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

 

Графен отдыхает. Максен (MXene) пришел на замену
Графен отдыхает. Максен (MXene) пришел на замену

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
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.