массы тела, наблюдалось повышение уровня глюкозы в крови (фиг. 5C), гипергликагонемия (фиг. 5D), повышение уровня циркулирующего FABP4 (фиг.5E) и гиперинсулинемия (рис. 5F). Чтобы напрямую изучить влияние хронического лечения пропионатом на метаболизм глюкозы в печени, мы провели клэмп-исследование с эугликемией и гиперинсулинемией для оценки чувствительности к инсулину (рис. S4B). Мы наблюдали снижение скорости инфузии глюкозы (рис. 5, G и H) и увеличение выработки эндогенной глюкозы (рис. 5I) у мышей, получавших пропионат, без значительного изменения скорости исчезновения глюкозы (рис. S4C). ). Концентрации инсулина в плазме во время клэмп-исследований показаны на рис.S4D.

Учитывая, что хроническое ежедневное воздействие низких количеств пропионата приводит к гормональному ответу, аналогичному тому, который наблюдается после острого лечения пропионатом у мышей или пропионатсодержащей смешанной пищи у людей, мы затем изучили, может ли генетическая делеция Fabp4 предотвратить эти длительные краткосрочные метаболические изменения. В отличие от воздействия на контрольных мышей дикого типа, мыши Fabp4 ^{— / —} не демонстрировали чрезмерного увеличения веса при хроническом лечении пропионатом (рис.5J). Кроме того, в отличие от сниженного инсулинового ответа у мышей Fabp4 ^{+ / +}, обработанных пропионатом, мыши Fabp4 ^{— / —} проявляли неизменную чувствительность к инсулину после продолжительного лечения пропионатом (фиг. 5K). Эти результаты предполагают, что эффекты хронического лечения пропионатом, по крайней мере частично, опосредуются FABP4.

Рис. 5 Хроническое лечение пропионатом вызывает зависимое от FABP4 увеличение веса и нарушает гомеостаз глюкозы у мышей.

( A ) Еженедельные измерения массы тела проводились во время хронического лечения мышей низкими дозами пропионата натрия (150 мкг / мл) или хлорида натрия (91.2 мкг / мл, чтобы обеспечить молярный эквивалент натрия в качестве экспериментальной группы), который был добавлен в питьевую воду ( n = 7 мышей на группу, N = 2). ( B ) Жировую массу всего тела в двух группах определяли с помощью двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии в конце эксперимента. ( C ) Измерения глюкозы в крови проводили у находящихся в сознании животных через 6 часов после прекращения приема пищи на 18 неделе лечения либо пропионатом натрия, либо хлоридом натрия. ( D ) Измерения глюкагона в плазме проводили у находящихся в сознании животных через 6 часов после прекращения приема пищи на 18 неделе лечения либо пропионатом натрия, либо хлоридом натрия.( E ) Измерения FABP4 в плазме проводились у находящихся в сознании животных через 6 часов после прекращения приема пищи на 18 неделе лечения либо пропионатом натрия, либо хлоридом натрия. ( F ) Измерения инсулина в плазме крови проводили у находящихся в сознании животных через 6 часов после прекращения приема пищи на 18 неделе лечения либо пропионатом натрия, либо хлоридом натрия. ( G ) Клэмп-исследования гиперинсулемии-эугликемии проводили на мышах, находящихся в сознании, в конце вмешательства либо с пропионатом натрия, либо с хлоридом натрия ( n = 8 животных на группу).( H ) Средняя скорость инфузии глюкозы в клэмп-эксперименте в установившемся состоянии. ( I ) Расчетная скорость выработки эндогенной глюкозы в эксперименте с зажимом в стационарном состоянии. ( J ) Мышей Fabp4 ^{— / —} помещали на постоянное лечение пропионатом натрия или хлоридом натрия и еженедельно контролировали массу тела. ( K ) Тест на толерантность к инсулину (0,75 Ед / кг) был проведен на мышах Fabp4 ^{— / —} (красные линии) и контрольных однопометных мышах дикого типа (черные линии) после длительного лечения пропионатом (сплошные линии) или хлоридом натрия. обработка в качестве контроля (пунктирные линии) ( n = 8 животных в группе).Все результаты представлены как средние значения ± стандартная ошибка среднего. Статистические различия между двумя группами определяли с помощью непарного двустороннего критерия Стьюдента t . Ответ на тесты инсулина между группами мышей и увеличение веса с течением времени сравнивали с использованием двухфакторного дисперсионного анализа с апостериорным анализом Бонферрони. * P <0,05.

Для дальнейшей оценки трансляционной значимости этих результатов у мышей для ожирения человека мы затем проанализировали концентрации пропионата в плазме среди участников рандомизированного контролируемого исследования диетических вмешательств (DIRECT; ClinicalTrials.идентификатор правительства NCT00160108) ( 29 ), чтобы изучить влияние вмешательств по снижению веса на концентрацию циркулирующего пропионата и метаболизм. Исследование DIRECT представляло собой двухлетнее рандомизированное исследование питания, проведенное для изучения эффектов следующих диет для похудания: низкокалорийной диеты с низким содержанием жиров; средиземноморская диета с ограничением калорий; и диета с низким содержанием углеводов и без ограничения калорий. В исследование были включены участники с избыточным весом и ожирением (средний возраст 52 ± 7 лет; 86% мужчин; средний ИМТ 31 ± 4 кг / м ²).Образцы сыворотки от 160 участников на исходном уровне, через 6 и 24 месяца после начала вмешательства были подвергнуты метаболомическому анализу для определения изменений концентраций пропионата в сыворотке.

Исходно концентрации пропионата в плазме напрямую коррелировали с инсулинорезистентностью, как оценивали с помощью гомеостатической модели оценки инсулинорезистентности (HOMA-IR) (индекс Пирсона r = 0,156, P = 0,049). В общей линейной модели, скорректированной с учетом возраста, пола, исходного ИМТ и степени потери веса после 6 месяцев диетических вмешательств, большее снижение уровня пропионата в сыворотке (от исходного уровня до 6 месяцев) было связано со значительным улучшением инсулинорезистентности ( β = 0.632 и P = 0,008; Рис.6). Таким образом, у участников с ожирением циркулирующий пропионат напрямую коррелировал с инсулинорезистентностью, и большее снижение пропионата во время диетического вмешательства было связано с большим улучшением индекса HOMA-IR, независимо от диетического вмешательства или начальной массы тела.

Рис. 6 Корреляция пропионата плазмы с инсулинорезистентностью у людей с избыточным весом и ожирением.

Пропионат в плазме был измерен у 160 участников с избыточным весом или ожирением в исследовании DIRECT на исходном уровне и через 6 месяцев после диетического вмешательства.Исследуемая популяция была разделена на тертили (Т1, Т2 и Т3) на основании изменения циркулирующего пропионата от исходного уровня до 6 месяцев (красные столбцы). Изменение инсулинорезистентности оценивали для каждой группы с использованием расчета HOMA-IR (черные полосы). Корреляции между концентрациями пропионата в плазме и метаболическими исходами были выполнены с помощью общих линейных моделей после корректировки на возраст, пол, группу питания и исходное значение соответствующего результата.

ОБСУЖДЕНИЕ

В этом исследовании мы сообщаем, что воздействие пропионата SCFA, пищевого консерванта, привело к быстрой активации симпатической нервной системы и, соответственно, к повышению уровня гормонов натощак, глюкагона и FABP4, в постпрандиальном состоянии у детей. мышей.Это увеличение привело к усилению выработки эндогенной глюкозы, в первую очередь, скорее всего, из-за гликогенолиза в печени, что привело к гипергликемии и компенсаторной гиперинсулинемии. Потребление пропионата человеком в дозе, используемой для продления срока хранения и сохранения пищи, было достаточным для воспроизведения гормонального ответа на острое воздействие пропионата, наблюдаемого у мышей. Кроме того, хроническое воздействие на мышей эквивалентной суточной дозы пропионата привело к увеличению концентрации в плазме крови контррегулирующих гормонов инсулина, глюкагона и FABP4, а также к развитию инсулинорезистентности, гиперинсулинемии и постепенному увеличению веса.Релевантность пропионата для инсулинорезистентности и ожирения у людей также была предложена в большом долгосрочном интервенционном исследовании диеты (DIRECT), в котором снижение уровня пропионата в плазме в ответ на диету для снижения веса было независимо связано с улучшением инсулина. чувствительность.

Неблагоприятные метаболические эффекты, которые мы наблюдали как при остром, так и при хроническом приеме пропионата, контрастируют с некоторыми сообщениями о метаболических преимуществах, приписываемых пропионату. Некоторые исследования показали, что пропионат подавляет прием пищи ( 30 — 32 ), ингибирует липолиз и снижает содержание жирных кислот в плазме ( 18 , 33 , 34 ).Однако об этих эффектах сообщалось, когда использовались высокие концентрации пропионата (> 4% пищи), более чем в 10 раз превышающие концентрации, используемые для консервирования продуктов. В исследованиях, в которых использовались более низкие концентрации пропионата [от 0,5 до 2% (мас. / Мас.) С пищей], не было продемонстрировано никаких положительных эффектов ( 32 ). Кроме того, несмотря на предполагаемые благоприятные метаболические эффекты, связанные с SCFA, производными кишечной микробиоты, мыши, лишенные одного из потенциальных рецепторов пропионата (рецептор 43, связанный с G-белком), были защищены от эффектов диеты с высоким содержанием жиров и меньшим содержанием жира в организме. масса и улучшенный контроль глюкозы и чувствительность к инсулину ( 35 ).В свою очередь, недавно опубликованное исследование на мышах с дефицитом Toll-подобного рецептора 5 продемонстрировало, что метаболические патологии, о которых ранее сообщалось в этой модели, опосредуются увеличенной портальной доставкой пропионата, полученного из кишечной микробиоты, и других SCFAs в печень ( 36 ). Кроме того, в соответствии с нашими выводами, Perry et al . ( 7 ), непосредственно измерили цикл пирувата относительно митохондриального метаболизма пирувата у крыс и продемонстрировали, что введение пропионата увеличивает это соотношение примерно в 30 раз с одновременным увеличением скорости выработки эндогенной глюкозы до 100%.Таким образом, сочетание нескольких механизмов может объяснить увеличение выработки эндогенной глюкозы, наблюдаемое после введения пропионата грызунам. К ним относятся активация симпатической нервной системы, приводящая к высвобождению глюкагона и FABP4 и гликогенолизу, а также прямая активация глюконеогенеза за счет увеличения круговорота пирувата. Таким образом, чувствительность механизмов производства эндогенной глюкозы к пропионату не только делает пропионат неподходящим индикатором для оценки метаболизма глюкозы в печени (как было предложено Perry et al .) ( 7 ), но также указывает на то, что пропионат может действовать как «нарушитель метаболизма» в постпрандиальном состоянии при добавлении в пищу человека.

Данные о людях также косвенно подтверждают скорее пагубный, чем полезный метаболический эффект пропионата. Ассоциативные исследования на людях показали связь между пропионатом и увеличением ИМТ ( 15 — 17 ). В соответствии с нашими выводами (рис. 4) интервенционное исследование показало более высокую концентрацию инсулина после приема пищи при аналогичной концентрации глюкозы в крови у здоровых участников, потребляющих пропионатсодержащий хлеб ( 10 ).Кроме того, нарушение постпрандиального подавления SCFAs также наблюдалось после употребления в пищу пропионатсодержащего хлеба, что свидетельствует о неэффективном подавлении липолиза жировой ткани, состояния, которое, как известно, приводит к увеличению высвобождения FABP4 адипоцитами ( 24 ). Ни катехоламины, ни глюкагон, которые стимулируют как липолиз, так и высвобождение FABP4 ( 22 , 24 ), не измерялись в этих исследованиях ( 10 ). В совокупности текущая литература предполагает, что вводимый перорально пропионат не имитирует полезные метаболические эффекты, приписываемые SCFAs, происходящим из бактерий в толстой кишке, и может приводить к неблагоприятным метаболическим эффектам, включая резистентность к инсулину и непереносимость глюкозы.Эти дифференциальные эффекты перорального пропионата по сравнению с пропионатом толстой кишки также были очевидны в наших экспериментах с индикаторами (рис. 1, E и F). Это очевидное несоответствие может быть объяснено разными дозами и путями введения, а также местными эффектами пропионата на проксимальные энтероциты по сравнению с дистальными колоноцитами, как это было недавно предложено для ацетата ( 37 ). Это очевидное несоответствие также может быть объяснено взаимодействием пропионата и слизистой оболочки толстой кишки с другими SCFA и метаболитами, продуцируемыми микробиотой кишечника.Наблюдение за потенциальным увеличением выработки эндогенной глюкозы, приводящим к постпрандиальной гиперинсулинемии, вызывает беспокойство, особенно с учетом добавления пропионата в обработанные пищевые продукты и убедительных доказательств того, что хроническая гиперинсулинемия может приводить к ожирению и метаболическим нарушениям ( 38 — 40 ). Необходимы дополнительные исследования на более крупных популяциях людей с более длительным воздействием различных доз пропионата, чтобы лучше прояснить различные метаболические эффекты пропионата у людей.

Дополнительный вывод, вытекающий из нашей работы, заключается в том, что существует очевидное взаимодействие между биологической активностью как FABP4, так и глюкагона. Неспособность пропионата вызывать гипергликемию, когда Fabp4 был либо генетически удален, либо фармакологически нейтрализован, несмотря на неизменное повышение уровня глюкагона в плазме, является интригующим. Это открытие предполагает, что FABP4 может быть необходим для индуцированного глюкагоном расщепления гликогена и может служить добросовестным контррегуляторным эндокринным сигналом.Биоактивность глюкагона не оценивалась у мышей Fabp4 ^{— / —}, но это может дать больше информации о фенотипе устойчивости к диабету 2 типа у этих мышей в условиях диеты с высоким содержанием жиров. Выявление потенциальных биологических и механистических взаимодействий FABP4 и глюкагона представляет собой важную область будущих исследований.

У нашего исследования есть несколько ограничений. Во-первых, острые метаболические эффекты пропионата, наблюдаемые в исследовании на людях, и связь между резистентностью к инсулину и концентрацией пропионата в исследовании DIRECT не демонстрируют прямой причинно-следственной связи между пероральным употреблением пропионата и глобальными эпидемиями ожирения и диабета.Кроме того, мы также не изучали метаболическое влияние хронического воздействия пропионата с пищей на людей. Необходимы более масштабные интервенционные исследования, направленные на снижение содержания пропионата в окружающей среде и оценку метаболических и антропометрических результатов, чтобы полностью перенести наши результаты на мышах на людей. Кроме того, концентрации пропионата в крови отражают не только системную абсорбцию экзогенного пропионата (воздействие окружающей среды и производство кишечными бактериями), но также эндогенно продуцируемый пропионат.Пропионат является продуктом разложения некоторых аминокислот и жирных кислот с нечетной цепью. Таким образом, пропионат в крови представляет собой смесь различных метаболических путей, и мы не можем оценить дифференциальный вклад консервированных продуктов на основе пропионата на системные концентрации пропионата. Мы смогли продемонстрировать, что даже следовых количеств пропионата, добавленных к одной смешанной еде, было достаточно для быстрого увеличения концентрации пропионата в крови. Наконец, участники острого исследования были здоровыми, не страдали ожирением и имели нормогликемию.Таким образом, они смогли создать гиперинсулинемический ответ для преодоления (по крайней мере частично) постпрандиальной инсулинорезистентности, вызванной пропионатом. Следовательно, из этого исследования нельзя сделать вывод о потенциальном гипергликемическом воздействии пропионатсодержащих продуктов на участников с преддиабетом и явно диабетом.

Наши результаты могут иметь значение для текущей практики консервирования пищевых продуктов. Учитывая, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США объявило пропионат в целом безопасным и не имеющим известных побочных эффектов, в настоящее время нет ограничений на его использование, кроме требований надлежащей производственной практики ( 3 ).Здесь мы сообщаем, что экзогенный пропионат приводит к быстрой активации симпатической нервной системы, что приводит к увеличению как глюкагона, так и FABP4. Повышение уровня обоих этих гормонов натощак в постпрандиальном состоянии вызывает усиленное производство эндогенной глюкозы, вероятно, из-за гликогенолиза, что приводит к гипергликемии и компенсаторной гиперинсулинемии. Гормональные реакции на высокие дозы пропионата, наблюдаемые у мышей, также наблюдались у людей, получавших гораздо более низкую дозу, которая была эквивалентна таковой в обработанных пищевых продуктах, хотя гипергликемический ответ был более мягким.Тем не менее, повторяющееся ежедневное воздействие пропионата в течение продолжительных периодов времени, как видно из нашего хронического лечения мышей пропионатом, может иметь важные последствия для общественного здравоохранения и должно стимулировать новый интерес к изучению потенциальных действий и основных механизмов, связанных с пищевыми компонентами, такими как пропионат, в организме. люди. Существуют альтернативы, которые можно использовать для консервирования пищевых продуктов [для обзора см. ( 41 )], и если эти молекулы окажутся нейтральными в своей метаболической активности, то простые изменения в производственной практике могут принести пользу общественному здравоохранению.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Цели исследования заключались в том, чтобы оценить, влияет ли обычно используемый пищевой консервант пропионат на постпрандиальный метаболизм глюкозы как у мышей, так и у людей, и определить механизм его действия. Эксперименты, проведенные на мышах, включали тесты на толерантность к глюкозе в ответ на пропионат или пируват и измерения биохимии крови после введения тестируемого соединения. Постоянный комитет Гарвардского медицинского района по животным одобрил все исследования in vivo.Размер выборки для групп мышей был выбран на основе пилотных экспериментов, которые обеспечили мощность 90% и значимость 5%. Все образцы были включены в анализ, если их среднее отклонение не превышало 2 SD. Для исследований на животных не использовалась рандомизация. Исследователи, анализирующие данные, не знали генотипа мыши и группы лечения. Данные индивидуального уровня для экспериментов на мышах включены в файл данных S1.

Мы провели двойное слепое рандомизированное плацебо-контролируемое перекрестное клиническое исследование (#NCT 01889446), чтобы проверить, приводит ли пропионат, вводимый в виде пищевой добавки людям, к изменению постпрандиального метаболизма.Обоснованием было использование пропионата в количестве, аналогичном количеству, используемому для консервирования пищевых продуктов. Таким образом, мы дополнили еду без пропионата 500 ккал 1000 мг пропионата кальция или плацебо, как подробно описано ниже. Критериями включения в исследование были возраст от 18 до 65 лет, хорошее здоровье, подтвержденное анамнезом и физическим осмотром, и ИМТ от 20 до 29,9 кг / м ². Критерии исключения: уровень глюкозы в плазме натощак> 110 мг / дл, HbA1c> 6,0%, текущее заболевание, отличное от гипотиреоза, артериальное давление> 135/85 или систолическое артериальное давление <90 мм рт.ст., заболевание печени (уровень трансаминазы более чем в три раза выше нормы), почечный нарушение (клиренс креатинина <60 мл / мин), злоупотребление наркотиками или алкоголем в анамнезе, участие в любом другом параллельном клиническом исследовании, беременные женщины и участники с пищевой аллергией в анамнезе.Базовые характеристики были собраны во время скринингового визита. Четырнадцать здоровых добровольцев были случайным образом разделены на две группы, которым через 8 часов голодания давали смешанную пищу, которая содержала или не содержала 1000 мг пропионата кальция (также известного как E282), предоставленного нам Niacet Corporation. После недельного отмывания участников переходили в другую руку и давали другую смешанную пищу. Образцы крови собирали в момент времени 0, после чего смешанную пищу с добавлением плацебо или пропионата употребляли в течение 15 минут, а затем образцы крови собирали последовательно каждые 30 минут в течение 4 часов.Все анализы крови, включая анализы на С-пептид, глюкагон и катехоламин, были проанализированы в лабораториях LabCorp с использованием проверенных анализов, которые используются для клинического ухода за пациентами. Определение FABP4 выполняли с использованием имеющегося в продаже набора для твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA) (R&D Systems). ISI-M, который, как было обнаружено, коррелировал со скоростью исчезновения глюкозы во всем организме во время эугликемического инсулинового клэмп-исследования ( 42 ), был рассчитан с использованием значений глюкозы и инсулина, полученных во время теста смешанного питания.ISI-M = 10,000 / ( G ₀ × I ₀ × G _{среднее значение} × I _{среднее значение}) ^1/2, где G и I представляют концентрации глюкозы в плазме (мг / дл) и инсулина (мкЕ / мл), соответственно, а «0» и «среднее» указывают значение натощак и среднее значение во время проведения теста смешанного питания, соответственно. Экспертный совет (IRB) больницы Бригама и женщин (BWH) одобрил это исследование, которое проводилось в амбулаторном учреждении Центра клинических и трансляционных исследований BWH.Информированное согласие было получено от всех участников.

Дополнительная когорта пациентов из DIRECT была использована для изучения влияния вмешательств по снижению веса на концентрацию пропионата в плазме и метаболические характеристики. Исследование DIRECT представляло собой испытание диетических вмешательств на рабочем месте, которое проводилось в Димоне, Израиль ( 29 ). Вкратце, 322 участника с избыточным весом или ожирением (возраст 52 ± 7 лет; женщины 14%; ИМТ 31 ± 4) были рандомизированы на одну из следующих диет для похудания: низкокалорийная диета с низким содержанием жиров; средиземноморская диета с ограничением калорий; и диета с низким содержанием углеводов и без ограничения калорий.Здесь мы подвергли образцы плазмы ПРЯМОГО исследования метаболомическому анализу. Эти образцы плазмы были получены от 160 участников во время базового визита и после 6 месяцев диетического вмешательства (нижний предел потери веса). Образцы были проанализированы Институтом лабораторной медицины, клинической химии и молекулярной диагностики, Университетская клиника Лейпцига, Лейпциг, Германия, с использованием тандемной масс-спектрометрии с электрораспылением ( 43 ). Корреляция между пропионатными и метаболическими исходами была выполнена с помощью общих линейных моделей после корректировки на возраст, пол, группу питания и исходное значение соответствующего результата.Это исследование было одобрено IRB Медицинского центра Шиба, Тель-Хашомер, Израиль.

Животные

Однопометники на фоне C57BL / 6J в возрасте 6 недель были получены из лаборатории Джексона (Бар-Харбор, Мэн, инвентарный номер 000664). Всех мышей поддерживали при 12-часовом цикле свет / темнота в помещении с барьером, свободным от патогенов, со свободным доступом к воде и пище. Постоянный комитет Гарвардского медицинского района по животным одобрил все исследования in vivo. Размер выборки был выбран на основе пилотных экспериментов, которые обеспечили мощность 90% и значимость 5%.Все образцы были включены в анализ, если их среднее значение не превышало 2 SD. Для исследований на животных не использовалась рандомизация. Исследователи, анализирующие данные, не знали генотипа мыши и группы лечения.

Мышей дикого типа или Fabp4-дефицитных (Fabp4 ^{— / —}) ( 44 ) на фоне C57BL / 6J использовали для оценки эффектов пропионата в присутствии или в отсутствие адипокина FABP4. Мыши с дефицитом рецептора глюкагона, специфичные для печени, были получены путем скрещивания мышей с флоксированным G-связанным рецептором глюкагона (GCGR ^{fl / fl}, предоставленных нам D.Drucker, University of Toronto) ( 23 ) с мышами Cre-рекомбиназы, управляемой промотором гена альбумина (Alb_Cre, B6.Cg- Speer6-ps1 ^{Tg (Alb-cre) 21Mgn} / J; лаборатория Джексона, Бар-Харбор , ME, инвентарный номер 003574). Характеристики этой модели мыши были подробно описаны ранее ( 23 ). Для исследований, посвященных оценке метаболических последствий хронического воздействия низких доз пропионата, мы провели три независимых эксперимента, в которых мыши C57BL6 или мыши дикого типа и Fabp4 ^{— / —} (в возрасте 6 недель) подвергались воздействию пропионата (~ 15 мг / кг) (пищевой консервант пропионат натрия; Sigma-Aldrich, St.Луи, Миссури) добавили в питьевую воду. На основе измерений ежедневного потребления пищи и воды ( 28 ) мы оцениваем эту концентрацию как соответствующую добавлению в пищу 0,15–0,3% (мас. / Мас.) Пропионата, что эквивалентно содержанию пропионата в обработанных пищевых продуктах. на основе диеты ( 3 ). В питьевой воде контрольной группы добавляли хлорид натрия в таком же молярном соотношении. Еженедельно измеряли массу тела и уровень глюкозы в крови. Кровь собирали через 6 недель после вмешательства для оценки концентраций глюкагона, инсулина и FABP4.Тест на толерантность к инсулину (0,75 ед. / Кг массы тела) проводили после 6-часового прекращения приема пищи. Клещевые исследования гиперинсулинемии-эугликемии проводили, как описано ранее ( 22 ). Вкратце, за 4 дня до экспериментов мышей анестезировали и правую яремную вену катетеризовали полиэтиленовой трубкой PE10 (внутренний и внешний диаметр 0,28 и 0,61 мм соответственно; Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ), заполненной раствором гепарина (100 USP Ед / мл). Дистальный конец катетера туннелировали под кожей, выводили наружу во внутрилопаточную область, герметизировали и затем помещали в карман под кожей до дня эксперимента, когда он был повторно экстериоризирован.Во время гиперинсулинемического-эугликемического зажима для расчетов использовался стационарный индикаторный анализ, а для устойчивого состояния проверялась специфическая активность глюкозы.

Тесты на переносимость пропионата и пирувата

Мышам C57BL / 6J в возрасте от 10 до 14 недель внутрибрюшинно вводили пропионат в концентрациях от 0,5 до 2,0 г / кг массы тела (от 5 до 20 ммоль / кг) или в равных молярных отношениях пирувата натрия ( оба из Сигма-Олдрич, Сент-Луис, Миссури). Все исследования проводили через 5 часов после прекращения приема пищи, если иное не указано в легенде к рисунку.Подобные эксперименты были выполнены с использованием перорального желудочного зонда вместо внутрибрюшинных инъекций. PBS использовали в качестве носителя. Все обработки проводились после доведения pH до 7,4. Уровень глюкозы в крови измеряли на исходном уровне и с интервалами от 15 до 30 минут (как показано на рисунках) с помощью глюкометра Breeze2 (Bayer, Leverkusen, Germany). Гексаметоний (20 мг / кг) и / или фентоламин (1 мг / кг) или PBS вводили за 7 минут до внутрибрюшинной инъекции пропионата, и измеряли как глюкозу в крови, так и гормоны, как указано в подписях к фигурам.Поликлональное антитело против FABP4 мыши (Santa Cruz Biotechnology, Даллас, Техас) или контрольный иммуноглобулин G вводили внутривенно в хвостовую вену мышей дикого типа за 1 неделю до теста на толерантность к пропионату. Концентрация 50 мкг / кг массы тела рекомбинантного белка FABP4, продуцируемого в Escherichia coli (или PBS в качестве контроля носителя), вводили с пропионатом мышам Fabp4 ^{— / —}.

Ректальное введение пропионата

Анестезированным животным вводили перорально или ректально 1-¹⁴ С-меченый пропионат (0.1 мКи / кг) (MP Biomedicals, Санта-Ана, Калифорния), смешанный с пропионатом натрия (1 г / кг) и следовыми количествами декстранового синего (для визуального подтверждения введения). Ректальное введение осуществляли через 3-сантиметровую трубку PE50, прикрепленную к тупой игле 23G. После введения у животных брали пробы через кровотечение из хвостовой вены для сбора крови. В конце эксперимента животных умерщвляли путем смещения шейных позвонков и удаляли пищеварительный тракт для визуального осмотра декстранового синего. Во всех случаях перорально вводимый болюс ограничивался желудком, а ректально вводимый болюс был ограничен между двенадцатиперстной кишкой и дистальным отделом толстой кишки.Радиоактивность измеряли, обесцвечивая 5 мкл крови перекисью водорода и смешивая ее с Ecoscint H (National Diagnostics, Atlanta, GA) в соотношении 1:10 (об. / Об.) И считывая на приборе MicroBeta2 (PerkinElmer, Waltham, MA).

Гормональный ответ на лечение пропионатом или пируватом

Концентрацию FABP4 в сыворотке мышей определяли с помощью коммерчески доступной системы ELISA (BioVendor, Чешская Республика). Норадреналин измеряли с помощью ELISA, полученного от Eagle Biosciences Inc.(Нашуа, штат Нью-Хэмпшир). Плазму для определения глюкагона собирали в пробирки с ЭДТА с добавлением апротинина и анализировали с использованием системы ELISA Glucagon Quantikine (R&D Systems, Миннеаполис, Миннесота). Концентрацию инсулина в плазме измеряли с помощью ELISA для мышиного инсулина Mercodia (Упсала, Швеция).

Определение гликогена в печени

Содержание гликогена в печени определяли колориметрическим методом на основе фенол-серной кислоты после экстракции хлорной кислотой ( 45 ).Вкратце, около 100 мг ткани печени мгновенно замораживали в 2-миллилитровых круглодонных пробирках Эппендорфа в жидком азоте до обработки образца. В день обработки образца печень гомогенизировали в 10% хлорной кислоте с использованием отношения 1: 3 (об. / Об.) Ткани к 1,0-мм гранулам оксида циркония (# ZrOB10; Next Advance, Troy, NY). Гомогенизированные образцы после центрифугирования разделяли на три равные части. Одна аликвота была сохранена для анализа свободных сахаров ( S ₀). Другой гомогенат смешивали с концентрированной серной кислотой (1:10, об. / Об.) Для гидролиза сахаров ( S _h).Несмотря на встряхивание, к образцу добавляли 5% фенол (1: 2, об. / Об.) Для проявления цвета. После 30-минутной инкубации 200 мкл образца переносили в микропланшет для измерения оптической плотности при 490 нм. Гликоген из бычьей печени (# G0885, Sigma-Aldrich) использовали для построения стандартной кривой для гликогена, а декстрозу использовали для построения стандартной кривой для свободных сахаров. Содержание гликогена рассчитывали путем вычитания свободных сахаров из конечного гомогената, гидролизованного гликогеном ( S _h — S ₀).Последнюю аликвоту использовали для измерения концентрации белка. Аппроксимация кривой и линейный регрессионный анализ выполнялись с помощью SoftMax Pro версии 5.1.

Поляризация мембраны в клетках Neuro2a

Клетки Neuro2a были получены из Американской коллекции типовых культур (# CCL-131; Manassas, VA) на 27 пассаже и поддерживались в DMEM с добавлением 10% фетальной телячьей сыворотки (FBS). Перед экспериментами клетки высевали на 96-луночные планшеты с прозрачным дном черного цвета и индуцировали дифференцировку с лишением сыворотки.Через 2 дня, когда наблюдался рост нейритов, клетки промывали фосфатно-солевым буфером Дульбекко (DPBS; # 59331C, Sigma-Aldrich) и инкубировали с реагентами Screen Quest Membrane Potential Assay Kit (# 36005; AAT Bioquest, Саннивейл, Калифорния). в соответствии с инструкциями производителя. Измерения проводили на приборе Spectramax Paradigm (Molecular Devices, Сан-Хосе, Калифорния).

Секреция FABP4 из жировой ткани

Перигонадные жировые отложения удаляли для приготовления эксплантатов.Образцы жировой ткани последовательно промывали PBS и бессывороточной DMEM и измельчали ножницами на кусочки размером примерно 2 мм. Эксплантаты промывали DMEM и инкубировали в течение 1 часа в той же среде для восстановления. После восстановления добавляли свежую DMEM и измеряли уровень секрета FABP4 в культуральной среде каждые 15 мин в присутствии или в отсутствие возрастающих концентраций пропионата или форсколина (20 мкМ). Образцы подвергали Вестерн-блоттингу с использованием антитела против FABP4 (Santa Cruz Biotechnology).

Секреция глюкагона из изолированных островков поджелудочной железы

Способы выделения островков у мышей были описаны ранее ( 46 ). Вкратце, проток поджелудочной железы перфузировали 2,5 мл либеразы RI (3 мг / мл) (Roche, Penzberg, Германия), после чего его вырезали и дезагрегировали встряхиванием в течение 24 минут при 37 ° C. Островки были частично изолированы осаждением, а затем вручную собраны из остатков ацинарной ткани под препарирующим микроскопом. Чтобы стимулировать секрецию глюкагона, были перенесены островки с высоким содержанием глюкозы (22.4 мМ) до среды с низким содержанием глюкозы (2,8 мМ). Кондиционированную среду анализировали на продукцию глюкагона с использованием коммерческой системы ELISA глюкагона (R&D Systems).

Продукция глюкозы в первичных гепатоцитах

Первичные гепатоциты крысы, помещенные на 24-луночные планшеты, покрытые коллагеном, были получены из ядра клеточных ресурсов больницы Массачусетса (Бостон, Массачусетс). Все клетки были заменены на среду с низким содержанием сыворотки (среда 199 с добавлением 0,1% FBS, пенициллина / стрептомицина и 1 мкМ дексаметазона) в течение ночи по прибытии.Для экспериментов по гликогенолизу клетки промывали DPBS (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA) и заменяли на среду для загрузки гликогена [DMEM без фенолового красного с добавлением 10 мМ глюкозы, 15 мМ фруктозы и хумулина (100 мЕ / мл) (Eli -Лилли, Индианаполис, Индиана)] на 2 часа. По окончании загрузки гликогена клетки трижды промывали DPBS и заменяли на DMEM, не содержащую субстрата, и инкубировали в присутствии или в отсутствие стимуляторов в течение 3 часов. Для экспериментов по глюконеогенезу клетки трижды промывали DPBS и инкубировали с DMEM без субстрата и 1 мкМ дексаметазоном в течение 3 часов.В конце периода истощения гликогена клетки снова промывали и к клеткам добавляли свежую среду DMEM без субстрата с указанными субстратами. Среду собирали через 2 часа. По завершении каждого эксперимента клетки лизировали 0,5 н. NaOH и нейтрализовали 0,5 н. HCl перед определением концентрации белка с использованием коммерческого анализа Брэдфорда. Глюкозу, секретируемую в среду, анализировали с использованием анализа глюкозооксидазы на основе Amplex Red (Thermo Fisher Scientific, # A22189).

Статистика

Все значения представлены как средние ± SEM, если иное не указано в подписях к рисункам.Парные тесты t были использованы для сравнения изменений концентраций гормонов через 30 минут по сравнению с исходным уровнем в группах мышей или участников-людей. Парные тесты t также использовали для сравнения 30-минутных концентраций норадреналина и С-пептида между группами лечения в перекрестном исследовании на людях. Непарные тесты t использовали для сравнения количеств FABP4, глюкагона и норадреналина в группах лечения пропионатом и пируватом у мышей. Для тестов на толерантность к пропионату и пирувату у мышей и для сравнения ответов глюкагона и FABP4 в исследовании на людях мы использовали двусторонний дисперсионный анализ с апостериорным анализом Бонферрони.Для сравнения площади под кривой между несколькими группами использовали однофакторный дисперсионный анализ ANOVA и апостериорный анализ Тьюки. Двустороннее значение P <0,05 считалось статистически значимым. Все статистические анализы были выполнены с использованием GraphPad Prism 7.0.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

stm.sciencemag.org/cgi/content/full/11/489/eaav0120/DC1

Рис. S1. Пропионат вызывает у мышей гипергликемию и гиперинсулинемию.

Рис. S2. Дефицит Fabp4 не влияет на секрецию глюкагона в ответ на введение пропионата.

Рис. S3. Влияние симпатической блокады на уровень глюкозы в крови.

Рис. S4. Результаты клэмп-исследований гиперинсулинемии-эугликемии.

Рис. S5. Предлагаемая модель для данных, представленных в этом исследовании.

Файл данных S1. Исходные данные для рис. 1-6 и фиг. От S1 до S4.

Благодарности: Мы благодарим Union Chemique Belge (UCB) за предоставление рекомбинантного FABP4, используемого в некоторых повторных экспериментах, и Д. Друкера (Торонто, Канада) за предоставление модели мыши GCGR ^{fl / fl} в рамках соглашения о передаче материала. Финансирование: Эта работа была поддержана Национальным институтом диабета, болезней органов пищеварения и почек Национального института здоровья (NIH) под номером K08 DK097145 (для A.T.). G.S.H. поддерживается JDRF и NIH (AI116901) для работы с FABP4. Дополнительная поддержка для этой работы (AT) была получена от Исследовательского центра ожирения питания в Гарварде (P30-DK040561), Центра исследований сердечно-сосудистой системы, диабета и метаболических нарушений Исследовательского института Бригама (CVDM-BRI) и Министерства здравоохранения Израиля. Фонд медицинских исследований и стипендий по вопросам пищевых продуктов и питания с последствиями для общественного здравоохранения.E.S.C. была частично поддержана программой обучения генов и окружающей среды (№ 5T32ES016645). Вклад авторов: A.T., E.S.C., G.T., K.C.C. и G.S.H. разработал эксперименты. A.T., E.S.C., G.T., K.E.I., M.A., M.R., K.S.H., I.R., и R.L. провели испытания на толерантность к пропионату, а A.T., E.S.C. и G.T. проанализировали данные. A.T., E.S.C., G.T. и K.E.I. разработали, выполнили и проанализировали исследования клэмп-эугликемии. E.S.C. и Г. разработали, провели и проанализировали эксперимент с индикатором пропионата.E.S.C. разработали, выполнили и проанализировали исследования in vitro первичных гепатоцитов и клеточных линий Neuro2a. В. и Р.Г. разработали и провели исследование смешанного питания на людях. Y.H., L.Q. и I.S. выполнили и проанализировали результаты, полученные в ходе исследования DIRECT. К.Э. провели и проанализировали ex vivo эксперименты с островками поджелудочной железы. A.T., E.S.C., G.T., K.C.C. и G.S.H. написал рукопись при участии всех авторов. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, связанные с этим исследованием, представлены в документе или дополнительных материалах.