Artykuł metodologiczny

Badanie adsorpcji krótkich peptydów na zdyspergowanych nanocząstkach nieorganicznych w roztworze metodą zubożenia

DOI:

10.3791/60526

⸱

11 kwietnia 2020

 ,  ,  ,  , 
1Nanotechnology Education and Research Center, South Ural State University, 2Laboratory of Computational Modelling of Drugs, South Ural State University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Pierwszym krokiem do zrozumienia interakcji biomolekuła z nieorganiczną fazą stałą jest odkrycie podstawowych stałych fizykochemicznych, które mogą być oceniane poprzez ustalenie izoterm adsorpcji. Adsorpcja w fazie ciekłej jest ograniczona przez kinetykę, pojemność powierzchniową, pH i adsorpcję konkurencyjną, które należy ostrożnie rozważyć przed rozpoczęciem eksperymentu adsorpcji.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Podstawy interakcji nieorganiczno-organicznych są niezwykle ważne dla odkrywania i rozwoju nowych biointerfejsów, które można wykorzystać w biotechnologii i medycynie. Ostatnie badania wskazują, że białka oddziałują z powierzchniami poprzez ograniczone miejsca adsorpcji. Fragmenty białek, takie jak aminokwasy i peptydy, można wykorzystać do modelowania interakcji między złożonymi makrocząsteczkami biologicznymi a powierzchniami nieorganicznymi. W ciągu ostatnich trzech dekad opracowano wiele ważnych i czułych metod pomiaru podstaw chemii fizycznej tych oddziaływań: kalorymetria miareczkowa izotermiczna (ITC), powierzchniowy rezonans plazmonowy (SPR), mikrowaga kryształu kwarcu (QCM), fluorescencja całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRF) i spektroskopia całkowitego odbicia tłumionego (ATR).

Najprostszą i najtańszą techniką pomiaru adsorpcji jest metoda zubożenia, gdzie zmiana stężenia sorbinianu (wyczerpanie) po kontakcie z sorbentem zdyspergowanym w roztworze jest obliczana i zakłada się, że jest zaadsorbowany. Izotermy adsorpcji oparte na danych o zubożeniu dostarczają wszystkich podstawowych danych fizykochemicznych. Jednak adsorpcja z roztworów wymaga dłuższych czasów równowagi ze względu na ograniczenia kinetyczne i sorbenty o dużej powierzchni właściwej, co sprawia, że prawie nie ma zastosowania do makroskopowych powierzchni o stałej płaszczyźnie. Ponadto podczas badania peptydów adsorpcyjnych należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak niestabilność zoli, agregaty nanocząstek, krystaliczność sorbentu, rozkład wielkości nanocząstek, pH roztworu i konkurencja o adsorpcję. Konstrukcja izotermy danych o zubożeniu dostarcza kompleksowych danych z zakresu chemii fizycznej dla dosłownie każdego rozpuszczalnego sorbinianu, a jednocześnie pozostaje najbardziej dostępną metodologią, ponieważ nie wymaga kosztownych konfiguracji. W artykule opisano podstawowy protokół eksperymentalnego badania adsorpcji peptydów na tlenku nieorganicznym i omówiono wszystkie punkty krytyczne, które wpływają na ten proces.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przez ostatnie 50 lat interakcja między powierzchniami nieorganicznymi a peptydami przyciągała wiele uwagi ze względu na jej duże znaczenie w materiałoznawstwie i medycynie. Badania biomedyczne koncentrują się na kompatybilności i stabilności powierzchni bionieorganicznych, co ma bezpośrednie implikacje dla medycyny regeneracyjnej, inżynierii tkankowej1,2,3, oraz implantation4,5,6,7. Współczesne urządzenia reagujące biologicznie, takie jak czujniki i siłowniki, opierają się na funkcjonalnych białkach unieruchomionych na tlenkowych powierzchniach półprzewodnikowych8,9,10,11,12,13. Nowoczesne praktyki oczyszczania w produkcji białek często opierają się na właściwościach interakcji biomolekuł w dalszym oczyszczaniu i separacji14.

Wśród wielu nieorganicznych tlenków, dwutlenek tytanu pozostaje najczęściej wykorzystywany w połączeniu z biologicznie istotnymi substratami15,16. Badania w dziedzinie biointerfejsów opartych na TiO2 koncentrowały się na ustaleniu silnego i specyficznego wiązania białek i peptydów bez zmiany ich właściwości biologicznych i strukturalnych. Ostatecznym celem jest warstwa biomolekuł o dużej gęstości powierzchniowej o wysokiej stabilności i zwiększonej funkcjonalności, która przyczyni się do rozwoju biotechnologicznych i medycznych zastosowań na bazie tytanu17.

Tytan i jego stopy są szeroko stosowane jako materiał do produkcji implantów chirurgicznych od co najmniej sześciu dekad, ponieważ warstwa TiO2 o grubości kilku nanometrów jest odporna na korozję i wykazuje wysoki poziom biokompatybilności w wielu zastosowaniach in vivo18,19,20. Dwutlenek tytanu jest również powszechnie uważany za substrat nieorganiczny wytwarzany w procesie biomineralizacji, gdzie zarodkowanie i wzrost fazy nieorganicznej, któremu towarzyszą białka i peptydy, mogą dostarczyć materiałów o obiecujących właściwościach katalitycznych i optycznych21,22,23,24.

Biorąc pod uwagę wysokie znaczenie interakcji między materiałami nieorganicznymi i biomolekułami w ogóle, a interakcji białko-TiO2 w szczególności, przeprowadzono wiele badań dotyczących manipulacji i kontroli adsorpcji białek na TiO2. Dzięki tym badaniom ujawniono pewne podstawowe właściwości tej interakcji, takie jak kinetyka adsorpcji, pokrycie powierzchni i konformacja biomolekuł, co stanowi istotne wsparcie dla dalszych postępów w biointerfejsach5,13.

Jednakże, złożoność białek znacznie utrudnia pełne określenie i zrozumienie interakcji białka na poziomie molekularnym z powierzchniami nieorganicznymi. Zakładając, że biomolekuły oddziałują z powierzchniami nieorganicznymi poprzez ograniczone miejsca, niektóre białka o znanych strukturach i sekwencjach aminokwasów zostały zredukowane do ich składników - peptydów i aminokwasów - które są badane oddzielnie. Niektóre z tych peptydów wykazały znaczącą aktywność, co czyni je unikalnym przedmiotem badań adsorpcji bez konieczności uprzedniej separacji białek25,26,27,28,29,30.

Ilościowa charakterystyka adsorpcji peptydów na TiO2 lub innych powierzchniach nieorganicznych może być osiągnięta za pomocą metod fizycznych, które zostały specjalnie dostosowane do biomolekuł w ciągu ostatnich kilku dekad. Metody te obejmują izotermiczną kalorymetrię miareczkową (ITC), powierzchniowy rezonans plazmonowy (SPR), mikrowagę kryształów kwarcu (QCM), fluorescencję całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRF) i spektroskopię całkowitego odbicia tłumionego (ATR), z których wszystkie pozwalają na wykrycie siły adsorpcji poprzez dostarczenie kluczowych danych termodynamicznych: stałej wiązania, energii swobodnej Gibbsa, entalpii i entropii31.

Adsorpcja biomolekuł w materiale nieorganicznym może być realizowana na dwa sposoby: 1) ITC jak również metoda zubożenia wykorzystują cząstki rozproszone w roztworze wiążące się z ustalonymi powierzchniami makroskopowymi; 2) SPR, QCM, TIRF i ATR wykorzystują makroskopowe powierzchnie zmodyfikowane materiałem nieorganicznym, takim jak odpowiednio szkło lub wióry metalowe pokryte złotem, kryształy kwarcu, kryształy siarczku i wióry PMMA.

Izotermiczna kalorymetria miareczkowa (ITC) to bezznacznikowa metoda fizyczna, która mierzy ciepło wytwarzane lub zużywane podczas miareczkowania roztworów lub mieszanin heterogenicznych. Czułe ogniwa kalorymetryczne wykrywają efekty cieplne już od 100 nanodżuli, dzięki czemu możliwy jest pomiar ciepła adsorpcji na powierzchniach nanocząstek. Zachowanie termiczne sorbinianu podczas ciągłego miareczkowania addycyjnego, zapewnia pełny profil termodynamiczny oddziaływania, ujawniając entalpię, stałą wiązania i entropię w danej temperaturze32,33,34,35,36.

Spektroskopia powierzchniowego rezonansu plazmonowego (SPR) jest powierzchniowo czułą techniką optyczną opartą na pomiarze współczynnika załamania światła w bliskiej odległości od badanej powierzchni. Jest to metoda monitorowania adsorpcji odwracalnej i grubości warstwy adsorpcyjnej w czasie rzeczywistym bez użycia etykiet. Stałą wiązania można obliczyć na podstawie współczynników asocjacji i dysocjacji. Eksperymenty adsorpcyjne przeprowadzone w różnych temperaturach mogą dostarczyć informacji o zależności energii aktywacji od temperatury i sekwencyjnie innych parametrów termodynamicznych37,38,39.

Metoda mikrobalansu kryształu kwarcu (QCM) mierzy zmianę częstotliwości oscylacji kryształów piezoelektrycznych podczas procesów adsorpcji i desorpcji. Stałą wiązania można obliczyć na podstawie stosunku stałych szybkości adsorpcji i desorpcji. QCM jest używany do pomiarów masy względnej i dlatego nie wymaga kalibracji25,27,40. QCM służy do adsorpcji zarówno z gazu, jak i cieczy. Technika ciekła pozwala na wykorzystanie QCM jako narzędzia analitycznego do opisu osadzania na różnie zmodyfikowanych powierzchniach41.

Całkowita fluorescencja wewnętrznego odbicia (TIRF) to czuła optyczna technika międzyfazowa oparta na pomiarze fluorescencji zaadsorbowanych fluoroforów wzbudzonych wewnętrznie odbitymi falami ulotnymi. Metoda pozwala na detekcję cząsteczek fluorescencyjnych pokrywających powierzchnię o grubościach rzędu kilkudziesięciu nanometrów, dlatego znajduje zastosowanie w badaniu adsorpcji makromolekularnej na różnych powierzchniach42,43. Monitorowanie in situ dynamiki fluorescencji podczas adsorpcji i desorpcji dostarcza kinetyki adsorpcji, a tym samym danych termodynamicznych42,43.

Osłabiony całkowity współczynnik odbicia (ATR) został użyty przez Roddicka-Lanzilottę do ustalenia izoterm adsorpcji lizyny na podstawie pasm widmowych lizyny na 1,600 i 1,525 cm-1. Jest to pierwszy raz, kiedy stała wiązania peptydu na TiO2 została określona za pomocą metody podczerwieni in situ44. Technika ta okazała się skuteczna w ustalaniu izoterm adsorpcji dla peptydów polilizynowych45 i aminokwasów kwaśnych46.

W przeciwieństwie do wyżej wymienionych metod, gdzie parametr adsorpcji jest mierzony in situ, w konwencjonalnym eksperymencie ilość zaadsorbowanych biomolekuł jest mierzona przez zmianę stężenia po zetknięciu się powierzchni z roztworem. Ponieważ stężenie sorbinianu ulega zanikowi w zdecydowanej większości przypadków adsorpcji, metoda ta jest określana jako metoda zubożenia. Pomiary stężenia wymagają zwalidowanego testu analitycznego, który może być oparty na wewnętrznej właściwości analitycznej sorbatu lub na etykiecie47,48,49,50 lub derywatyzacja51,52.

Eksperymenty z adsorpcją przy użyciu QCM, SPR, TIRF lub ATR wymagają specjalnego przygotowania powierzchni chipów i czujników używanych do badań adsorpcji. Przygotowane powierzchnie powinny być używane jednorazowo i wymagać zmiany po zmianie adsorbatu, ze względu na nieuniknione uwodnienie powierzchni tlenku lub możliwą chemisorpcję sorbinianu. Tylko jedna próbka na raz może być badana przy użyciu ITC, QCM, SPR, TIRF lub ATR, podczas gdy w metodzie zubożenia można uruchomić dziesiątki próbek, dla których ilość jest ograniczona tylko wydajnością termostatu i dostępnością sorbentu. Jest to szczególnie ważne w przypadku przetwarzania dużych partii próbek lub bibliotek cząsteczek bioaktywnych. Co ważne, metoda depletion nie wymaga kosztownego sprzętu, a jedynie termostatu.

Jednakże, pomimo swoich oczywistych zalet, metoda wyczerpania wymaga skomplikowanych procedur, które mogą wydawać się uciążliwe. W artykule przedstawiono, jak przeprowadzić kompleksowe badanie fizykochemiczne adsorpcji dipeptydów na TiO2 przy użyciu metody zubożenia oraz omówiono problemy, z którymi mogą się spotkać badacze podczas wykonywania odpowiednich eksperymentów.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Przygotowanie roztworów podstawowych dipeptydów i rozcieńczeń

  1. Przygotowanie 16 mM roztworu dipeptydu
    1. Umieścić 0,183 g dipeptydu (Ile-His) (patrz Tabela Materiałów) w sterylnej polimerowej probówce, rozcieńczyć do 35 ml wodą podwójnie destylowaną (DDW) i rozpuścić w temperaturze pokojowej (RT) pod energicznym mieszaniem.
      UWAGA: Jeśli dipeptyd nie rozpuści się w DDW podczas mieszania, umieść roztwór dipeptydu w łaźni ultradźwiękowej i sonikuj przez kilka minut.
    2. Przygotować 50 mM roztwór buforu kwasu 2-(N-morfolino)etanosulfonowego (MES), rozpuszczając 0,533 g suchego kwasu 2-(N-morfolino)etanosulfonowego w 50 ml DDW w sterylnej probówce. Przygotować 50 mM roztwór wodorotlenku sodu, rozpuszczając 200 mg wodorotlenku sodu w 100 ml DDW.
    3. Dostosować pH wstępnie rozpuszczonego roztworu dipeptydu do 7,4, ostrożnie dodając (miareczkowanie mikrolitrowe) 50 mM MES lub 50 mM wodorotlenku sodu do 16 mM roztworu dipeptydu, mieszając w temperaturze pokojowej i monitorując pH za pomocą pH-metru. Po dostosowaniu pH wlej roztwór do cylindra miarowego, przepłucz probówkę i napełnij cylinder miarowy DDW do 40 ml, aby uzyskać końcowe stężenie 16 mM.
  2. Przygotowanie rozcieńczeń dipeptydów z 16 mM roztworu podstawowego
    1. Przygotować roztwory peptydów o stężeniach między 0,4 a 12,0 mM, rozcieńczając 16 mM roztwór dipeptydu DDW. Na przykład, aby przygotować roztwór dipeptydu o stężeniu 8 mM, należy dodać 7 ml DDW do 10 ml roztworu dipeptydu o stężeniu 16 mM. Po rozcieńczeniu dostosować pH do 7,4, dodając kropla po kropli 50 mM MES lub 50 mM NaOH do roztworu dipeptydu (patrz krok 1.1.3). Po wyregulowaniu pH wlej roztwór do cylindra miarowego, przepłucz probówkę i napełnij cylinder miarowy do 20 ml DDW, aby stężenie dipeptydu wynosiło 8 mM.
      UWAGA: Inne rozcieńczenia 16 mM roztworu podstawowego dipeptydu o stężeniach 0,4, 0,8, 1,2, 1,6, 2,0, 3,0, 4,0, 8,0 i 12,0 mM przygotowuje się zgodnie z Rysunek 1. Dostosowanie pH każdego roztworu dipeptydu do 7,4 opisano w kroku 1.1.3.

2. Przygotowanie solu tytanowego

  1. Przygotować 10 mM roztwór buforu MES, rozpuszczając 1,066 g MES w 500 ml DDW. Dostosować pH do 7,4 za pomocą suchego wodorotlenku sodu po wymieszaniu i monitorowaniu pH za pomocą pH-metru.
  2. Zmielić 200 mg nanokrystalicznego TiO2 w moździerzu przez co najmniej 5 minut (patrz tabela materiałów).
  3. Odważyć 40 mg zmielonych nanocząstek ditlenku tytanu do kolby laboratoryjnej. Umieścić kolbę w łaźni sonizacyjnej (patrz Tabela Materiałów) za pomocą stanowiska laboratoryjnego.
  4. Dodać 20 ml 10 mM buforu MES do kolby z TiO2 i sonikować w łaźni ultradźwiękowej (5 l, 40 kHz, 120 W) przez 20 minut.

3. Mieszanie i termostatowanie

  1. Ustaw termostat (patrz Tabela materiałów) na żądane temperatury (tj. 0.00, 10.00, 20.00, 30.00 lub 40.00 °C).
  2. Dodać 1 ml sonikowanego zolu TiO2 do oznaczonych fiolek adsorpcyjnych. Umieścić oznaczone fiolki adsorpcyjne w odpowiednim rozcieńczeniu dipeptydowym w prowizorycznym urządzeniu flotacyjnym wykonanym z ekstrudowanej pianki polistyrenowej. Umieścić urządzenie flotacyjne z oznaczonymi fiolkami i odpowiadającymi im rozcieńczeniami dipeptydów w termostacie na co najmniej 5 minut.
  3. Dodać 1 ml każdego rozcieńczenia dipeptydu do odpowiedniej oznaczonej fiolki adsorpcyjnej, upewniając się, że wszystkie roztwory do mieszania mają tę samą temperaturę. Utrzymać serię otrzymanych próbek adsorpcyjnych na termostacie w temperaturze 0,00, 10,00, 20,00, 30,00 lub 40,00 °C przez 24 godziny, aby osiągnąć równowagę adsorpcji.
    UWAGA: Ostrożnie wstrząśnij wszystkimi próbkami uzyskanych dyspersji przed włożeniem ich do termostatu.
  4. Od czasu do czasu mieszaj dyspersje TiO2, ręcznie potrząsając nimi podczas termostatowania.

4. Filtracja próbek termostatyzowanych

  1. Aby uniknąć przywrócenia równowagi wywołanej temperaturą, należy wyjmować jedną próbkę na raz z termostatu w celu filtracji.
  2. Pobrać próbkę roztworu dipeptydu z każdej szklanej fiolki za pomocą strzykawki, przez igłę strzykawki. Wyjąć igłę ze strzykawki i założyć filtr strzykawkowy (patrz Tabela materiałów) w celu przefiltrowania roztworu dipeptydu do szklanej fiolki. Powtórzyć filtrację z pozostałymi próbkami.
  3. Analizować filtrat zgodnie z sekcją 5.
    UWAGA: Nie należy odwirowywać próbek, ponieważ zajmuje to kilka minut i może spowodować zmianę równowagi stężeń.

5. Derywatyzacja i analiza HPLC

  1. Przygotować 50 ml roztworu kwasu trifluorooctowego (TFA) w acetonitrylu. Dodać 0,34 ml TFA do cylindra miarowego i dostosować objętość roztworu do 50 ml z acetonitrylem w temperaturze RT.
    UWAGA: Pracuj z TFA pod wyciągiem z wentylacją, ponieważ kwas trifluorooctowy jest szkodliwy przy wdychaniu, powoduje poważne oparzenia skóry i jest toksyczny dla organizmów wodnych nawet w niskich stężeniach53.
  2. Przygotować roztwór do derywatyzacji (tj. odczynnik Edmana54), umieszczając 299 μl izotiocyjanianu fenylu i 347 μl trietyloaminy w cylindrze miarowym i dostosowując objętość roztworu do 50 ml acetonitrylu w temperaturze pokojowej.
  3. Przed analizą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) próbki należy poprowadzić odczynnikiem Edmana w fiolkach chromatograficznych. Zmieszać 400 μl próbki z 400 μl odczynnika Edmana. Podgrzewać próbkę w temperaturze 60 °C przez 15 minut. Po podgrzaniu zneutralizować próbkę 225 μl roztworu TFA i odczekać kilka minut, aby schłodzić próbkę do temperatury pokojowej.
  4. Przeprowadzić analizę HPLC (patrz tabela materiałów) w celu określenia stężenia roztworu dipeptydu przed i po adsorpcji. Umieścić fiolki chromatograficzne z analizowanymi roztworami w autosamplerze HPLC i rozpocząć analizę próbek w niezbędnych warunkach, które są ustawiane przez oprogramowanie (patrz Tabela materiałów).
    UWAGA: Faza ruchoma składa się z 0,1% TFA w wodzie dejonizowanej i czystego acetonitrylu, z gradientami acetonitrylu od 20-90% przy 286 nm przez 13 min. Przeanalizować każdą próbkę w trzech egzemplarzach. Zmierz stężenie roztworu dipeptydu, korzystając z wcześniej ustalonej krzywej kalibracyjnej (Rysunek 2). Specyfikacje chromatograficzne patrz Shchelokov et al.55.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Adsorpcja dipeptydu na nanokrystalicznym dwutlenku tytanu została zbadana w warunkach biokompatybilnych w zakresie temperatur 0−40 °C. Eksperymentalna adsorpcja dipeptydów (A, mmol/g) na powierzchni dwutlenku tytanu została oceniona jako

figure-results-1

Gdzie C0 i Ce to odpowiednio początkowe i ró...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Adsorpcja z roztworów do budowy izotermy wymaga dłuższego czasu na zrównoważenie ze względu na ograniczenia kinetyczne i sorbenty o dużej powierzchni właściwej. Ponadto podczas adsorpcji aminokwasów należy wziąć pod uwagę niestabilność zoli, agregatów nanocząstek, krystaliczność, rozkład wielkości nanocząstek, pH roztworu oraz konkurencję o adsorpcję. Jednak budowa izotermy adsorpcyjnej przy użyciu metody zubożenia pozostaje najbardziej dostępną metodologią, ponieważ nie wymaga kosztownych konfiguracji, a mimo to dostarc...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca została wsparta finansowo przez Rosyjską Fundację Badań Podstawowych (Grant nr 15-03-07834-a).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Kwas 2-(N-Morfolino)etanosulfonowyTCI Chemicals4432-31-9MES, >98%
AcetonitrylPanreac AppliChemKlasa HPLC
Fiolkiszklane
Dipeptyd Ile-HisBachem4000894
WodaDDW została uzyskana na miejscu
Kąpiel grzewcza czyszcząca "Ultrasons-HD"J.P. Selecta30008655 L, 40 kHz, 120 Watts
Wysokowydajny system chromatografu cieczowego wyposażony w UV− detektor visShimadzu, LC-20 ProminenceHPLC
IsopropanolSigma-Aldrich (Merck)67-63-099.70%
LabSolutions LiteShimadzu223-60410Oprogramowanie do wysokowydajnego systemu chromatografii cieczowej
Nanokrystaliczna TiO2Czysta anataz o co najmniej 99% krystaliczności. Średnia wielkość cząstek 10,62 ± 3,31 nm. Powierzchnia właściwa 131,9 m2/g (BET). Patrz Langmuir 2019, 35, 538− 550, po szczegóły.
Izotiocyjanian fenyluAcros Organics103-72-0PITC, 98%
Kolumna Zorbax z odwróconymi fazamiZORBAX LC150 razy; średnica wewnętrzna 2,5 mm o średniej wielkości cząstek 5 & mu; m
Filtr strzykawkowyVladfilter25 mm, 0,2 μ m pore, octan celulozy
Test sterylnej rurkipolipropylenowy
TC-502BrookfieldChłodnicza/podgrzewająca kąpiel cyrkulacyjna z programowalnym sterownikiem do derywatyzacji
próbki TrietyloaminaSigma-Aldrich (Merck)121-44-8HERBATA; 99%
Kwas trifluorooctowyPanreac AppliChem163317TFA, 99%
chromatograficzne podwójnie destylowana polimerowej Termostat

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Garcia, A. J. Interfaces to Control Cell-Biomaterial Adhesive Interactions. Polymers for Regenerative Medicine. 203, Chapter 71 171-190 (2006).
  2. Mahmood, T. A., et al. Modulation of chondrocyte phenotype for tissue engineering by designing the biologic-polymer carrier interface. Biomacromolecules. 7 (11), 3012-3018 (2006).
  3. Gandavarapu, N. R., Mariner, P. D., Schwartz, M. P., Anseth, K. S. Extracellular matrix protein adsorption to phosphate-functionalized gels from serum promotes osteogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. Acta Biomaterialia. 9 (1), 4525-4534 (2013).
  4. Horbett, T. Biological Activity of Adsorbed Proteins. Surfactant Science Series. 110, 393-413 (2010).
  5. Ratner, B. D., Hoffman, A. S., Schoen, F. J., Lemons, J. E. Biomaterials Science: An Introduction to Materials in Medicine. , Elsevier Academic Press/Academic Press. San Diego. (2004).
  6. Jahangir, A. R., et al. Fluorinated surface-modifying macromolecules: Modulating adhesive protein and platelet interactions on a polyether-urethane. Journal of Biomedical Materials Research. 60 (1), 135-147 (2002).
  7. Shen, M., et al. PEO-like plasma polymerized tetraglyme surface interactions with leukocytes and proteins: In vitro and in vivo studies. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 13 (4), 367-390 (2002).
  8. Wisniewski, N., Moussy, F., Reichert, W. M. Characterization of implantable biosensor membrane biofouling. Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. 366 (6-7), 611-621 (2000).
  9. Geelhood, S. J., et al. Passivating Protein Coatings for Implantable Glucose Sensors: Evaluation of Protein Retention. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. 81, 251-260 (2007).
  10. Knowles, J. R. Enzyme catalysis: not different, just better. Nature. 350 (6314), 121-124 (1991).
  11. Blankschien, M. D., et al. Light-triggered biocatalysis using thermophilic enzyme - Gold nanoparticle complexes. ACS Nano. 7 (1), 654-663 (2013).
  12. Wu, H., et al. Catechol modification and covalent immobilization of catalase on titania submicrospheres. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic. 92, 44-50 (2013).
  13. Gray, J. J. The interaction of proteins with solid surfaces. Current Opinion in Structural Biology. 14 (1), 110-115 (2004).
  14. Hlady, V., Buijs, J. Protein adsorption on solid surfaces. Current Opinion in Biotechnology. 7 (1), 72-77 (1996).
  15. Kulkarni, M., et al. Titanium nanostructures for biomedical applications. Nanotechnology. 26 (6), 062002(2015).
  16. Yin, F. Z., Wu, L., Gui Yang, H., Su, H. Y. Recent progress in biomedical applications of titanium dioxide. Physical Chemistry Chemical Physics. 15 (14), 4844-4858 (2013).
  17. Rezania, A., Johnson, R., Lefkow, A. R., Healy, K. E. Bioactivation of metal oxide surfaces. 1. Surface characterization and cell response. Langmuir. 15 (20), 6931-6939 (1999).
  18. Schenk, R. The Corrosion Properties of Titanium and Titanium Alloys. Titanium in Medicine. Brunette, D. M., et al. , Springer-Verlag. Berlin, Germany. 145-170 (2001).
  19. Bozzini, B., et al. An electrochemical impedance investigation of the behaviour of anodically oxidised titanium in human plasma and cognate fluids, relevant to dental applications. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 19 (11), 3443-3453 (2008).
  20. Popa, M. V., et al. Long-term assessment of the implant titanium material - Artificial saliva interface. Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 19 (1), 1-9 (2008).
  21. Kim, J. K., et al. Lysozyme-mediated biomineralization of titanium-tungsten oxide hybrid nanoparticles with high photocatalytic activity. Chemical Communications. 50, 12392-12395 (2014).
  22. Suriyaraj, S. P., Selvakumar, R. Room temperature biosynthesis of crystalline TiO2 nanoparticles using Bacillus licheniformis and studies on the effect of calcination on phase structure and optical properties. RSC Advances. 4, 39619-39624 (2014).
  23. Inoue, I., et al. Thermo-stable carbon nanotube-TiO2 nanocompsite as electron highways in dye-sensitized solar cell produced by bio-nano-process. Nanotechnology. 26 (28), 285601(2015).
  24. Gardères, J., et al. Self-assembly and photocatalytic activity of branched silicatein/silintaphin filaments decorated with silicatein-synthesized TiO2 nanoparticles. Bioprocess and Biosystems Engineering. 39 (9), 1477-1486 (2016).
  25. Chen, H., Su, X., Neoh, K. G., Choe, W. S. QCM-D analysis of binding mechanism of phage particles displaying a constrained heptapeptide with specific affinity to SiO2 and TiO2. Analytical Chemistry. 78 (14), 4872-4879 (2006).
  26. Iucci, G., et al. Peptides adsorption on TiO2 and Au: Molecular organization investigated by NEXAFS, XPS and IR. Surface Science. 601 (18), 3843-3849 (2007).
  27. Gronewold, T. M. A., Baumgartner, A., Weckmann, A., Knekties, J., Egler, C. Selection process generating peptide aptamers and analysis of their binding to the TiO2 surface of a surface acoustic wave sensor. Acta Biomaterialia. 5 (2), 794-800 (2009).
  28. Gitelman, A., Rapaport, H. Bifunctional designed peptides induce mineralization and binding to TiO2. Langmuir. 30 (16), 4716-4724 (2014).
  29. Tada, S., Timucin, E., Kitajima, T., Sezerman, O. U., Ito, Y. Direct in vitro selection of titanium-binding epidermal growth factor. Biomaterials. 35 (11), 3497-3503 (2014).
  30. Micksch, T., Liebelt, N., Scharnweber, D., Schwenzer, B. Investigation of the peptide adsorption on ZrO2, TiZr, and TiO2 surfaces as a method for surface modification. ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (10), 7408-7416 (2014).
  31. Limo, M. J., Perry, C. C., Thyparambil, A. A., Wei, Y., Latour, R. A. Experimental Characterization of Peptide-Surface Interactions. Bio-Inspired Nanotechnology: From Surface Analysis to Applications. , 37-94 (2013).
  32. Draczkowski, P., Matosiuk, D., Jozwiak, K. Isothermal titration calorimetry in membrane protein research. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 87, 313-325 (2014).
  33. Omanovic-Miklicanin, E., Manfield, I., Wilkins, T. Application of isothermal titration calorimetry in evaluation of protein-nanoparticle interactions. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 127, 605-613 (2017).
  34. Jing, X., et al. Interaction of peptidomimetics with bilayer membranes: Biophysical characterization and cellular uptake. Langmuir. 28 (11), 5167-5175 (2012).
  35. Mizuguchi, C., et al. Effect of phosphatidylserine and cholesterol on membrane-mediated fibril formation by the N-terminal amyloidogenic fragment of apolipoprotein A-I. Scientific Reports. 8 (1), 5497(2018).
  36. Bisker, G., et al. Insulin Detection Using a Corona Phase Molecular Recognition Site on Single-Walled Carbon Nanotubes. ACS Sensors. 3 (2), 367-377 (2018).
  37. Singh, N., Husson, S. M. Adsorption thermodynamics of short-chain peptides on charged and uncharged nanothin polymer films. Langmuir. 22 (20), 8443-8451 (2006).
  38. Seker, U. O. S., et al. Thermodynamics of engineered gold binding peptides: Establishing the structure-activity relationships. Biomacromolecules. 15 (7), 2369-2377 (2014).
  39. Beutner, R., Michael, J., Schwenzer, B., Scharnweber, D. Biological nano-functionalization of titanium-based biomaterial surfaces: A flexible toolbox. Journal of the Royal Society Interface. 7 (Suppl 1), S93-S105 (2010).
  40. Sultan, A. M., et al. Aqueous Peptide-TiO2 Interfaces: Isoenergetic Binding via Either Entropically or Enthalpically Driven Mechanisms. ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (28), 18620-18630 (2016).
  41. Teichroeb, J. H., Forrest, J. A., Jones, L. W., Chan, J., Dalton, K. Quartz crystal microbalance study of protein adsorption kinetics on poly(2-hydroxyethyl methacrylate). Journal of Colloid and Interface Science. 325 (1), 157-164 (2008).
  42. Lok, B. K., Cheng, Y. L., Robertson, C. R. Protein adsorption on crosslinked polydimethylsiloxane using total internal reflection fluorescence. Journal of Colloid And Interface Science. 91 (1), 104-116 (1983).
  43. Nakanishi, K., Sakiyama, T., Imamura, K. On the Adsorption of Proteins on Solid Surfaces, a Common but Very Complicated Phenomenon. Journal of Bioscience and Bioengineering. 91 (3), 233-244 (2001).
  44. Roddick-Lanzilotta, A. D., Connor, P. A., McQuillan, A. J. An In Situ Infrared Spectroscopic Study of the Adsorption of Lysine to TiO2 from an Aqueous Solution. Langmuir. 14, 6479-6484 (1998).
  45. Roddick-Lanzilotta, A. D., McQuillan, A. J. An in situ infrared spectroscopic investigation of lysine peptide and polylysine adsorption to TiO2 from aqueous solutions. Journal of Colloid and Interface Science. 217 (1), 194-202 (1999).
  46. Roddick-Lanzilotta, A., McQuillan, A. An in situ infrared spectroscopic study of glutamic acid and of aspartic acid adsorbed on TiO2: implications for the biocompatibility of titanium. Journal of Colloid and Interface Science. 227 (1), 48-54 (2000).
  47. Chan, B. M. C., Brash, J. L. Adsorption of fibrinogen on glass: reversibility aspects. Journal of Colloid And Interface Science. 82 (1), 217-225 (1981).
  48. van Enckevort, H. J., Dass, D. V., Langdon, A. G. The adsorption of bovine serum albumin at the stainless-steel/aqueous solution interface. Journal of Colloid And Interface Science. 98 (1), 138-143 (1984).
  49. Arnebrant, T., Nylander, T. Sequential and competitive adsorption of β-lactoglobulin and κ-casein on metal surfaces. Journal of Colloid And Interface Science. 111 (2), 529-533 (1986).
  50. Van Dulm, P., Norde, W. The adsorption of human plasma albumin on solid surfaces, with special attention to the kinetic aspects. Journal of Colloid And Interface Science. 91 (1), 248-255 (1983).
  51. Gonçalves, T. Fluorescent labeling of biomolecules with organic probes. Chemical Reviews. 109 (1), 190-212 (2009).
  52. Roth, K. D. W., Huang, Z. H., Sadagopan, N., Watson, J. T. Charge derivatization of peptides for analysis by mass spectrometry. Mass Spectrometry Reviews. 17 (4), 255-274 (1998).
  53. AppliChem, P. Safety Data Sheet According to Regulation (EU) 830/2015 3317 Trifluoroacetic Acid. , http://pub.panreac.com/msds/ing/3317.htm 112(2018).
  54. Heinrikson, R. L., Meredith, S. C. Amino acid analysis by reverse-phase high-performance liquid chromatography: Precolumn derivatization with phenylisothiocyanate. Analytical Biochemistry. 136 (1), 65-74 (1984).
  55. Shchelokov, A., et al. Adsorption of Native Amino Acids on Nanocrystalline TiO2: Physical Chemistry, QSPR, and Theoretical Modeling. Langmuir. 35 (2), 538-550 (2019).
  56. Fair, B. D., Jamieson, A. M. Studies of Protein Adsorption on Polystyrene Latex Surfaces. Journal of Colloid and Interface Science. 77 (2), 525-534 (1980).
  57. Kim, J. C., Lund, D. B. Adsorption behavior of p-lactoglobulin onto stainless steel surfaces. Journal of Food Processing and Preservation. 21 (607), 303-317 (1997).
  58. Kondo, A., Oku, S., Murakami, F., Higashitani, K. Conformational changes in protein molecules upon adsorption on ultrafine particles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 1, 197-201 (1993).
  59. Itoh, H., Nagai, T., Saeki, T., Sakiyama, T., Nakanishi, K. Adsorption of Protein onto Stainless Steel Particle Surface and its Desorption Behavior. Developments in Food Engineering. , 811-813 (1994).
  60. Itoh, H., Nagata, A., Toyomasu, T., Sakiyama, T., Nagai, T. Adsorption of β-Lactoglobulin onto the Surface of Stainless Steel Particles. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 59 (9), 1648-1651 (1995).
  61. Mudunkotuwa, I. A., Grassian, V. H. Histidine adsorption on TiO2 nanoparticles: An integrated spectroscopic, thermodynamic, and molecular-based approach toward understanding nano-bio interactions. Langmuir. 30, 8751-8760 (2014).
  62. Pászti, Z., Guczi, L. Amino acid adsorption on hydrophilic TiO2: A sum frequency generation vibrational spectroscopy study. Vibrational Spectroscopy. 50 (1), 48-56 (2009).
  63. Costa, D., Savio, L., Pradier, C. M. Adsorption of Amino Acids and Peptides on Metal and Oxide Surfaces in Water Environment: A Synthetic and Prospective Review. Journal of Physical Chemistry B. 120 (29), 7039-7052 (2016).
  64. Kosmulski, M. The significance of the difference in the point of zero charge between rutile and anatase. Advances in Colloid and Interface Science. 99 (3), 255-264 (2002).
  65. Kandegedara, A., Rorabacher, D. B. Noncomplexing tertiary amines as "better" buffers covering the range of pH 3-11. Temperature dependence of their acid dissociation constants. Analytical Chemistry. 71 (15), 3140-3144 (1999).
  66. Susumu, O., Teruaki, A., Koichi, T. The Adsorption of Basic a-Amino Acids in an Aqeous Solution by Titanium(IV) Oxide. Bulletin of the Chemical Society of Japan. 54, 1595-1599 (1981).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

nanocz stki dwutlenku tytanuizotermy adsorpcjianaliza HPLCregulacja pHk piel ultrad wi kowar wnowa enie w termostaciefiltrowanie strzykawkroztw r do derywatyzacji

Powiązane artykuły