Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Стратегия синтеза композитных наночастиц
Рис. 2. Изменение цвета в процессе синтеза системы
Рис. 3 а. Магнитные свойства частиц
Рис. 3 б. Магнитные свойства частиц
Рис. 4. ПЭМ и СЭМ, а также ПЭМ высокого разрешения полученных частиц.
Рис. 5. Определение чистоты выделенного протеина

Золото + Оксид железа = ?

Ключевые слова:  выделение протеинов, многофункциональные наночастицы, периодика

Автор(ы): Jie Bao et al.

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

16 января 2008

Вследствие быстрого развития методик синтеза и целенаправленной модификации наноматериалов они все глубже проникают в нишу биотехнологических применений, в том числе и в качестве высокочувствительных сенсоров и "умных" агентов, позволяющих разделять смеси сложных биологических объектов. Среди них – широкое использование наночастиц золота для определения ДНК и белков. Причина этого не только в "сродстве" к тиоловым и дисульфидным группам, приводящем к специфической функционализации золотых наночастиц, что позволяет распознавать биологические объекты, а также приводит к особым оптическим свойствам. Одновременно с этим другой группой перспективных кандидатов для диагностики, терапии и сепарирования являются магнитные наночастицы. В частности, при использовании оксида железа удалось достичь важных достижений в области диагностики и лечения раковых опухолей.

В качестве многофункциональных материалов связанные агрегаты наночастиц, состоящих из золота и оксида железа, обладают уникальными оптическими, супермагнитными и поверхностными свойствами. Таким образом, одним из важных направлений нанобиотехнологии становится направленный синтез таких нанокомпозитов. Среди используемых в настоящий момент путей их синтеза – восстановление Au3+ на поверхности наночастиц Fe3O4, разложение Fe(CO)5 на поверхности Au с последующим и восстановление Au3+на наночастицах Fe3O4, осажденных на ядре кремнезема для формирования трехслойного композита.

Группа ученых из Пекина недавно предложила новый, более простой, способ синтеза таких композитов, основанный на простом связывании двух приготовленных по отдельности материалов. Используемые частицы Fe3O4 были крупнее, чем обычно (до 20 нм), что также увеличивало и магнитный момент таких частиц, требуемый для разделения крупных биомолекул. В ходе исследования активности таких агентов для разделения белков было показано, что они не только высокоэффективны для сепарирования, но также позволяют разделенным белкам сохранять свою ферментную активность. Проведенные исследования не только продемонстрировали более простой синтез композитных частиц золота и оксида железа, но и возможность прямого химического связывания различных наночастиц в более сложные объекты. Итак, что же было сделано?

Синтез наночастиц Fe3O4. Частицы Fe3O4разного размера были приготовлены разными способами. В качестве прекурсора использовали Fe(acac)3 в водном растворе как с добавлением различных ПАВ, так и без них. В дальнейшем использовали аминомодифицированные частицы Fe3O4. Из-за присутствия в растворе 1,6-гексадиамина и его координации с атомами железа на поверхности частиц Fe3O4 также присутствовали аминогруппы. Для того, чтобы в дальнейшем привязать к ним частицы золота, их поверхность была модифицирована с помощью цистеина посредством формирования амидных связей между аминогруппами на поверхности частиц Fe3O4 и карбоксильными группами цистеина. Таким образом, поверхность Fe3O4 была в конечном итоге модифицирована тиоловыми группами.

Синтез наночастиц золота. Наночастицы золота получали восстановлением HAuCl4в водном растворе с помощью NaBH4.

Синтез нанокомпозита Au-Fe3O4. После этого модифицированные частицы Fe3O4 были добавлены к частицам Au, что привело к образованию прочных связей между золотом и тиоловыми группами. После тщательного промывания продукт снова диспергировали в этаноле.

На Рис. 1 схематически изображена стратегия такого синтеза. Кроме того, на Рис. 2 можно наблюдать изменение цветов растворов в процессе синтеза. Исходный раствор Fe3O4 (0.2 мг/мл) черный, а золота (0.01 мг/мл) – красный, тогда как конечный раствор нанокомпозитных частиц – красно-коричневый, откуда следует, что он унаследовал оптические свойства наночастиц золота. Измерение магнитных свойств при 298 К показало отсутствие существенных изменений магнитного момента и коэрцетивной силы исходного Fe3O4 до и после связывания с Au. Различие в 12% между намагниченностью исходного Fe3O4(58 emu/г) и связанного с золотом Au-Fe3O4 (51 emu/г) скорее всего свидетельствует о том, что массовая доля золота и цистеина в композите составляет как раз 12%. Коэрцетивная сила в ходе связывания изменилась со 105 Э в Fe3O4 до 95 в Au-Fe3O4. При прикладывании магнита к стенкам стаканов оба материала в течении нескольких секунд собрались около соответствующей стенки, оставляя раствор прозрачным (Рис. 3).

Морфология продукта была охарактеризована с помощью ПЭМ и РЭМ (Рис. 4). На изображениях видно, что наночастицы Fe3O4 (60 нм) тесно окружены частицами золота (10 нм). ПЭМ высокого разрешения показывает, насколько плотно золото примыкает к оксиду железа. По данным EDAX можно определить содержание Fe, Au, O, C, N, S. Наличие медной сетки и углеродной пасты, а также окисление кислородом воздуха дает дополнительное содержание элементов Cu, C, O. Fe и Au присутствуют в частицах оксида железа и золота, а S и N – в цистеине и аминогруппах. Был проведен контрольный эксперимент, в ходе которого оксид железа не модифицировали предварительно тиольными группами. В ходе этого эксперимента нанокомпозит Au-Fe3O4не образовался, что показывает, что именно связь Au-S ответственна за формирование нанокомпозита.

Для использования этого материала при сепарировании белков к частицам золота нанокомпозитов присоединяли координированный никелем хелат N - [ Na, Na -бис - (карбоксиметил) - L-лизин ] - 16 - меркаптогексадеканамид, образующий с золотом Au-S связь. Присоединенный таким образом никель (Ni2+) может затем образовать последовательно 6 связей с гистидином (6xHis). Таким образом, любой протеин (использовали аргининовую киназу, АК), модифицированный 6xHis, легко может быть отделен этим методом.

Присутствие белка определяли методом металл-хелатной адсорбционной хроматографии. В качестве буферного раствора готовили имидазольный буфер, в качестве индикатора использовали Coomassie Blue G-250, который меняет свою окраску с коричневой на голубую в присутствии белка. После того, как было продемонстрировано выделение белка, с помощью электрофореза установили его чистоту (Рис. 5). Как показывает сравнение второй полоски (исходный протеин) и первой (маркера), исходный белок содержит частицы разного размера. Это распределение по размерам сохраняется и в выделенном белке (полоска 3). В результате промывания (полоски 4, 5, 6) видно, что белок действительно удаляется полностью.

Для проверки практической значимости использования указанного приема была проведена проверка каталитических способностей выделенного белка АК в магний-зависимой обратимой фосфореляции L-аргинина аденозинтрифосфатом. Принимая активность фермента за 100%, можно считать, что концентрация его составила 0.05 мг на 100 мг наночастиц. Кроме того, важно отметить, что в ходе выделения наночастицы не разрушаются и могут быть использованы повторно.

Уточникова Валентина


В статье использованы материалы: ACS Nano


Средний балл: 6.3 (голосов 8)

 


Комментарии
статья-то может и прикольная, только применили они свои частицы неправильно и/или неубедительно. а вот перевод ужасающий.

хочется поговорить о статье, но что ни скажи - все упирается в то, что в данном переводе факты жутко перевраны. я даже не знаю, как поступать в подобных случаях. статью кто-нибудь читал? а перевод? из тех людей, кто написал, опубликовал и ставил десятки? неловко за нанометр. позорище...

протеин - это по-русски белок. "phosphorylation" - фосфорилирование, разумеется, а не фосфореляция никакая. удивили "супермагнитные свойства"... я не говорю об опечатках, речевых ошибках и небрежном оформлении - перевранных фактов достаточно, чтобы испытать шок средней силы.

шесть гистидинов не образуют с никелем шесть координационных связей. ну это уж ладно, мелочи. а вот описание рисунка 5 должно выглядеть примерно так:

Рисунок 5. Анализ белков в полиакриламидном геле. 0 - маркеры молекулярного веса; 1 - суммарный белок (видно, что имеется много целевого продукта массой 43 кДа, а также присутствуют многочисленные примеси); 2 - "проскок", то есть то, что не сорбировалось на золотожелезные частицы; 3 и 4 - первая и последняя промывка; 5 и 6 - элюция 10 мМ и 500 мМ имидазолом, соответственно(конечный продукт).

это из статьи, и этот рисунок еще давно вызвал у меня удивление и вопросы. но по описанию, приведенному автором перевода, выходит, что белок при выделении ИСЧЕЗ, и это ЗДОРОВО! и это якобы видно из рисунка, хотя авторы работы, наоборот, пытались сказать: смотрите, вот он наш белок, чистенький!

вот это утверждение и вызывает ряд вопросов. на замечательные наночки сорбировалось до ужаса мало белка! почти весь остался в растворе (дорожка 2); в реальной работе иногда случаются такие несчастья, но хотя бы на модельных системах метод же должен работать хорошо! а тут такие потери белка. и кстати, как вы думаете, если дорожку 1 разбавить в 500 раз, не получится ли в точности дорожка 6? минорные полосы не будут видны ввиду недостаточной чувствительности метода. почему бы было не взять для демонстрационного разделения смесь, в которой ненужные белки присутствуют в количествах, сопоставимых с целевым? было бы куда более наглядно. в статье нет сравнения предлагаемого метода с повсеместно используемой Ni-NTA агарозой. в общем, сами частицы милые, и общая идея мне нравится, но реализована плохо.

однако, повторюсь, никакие недостатки статьи не идут в сравнение с недостатками перевода. это ужас.
Спасибо за критику - моя оплошность, пропустил. Исправлять не буду. Пусть все читают Ваши комментарии, они вполне убедительны (а Валентине сделаю внушение, если позволите).
Светлана Владимировна, Вы абсолютно правы. Результаты по очистке белков явно натянуты, да и идея далеко не новая. Если кому интересно:
www.ioffe.rssi.ru/journals/ftt/2004/04/p7 37-739.pdf
А ёмкость по иммобилизованному живому белку неплохая. Хотя до агарозы, конечно, не дотягивает.
А какая ёмкость у Ni-NTA агарозы? В описании QIAGEN (производителя) сказано - 5-10 мг на мл. У описанных наночастиц - 0,05 мг белка на 100 мг частиц, то есть 5 мг на 10 грамм.

Им бы надо было в 10 раз больше наночастиц взять для определения ёмкости по белку и в 100 раз - для получения красивых результатов по очистке белка. Глядишь, и не к чему стало бы придраться :)

----- А какая ёмкость у Ni-NTA агарозы? В описании QIAGEN (производителя) сказано - 5-10 мг на мл. -----

Кушали, знаем.
Самодельные образцы могут иметь и большую ёмкость. Кстати, к ней надо относится критически. 5 - 10 мг/мл - это большой разброс даже для усреднённых результатов, так что в реальности он ещё больше. (Скажем 1 - 15 мг/мл)

------
У описанных наночастиц - 0,05 мг белка на 100 мг частиц, то есть 5 мг на 10 грамм.
-----

Нагляднее - 0,5 мг/1 г. Но это не суть важно. Гораздо больше меня позабавило другое. Поразмыслив, я так и не понял: а на фига там золото?
На железо посадили линкер с серой, на серу - золото, на золото - снова линкер с серой и никель-хелатом. С тем же успехом можно было залить частицы железа с аминолинком хлоруксусной кислотой, затем никелем и сразу получить металло-хелат.

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

 

Год Овцы
Год Овцы

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в международной конференции ACNS’2019. Тезисы доклада Быкова В.А.

Пять медалей завоевали российские школьники на Международной физической олимпиаде
Стали известны итоги 50-й Международной физической олимпиады для школьников, которая проходила в Тель-Авиве (Израиль). Российская сборная завоевала в состязаниях 4 золотые и одну серебряную медаль.

Поступление в совместный российско-китайский Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне
В июле 2019 года в МГУ имени М.В. Ломоносова проходит набор учащихся на программы МГУ, реализуемые в Университете МГУ-ППИ в Шэньчжэне. Поступление в совместный университет – это возможность учиться в самом быстроразвивающемся городе мира на русском языке у ведущих преподавателей МГУ по самым современным программам, получить образование мирового уровня и дипломы сразу двух университетов, овладев китайским языком. Для поступления в совместный университет не требуется владения китайским языком. Прием документов и экзамены проходят на территории МГУ. Абитуриенты имеют право поступать одновременно в МГУ имени М.В. Ломоносова и МГУ-ППИ в Шэньчжэне.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

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.