Взаємодія аміноцукрів із поверхнею модифікованих альбуміном високодисперсних оксидів та властивості нанокомпозитів на їх основі

Адсорбцію БСА досліджували при рН = 2, 5; 4, 8 та 7, 0. Встановлено, що максимальна адсорбція БСА на поверхні ВДК, ТК20 та АК1 спостерігається при рН = 4, 8 (табл. 1) та описується ізотермами ленгмюрівського типу. При всіх значеннях рН гранична адсорбція (Г∞) БСА (в мг/м2) найвища для ТК20 і найменша для АК1.

 

 

При рН 2, 5 та 7, 0 (табл. 1) значення граничної адсорбції зменшується. При рН 2, 5 процесу адсорбції перешкоджає йон-дипольна взаємодія з поверхневими силанольними групами (оскільки білок і поверхня позитивно заряджені) та максимальна флокуляція, що зумовлена формуванням кількох зв’язків молекули БСА з частками від сусідніх агрегатів. При рН = 7, 0 глобула білка та поверхня заряджені негативно, що призводить до зменшення адсорбції. Це може бути викликане латеральним відштовхуванням однойменно заряджених молекул білка в адсорбційному шарі та зменшенням йонної сили.

Встановлено, що за адсорбційними та ІЧ-спектроскопічними даними молекули БСА адсорбуються пласко на всіх досліджених кремнеземах, за винятком «ТК20/БСА» при рН 4, 8, для якого характерна нахилена орієнтація макромолекул білка.

Величина десорбції альбуміну з поверхні зразків ВДК та АК1 не перевищує 25%, а ТК20 – 17%.

Досліджено адсорбцію аміноцукрів на поверхні вихідних та модифікованих білком дисперсних оксидів. Встановлено, що максимальна адсорбція GlcNAc спостерігається для вихідного ТК20 (0, 18 мг/м2), а у випадку D-GalN ─ для АК1 (0, 25 мг/м2)  (табл. 2). Збільшення адсорбції для змішаних оксидів на відміну від ВДК, зумовлено наявністю на їх поверхні бренстедівських та льюїсівських активних центрів. Більше значення адсорбції D-GalN, порівняно з GlcNAc, пояснюється відсутністю в його складі СО- та СН3-груп, що приводить до більш сильного утримання молекули аміноцукру на поверхні носія.

 

 

При попередньому модифікуванні поверхні білком максимальна адсорбція GlcNAc спостерігається на «ТК20/БСА» при всіх значеннях рН, а D-GalN ─ на «ТК20/БСА» при рН 2, 5 та 7, 0, та АК1 (рН 4, 8). Встановлено, що наявність білка на поверхні адсорбенту зменшує величину адсорбції GlcNAc на «ВДК/БСА» при рН 4, 8 та 7, 0. У випадку D-GalN вона зменшується для всіх зразків ВДК з білком та «АК1/БСА» при рН 7, 0. Це пов’язане з тим, що шар білка на поверхні кремнезему, вірогідно, перешкоджає молекулам вуглеводу взаємодіяти з поверхнею. Величина адсорбції аміноцукру на поверхні НК «нанооксид/білок» знижується в результаті заміни силанольних груп на карбонільні, що призводить до взаємного відштовхування молекул вуглеводу. Зменшення адсорбції аміноцукру може бути також зумовлене утворенням при цьому процесі агрегатів.

Оскільки молекули GlcNAc містять електронодонорні атоми азоту та кисню, то можна припустити, що його взаємодія з білковим шаром, адсорбованим на поверхні кремнезему, відбувається переважно на кислотних центрах. Крім того, аміноцукри можуть також адсорбуватися в порожнинах глобул білка, витіснюючи при цьому частину води, якою вони заповнені.

Десорбція GlcNAc з поверхні всіх зразків ВДК не перевищує 28%, ТК20 та АК1 ─ 19 та 20%, відповідно. Десорбція D-GalN з поверхні всіх зразків ВДК не вища 24%, ТК20 та АК1─ 12 та 20%, відповідно.

У четвертому розділі розглянуто зміни у просторовому розташуванні БСА при його адсорбційній взаємодії з ВДК, ТК20 та АК1 при різних значеннях рН, а також дослідження поверхні кремнеземів (вихідних та модифікованих альбуміном) після адсорбції на них аміноцукрів. Для характеристики взаємодії БСА з поверхнею твердої фази використовували смуги валентних ОН-коливань (3750 см-1), а також «Амід І» (1650 см-1) та «Амід ІІ» (1550 см-1).

В результаті адсорбції альбуміну на поверхні дисперсних оксидів смуга 3750 см-1 зникає при рН 4, 8, а при рН 2, 5 та 7, 0 дещо зменшується. Крім того, адсорбція білка призводить до появи широкої смуги поглинання при 3300 см-1 та смуги валентних С=О- та N-Н-коливань (смуги «Амід І» та «Амід ІІ»). Це свідчить про утворення сильного водневого зв’язку між вільними силанольними групами поверхні кремнезему та карбоксильними і аміногрупами адсорбованого білка.

В ІЧ-спектрах досліджених зразків «нанооксид/альбумін» при всіх значеннях рН спостерігається низькочастотне плече при 1630 см-1, що може свідчити про наявність фізично адсорбованої води та про можливий перехід білкової молекули зі згорнутої α-форми в β-форму, що визначається наявністю міжмолекулярних водневих зв’язків. Останнє узгоджується з літературними даними. 

  

 

Щодо ІЧ-спектрів аміноцукрів (GlcNAc та D-GalN), адсорбованих на модифікованій БСА поверхні, то встановлено, що при їх адсорбції спостерігається зміщення смуги «Амід І» при 1650 см-1 та «Амід ІІ» при 1550 см-1 як у високо-, так і в низькочастотній області, що, вірогідно, вказує на зміну орієнтації молекули альбуміну при адсорбції аміноцукру (рис. 1). При цьому проявляються смуги поглинання, характерні як для аміноцукру, так і для БСА. В ІЧ-спектрах обох адсорбованих аміноцукрів в області 2700-3600 см-1 спостерігається поява широкої смуги поглинання, що зумовлено одночасним проявом зв’язку N-Н, валентними коливаннями С-Н- та О-Н-груп. Викладене підтверджує зміну просторового розташування