Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПОКРЫТИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПОЛИМЕРНЫМИ ОБОЛОЧКАМИ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ

Киреев А.А. 1 Колесников И.Е. 1 Пышняк М.Г. 1 Васильева А.А. 1 Ольшин П.К. 1 Окунев Е.И. 1 Калиничев А.А. 1 Назаров И.А. 1 Борисов Е.В. 1 Панькин Д.В. 1 Поволоцкая А.В. 1 Поволоцкий А.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»
Основным этапом для создания гибридных объектов является модификация поверхности люминесцентных наночастиц с последующей иммобилизацией белковых молекул, которая может быть осуществлена за счет химической или физической сорбции на поверхности или за счет ковалентного связывания с активными группами на поверхности. В работе исследована возможность покрытия люминесцентных наночастиц состава Y3Al5O12:Nd3+ полимерной оболочкой (полиэтиленгликоль) с функциональными группами, позволяющими присоединение амино- и карбоксильных групп биомолекул к полимерному покрытию. Люминесцентные наночастицы покрывались полимерной оболочкой, а затем исследовались ИК-спектроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния света. Продемонстрировано, что в ИК-спектре и спектре комбинационного рассеяния света наночастиц, обработанных полимером, присутствуют характерные для полимера пики, которые отсутствуют в исходных наночастицах, что подтверждает наличие полимерной оболочки на поверхности наночастиц. Показана возможность получения достаточного слоя полимера на поверхности Y3Al5O12:Nd3+ для детектирования его методами колебательной спектроскопии.
белки
полиэтиленгликоль
люминесцентные наночастицы
1 Домброу, Б. А. Полиуретаны / Б. А. Домброу. – М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы,1951. – 154 с.
2 Activated polyoxazolines and compositions comprising the same / J. M. Harris, M. D. Bentley, K. Yoon, Z. Fang, F. M. Veronese // patent USA № 7943141. – 17.03.2011
3. Hoogenboom, R. Tuning the LCST of poly(2-oxazolines) by varying composition and molecular weight: alternatives to poly(N-isopropylacrylamide)? / R. Hoogenboom, H. M. L. Thijs, M. Jochems, B. M. van Lankvelt, M. Fijten, U. S. Schubert // Chem. Commun. – 2008. – Vol. 44. – P. 5758–5760.
4 Hsiue, G. H. Nonviral gene carriers based on diblock copolymers of poly(2-ethyl-2-oxazoline) and linear polyethylenimine / G. H. Hsiue, H. Z. Chiang, C. H. Wang, T. M. Juang // Bioconj. Chem. – 2006. – Vol. 17. – P. 781–786.
5 Sauer, M. Ion-carrier controlled precipitation of calcium phosphate in giant ABA triblock copolymer vesicles / M. Sauer, T. Haefele, A. Graff, C. Nardin, W. Meier. // Chem. Commun. – 2001. – Vol. 23. – P. 2452–2453.
Люминесцентные наночастицы перспективны для применения в медицине в качестве контрастных агентов. Основным этапом для создания нанобиогибридных объектов является модификация поверхности люминесцентных наночастиц с последующей иммобилизацией белковых молекул, которая может быть реализована методами физической и/или химической сорбции на поверхности либо за счет ковалентного связывания с активными группами на поверхности. Из химических реакций, сопровождающих формирование покрытий из водорастворимых пленкообразователей, наиболее важными и характерными являются реакции с участием функциональных групп, не способных к самоконденсации. В первую очередь это относится к реакциям карбоксильных, гидроксильных и аминогрупп. Эти реакции, изменяя структуру полярной группы, приводят к уменьшению гидрофильности полимера, что определяет возможность использования водорастворимых пленкообразователей для получения покрытий. Карбоксильные группы взаимодействуют с гидроксильными группами [1], с аминными группами, что используется в процессах поликонденсации, а также с бензольными кольцами, что приводит к перераспределению электронной плотности. Аминные группы взаимодействуют с карбоксильными группами, альдегидными (кетонными) группами. Поли-(2-алкилоксазолины) представляются весьма перспективными для биомедицинских приложений, поскольку поли-(N-ацилэтиленимины) являются нетоксичными биосовместимыми полимерами. Следует отметить, что изменение строения алкильной группы в поли-2-алкил-2-оксазолинах позволяет широко варьировать свойства полимера в растворе [3]. Гомополимеры и сополимеры поли-2-алкилоксазолинов в виде их комплексов с низкомолекулярными соединениями и ионами металлов предложены в качестве систем доставки лекарственных веществ [2], ДНК [4], а также материала для создания биосовместимых композиционных структур [5].

Экспериментальная часть

Покрытие люминесцентных наночастиц полимерной оболочкой проводилось для стабилизированных нанокристаллических люминесцентных наночастиц состава Y3Al5O12:Nd3+ (YAG:Nd). В качестве полимера для покрытия наночастиц использовался полиэтиленгликоль (PEG), обладающий функциональными группами, позволяющими присоединение амино- и карбоксильных групп биомолекул к полимерному покрытию. Для приготовления водных растворов наночастиц, покрытых полимерной оболочкой, коллоидный раствор люминесцентных наночастиц добавлялся к буферному раствору с заданной величиной рН среды, в котором было растворено заданное количество полимера. Из полученных коллоидных растворов наночастицы с полимерной оболочкой отделялись центрифугированием при 3000 об/мин в течение 5 мин. Затем полученные образцы исследовались методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и ИК-спектроскопии. На рисунке 1 приведен ИК-спектр и спектр комбинационного рассеяния света полиэтиленгликоля.

Рис. 1. ИК-спектр (а) и спектр КРС (б) полиэтиленгликоля

На спектре полиэтиленгликоля, представленном на рисунке 1 (а), можно выделить несколько характеристических полос, которые могут быть использованы для идентификации наличия данного полимера. Это полоса в области 3450 см-1, обусловленная наличием ОН- групп, полоса в области 2870 см-1 (-СН2-); интенсивная полоса в области 1116 см-1, вызванная наличием эфирной группы -СH2-О-СH2-. На рисунке 1 (б) приведен спектр комбинационного рассеяния полиэтиленгликоля. В данном случае наблюдается корреляция в спектрах комбинационного рассеяния и ИК поглощения, однако происходит сильное перераспределение интенсивностей. На рисунке 2 приведены фрагменты спектров чистого полимера, наночастиц (1), исходных и прошедших обработку полимером.

Graph10new

Рис. 2. Фрагменты ИК-спектров поглощения: PEG (кривая 3); исходных наночастиц YAG:Nd (кривая 2); наночастиц, обработанных PEG (кривая 1)

Как видно из рисунка 2, в спектре наночастиц, обработанных полимером, присутствует характерная для полимера полоса, которая отсутствует в исходных наночастицах, что подтверждает наличие полимерной оболочки на поверхности наночастиц.

На рисунке 3 приведен спектр КРС наночастиц алюмоиттриевого граната, допированного ионами неодима и обработанного полимером PEG.

Graph20

Рис. 3. Спектр КРС наночастиц YAG:Nd, обработанных PEG

На рисунке 4 для сравнения приведены спектры КРС чистого PEG, наночастиц YAG:Nd, исходных и прошедших обработку полимером. Спектры приведены в увеличенном масштабе в области волновых чисел, характерных для полиэтиленгликоля.

Graph21

Рис. 4. Cпектры КРС: PEG (кривая 3); исходных наночастиц YAG:Nd (кривая 2); наночастиц, обработанных PEG (кривая 1)

На рисунке 4 видно, что в спектре наночастиц, обработанных полимером, присутствует характерная для полимера полоса, которая отсутствует в исходных наночастицах, что подтверждает наличие полимерной оболочки на поверхности наночастиц.

Вывод

Проведенное исследование позволяет сделать выводы, что люминесцентные наночастицы покрываются слоем полимера PEG, достаточным для детектирования его методами колебательной спектроскопии (ИК поглощение, комбинационное рассеяние). Таким образом, данное исследование экспериментально показало возможность покрытия создаваемых наночастиц полимерными оболочками с функциональными группами, позволяющими присоединение амино- и карбоксильных групп биомолекул к полимерному покрытию.

Экспериментальные исследования проведены в ресурсных центрах СПбГУ «Оптические и лазерные методы исследования вещества» и «Междисциплинарном Ресурсном Центре по направлению “Нанотехнологии”»

Работа поддержана грантом РФФИ № мол_а 14-02-31031 и Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (программа УМНИК) №3576ГУ1/2014.


Рецензенты:

Соколов И.А., д.х.н., профессор, заведующий кафедрой «Общая и неорганическая химия» института Металлургии, машиностроения и транспорта Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого, г. Санкт Петербург;

Михайлов М.Д., д.х.н., профессор, заместитель генерального директора по науке ОАО «Научно-исследовательский и технологический институт Оптического материаловедения Всероссийского научного центра “ГОИ им. С.И. Вавилова”» (ОАО «НИТИОМ ВНЦ «ГОИ им. С.И. Вавилова») , г. Санкт Петербург.

 


Библиографическая ссылка

Киреев А.А., Колесников И.Е., Пышняк М.Г., Васильева А.А., Ольшин П.К., Окунев Е.И., Калиничев А.А., Назаров И.А., Борисов Е.В., Панькин Д.В., Поволоцкая А.В., Поволоцкий А.В. ПОКРЫТИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ НАНОЧАСТИЦ ПОЛИМЕРНЫМИ ОБОЛОЧКАМИ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=20657 (дата обращения: 28.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074