Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Иммобилизованные ферменты на поверхности углеродных нанотрубок.
Незначительное падение активности фермента в составе композита на протяжении эксперимента.

Самоочищающиеся поверхности

Ключевые слова:  биоинженерия, новый материал, периодика, углеродные нанотрубки

Опубликовал(а):  Павлов Александр Евгеньевич

17 декабря 2007

Адсорбция белков на поверхности материалов - одна из основных проблем медицинских имплантатов и поверхностей, подверженных биологическому загрязнению, таких как корпуса судов и стенки биореакторов. Эти белки облегчают прикрепление клеток и бактерий к конструкционным материалам, что приводит к формированию биопленок и ухудшению эксплуатационных свойств механизмов.

Для борьбы с этим явлением в Советском Союзе были разработаны химические вещества - биоциды ("необрастайки"), которыми обрабатывались корпуса подводных лодок и надводных судов, однако эти покрытия были крайне токсичны и недолговечны.

На данный момент все существующие на рынке продукты превентивного действия не могут быть использованы в медицине ввиду их высокой биологической активности либо недолговечности.

Стандартным подходом является обработка поверхности гидрофильным полимером, таким как полиэтиленгликоль (ПЭГ). При высокой плотности ПЭГ формирует на поверхности структуру "щетки", которая блокирует адсорбцию белков созданием физического барьера. Однако такой метод демонстрирует впечатляющие результаты лишь в краткосрочных экспериментах in vitro. В условиях организма такое полимерное покрытие склонно к фиброзной инкапсуляции и последующей деградации.

Джонатан Дордик (Jonathan Dordick), Рави Кан (Ravi Kane) и их сотрудники продемонстрировали нестандартный подход к решению этой проблемы методами биоинженерии (Small 2007, 3, No. 1, 50–53). Новый композитный материал состоит из протеолитических ферментов, прикрепленных к поверхности одностенных углеродных нанотрубок, диспергированных в матрице из полиметилметакрилата. Благодаря огромной площади поверхности нанотрубок в единице объема стало возможным значительно увеличить содержание ферментов в материале. Кроме того, как показали исследования, каталитическая активность ферментов, связанных с углеродными нанотрубками, возрастает более чем в 30 раз по сравнению с контрольными углеродными композитами не нанометрового масштаба. Важно, что 90% ферментов сохраняют свою активность в течение 30 дней в водном растворе.

Многочисленные эксперименты подтверждают высокую эффективность подобных систем. Так, композит с использованием дополнительного фермента позволяет разрушать адсорбирующийся фибриноген, который участвует в формировании сгустка крови.

Таким образом, разработано высокоэффективное самоочищающееся покрытие активного действия, которое открывает путь для имплантации в организм любых инородных материалов.




Комментарии
Соколов Петр Сергеевич, 17 декабря 2007 18:07 
Small, вроде неплохой журнал...недавно его для себя открыл.
Да, он не так давно и выходит. С января 2005 года.
----- Новый композитный материал состоит из протеолитических ферментов, прикрепленных к поверхности одностенных углеродных нанотрубок, диспергированных в матрице из полиметилметакрилата. -----

Это как? ОУНТ залили метилметакрилатом и заполимеризовали? Или это всё-таки гель? В первом случае - фермент наверняка мёртвый. Во втором - сомнительно, что у него (материала) есть хоть какая-то механическая прочность. Каким способом анализировали активность фермента? У кого есть доступ к оригиналу статьи - поделитесь пожалуйста через e-mail.
Выслал Вам оригинал.
PMMA разводили с толуолом (отличным растворителем всякой органики) и диспергировали в этой среде SWNT с ферментами. Получалась тонкая каталитическая пленка.
Хотя я вот сейчас подумал, ведь некоторые метаболиты толуола канцергенны. Помимо того он еще обладает и одурманивающим действием (клей "Момент" помните?), как все это отразится на организме, когда окажется внутри?
Шварев Алексей, 17 декабря 2007 23:12 
И я тоже хочу копию статьи (поделитесь коль не жалко), а то у нас подписка на этот журнал тильки бумажная.
А мифически вредный толуол - он же испаряется. Кстати когда анализировал мазут, толуолом просто поливался как водой, иначе эту бяку не отмоешь. Хотите верьте, хотите нет, но кожа на руках (как у любого химика плохая) после этой процедуры становилась аки у барышни.
Так пока он испарится! Толуол отлично проникает сквозь слизистые прямо в кровоток (если в это время взять пробу, сразу почувствуете характерный запах), а там с удовольствием чего-нибудь сгидратирует или модифицируется замещением!
Шварев Алексей, 18 декабря 2007 00:50 
Прочитал, спасибо. Удобно сравнивать НТ с порошком графита. А чего с сажей-то не сравнить? Но сажа - это дешево и немодно. Страшно подумать сколько фермента можно сорбировать на активированном угле, куда там нанотрубкам. Аффтары кстати забыли про гепаринизацию поверхностей имплантантов и такой изящный подход (реверанс в сторону Марка Мейрхоффа) как вещества высвобождающие NO.
Шварев Алексей, 18 декабря 2007 00:52 
Меня больше всего удивило то, что на графите что-то сорбировалось. И даже в измеряемом количестве. Это очень интересный результат.
Статью прочитал. Теперь по пунктам:

----- PMMA разводили с толуолом (отличным растворителем всякой органики) -----

Не всякой. Он и для ПММА плохо подходит. Я бы растворял в ацетоне.

----- Хотя я вот сейчас подумал, ведь некоторые метаболиты толуола канцергенны. Помимо того он еще обладает и одурманивающим действием (клей "Момент" помните?), как все это отразится на организме, когда окажется внутри? -----

В отличие от бензола, который есть канцероген и кровяной яд, толуол гораздо безопаснее. Основной метаболит - бензойная кислота, которая сравнительно безвредна. Одурманивающее действие - это практически любая органика. Механизм этого дурмана простой и убойный как тапки. От типа органического растворителя зависит очень слабо. Но тут бояться нечего. Плёнка попадает в организм уже сформированной, без толуола.

---- Толуол отлично проникает сквозь слизистые прямо в кровоток (если в это время взять пробу, сразу почувствуете характерный запах), а там с удовольствием чего-нибудь сгидратирует или модифицируется замещением! -----

Чур меня. Реакция Фриделя-Крафтса прямо в организме Только если нанобиороботы помогут.

----- Меня больше всего удивило то, что на графите что-то сорбировалось. И даже в измеряемом количестве. Это очень интересный результат. -----

Ничего особенного. Белки липнут к практически любой поверхности. Вопрос только в количестве иммобилизованного белка.

----- Аффтары кстати забыли про гепаринизацию поверхностей имплантантов и такой изящный подход (реверанс в сторону Марка Мейрхоффа) как вещества высвобождающие NO. -----

Аффтары много чего забыли.

---The dispersion of SWNTs in the aqueous buffer
was then exposed to a freshly prepared solution of enzyme in
the same buffer, and the mixture was shaken for 2 h at 200 rpm. ---

Трипсин столько не живёт. Полное самопереваривание в этих условиях примерно за 40 минут.
Нет и данных по загрузке материала белков.

Самое главное!!
В организме достаточно много ингибиторов протеаз. В частности в кровотоке содержание трипсина и его ингибиторов регулирует свёртываемость крови. Поэтому при внесении такого имплантанта в организм мы получим аффинную сорбцию ингибитора и очень быстрое обрастание.
Шварев Алексей, 18 декабря 2007 11:06 
"Трипсин столько не живёт. Полное самопереваривание в этих условиях примерно за 40 минут"
Александр Ринатович, вы уверены? У меня трипсин жил пару суток в водном растворе в холодильнике...
Трипсин можно обратимо ингибировать кислотой. При рН < 4 он стабилен. Особенно если раствор замороженный.
При рН = 7 - как указано в статье, да при комнатной температуре - он самопереварится, так как это очень близко к его оптимуму (рН=7,8)
Да, ещё.
Растворы ПММА при высыхании образуют плотные плёнки, с хорошей адгезией к поверхности. Это значит, что белок, сидящий внутри плёнки можно считать мёртвым, так как доступа воды к нему нет.
Интересно было бы всё-таки узнать загрузки белка на эти нанотрубки...

Но вообще статья грамотная, с отсечкой неспецифики и достаточно убедительным доказательством того, что протеазы там играют определённую роль

----- "Трипсин столько не живёт. Полное самопереваривание в этих условиях примерно за 40 минут"
Александр Ринатович, вы уверены? У меня трипсин жил пару суток в водном растворе в холодильнике...
----

А Вы меряли его активность?
Шварев Алексей, 18 декабря 2007 20:01 
именно активность и мерял при пЭАШ 7.4.
Наверное с БАПНА-й? Или по казеину?

Ежели он у Вас такой живучий, то следующий вопрос - как его готовили и чем стабилизировали. Мне это тоже может быть полезно...
А трипсин, который "в водном растворе переваривает сам себя" - он все-таки именно сам лично себя, или они, молекулы трипсина, друг друга? Любопытно.
Потому что если друг друга, то ведь они были сорбированы на нанотрубках, и, возможно, не смогли встретиться.
Шварев Алексей, 18 декабря 2007 21:40 
просто растворяли в деионизированной воде с 50 мм триса-HCl,
и держали в холодильнике на льду. При комнатной температуре достаточно 2-х суток, чтобы трипсин потерял
активность, там еще начинает возникать хлопьевидный осадок.
----- А трипсин, который "в водном растворе переваривает сам себя" - он все-таки именно сам лично себя, или они, молекулы трипсина, друг друга? Любопытно. ----

А Вы можете себя за локоть укусить?
Конечно, молекулы трипсина расщепляют друг друга. Ибо при изменении конформации, необходимой для того, чтобы она попала в каталитический центр фермент потеряет активность.

----- Потому что если друг друга, то ведь они были сорбированы на нанотрубках, и, возможно, не смогли встретиться. ----

Всё так, но при иммобилизации белка обычно используется избыток белка. Следовательно, молекула фермента в растворе съест молекулу на нанотрубке.

---- просто растворяли в деионизированной воде с 50 мм триса-HCl ----

Значит, всё-таки в кислоте... Гидролиза ведь никто не отменял.
Шварев Алексей, 19 декабря 2007 22:52 
Александр Ринатович, трис-HCl, это буфер. У него было пХа 7.4.
---- трис-HCl, это буфер. У него было пХа 7.4. ----

Не может быть. Соль слабого основания и сильной кислоты (собственно, триса гидрохлорид) по законам гидролиза должна иметь кислый рН. Разве что туда триса добавили избыток...
А, понял!
Это буфер из трис основания и триса гидрохлорида!
Называется то он точно так же как и индивидуальное вещество

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Превращение
Превращение

Научно-популярный лекторий РНФ на Международном молодежном научном форуме «Ломоносов-2019»
С 9 по 11 апреля российские ученые рассказывают о своих научных исследованиях, которые выполняются по грантам Российского научного фонда. Лекции проходят в рамках Лектория РНФ во время проведения Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2019».

Фестивали «От Винта!» и NAUKA 0+ представили инновационные проекты на выставке Hannover Messe 2019
Ганновер (Германия) 5 апреля 2019 года. – Объединённая экспозиция Фестиваля детского и молодежного научно-технического творчества “От Винта!” и Всероссийского фестиваля NAUKA 0+ была представлена на крупнейшей выставке промышленных технологий Hannover Messe 2019 в Германии в составе стенда Российской Федерации, организованного Российским экспортным центром при поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.

Стань магистрантом в области светодиодных технологий без экзаменов
От бакалавриата к магистратуре без вступительных экзаменов уже сейчас? С портфолио возможно все! Участвуйте в конкурсе «Науке нужен ты!» и получайте бюджетный билет в первую в России магистерскую программу в области светодиодных технологий и оптоэлектроники Университета ИТМО!

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
А.А.Семенова
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.