ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2013, том 49, № 3, с. 258-263
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ^^^^^^ СТРУКТУРЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
УДК 539.21
ВЛИЯНИЕ ПОДЛОЖКИ НА МОРФОЛОГИЮ ПЛЕНОК ДИПЕПТИДА ^ВАЛИЛ-^АЛАНИН ДО И ПОСЛЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПАРАМИ ПИРИДИНА1
© 2013 г. М. А. Зиганшин1, И. Г. Ефимова1, А. А. Бикмухаметова1, В. В. Горбачук1, С. А. Зиганшина2, А. П. Чукланов2, А. А. Бухараев2
1 Химический институт им. А.М. Бутлерова, КФУ, Кремлевская 18, 420008, Казань
e-mail: Marat.Ziganshin@ksu.ru 2Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦРАН, 420029, Казань
Поступила в редакцию 23.11.2012 г.
Изучено влияние подложки на морфологию тонкой пленки дипептида ^валил-^аланин до и после взаимодействия с парами пиридина. Для этого методом атомно-силовой микроскопии получены изображения пленки дипептида, нанесенной на поверхность высокоориентированного пиролити-ческого графита (ВОПГ), золота и слюды, а также изображения ее поверхности после насыщения парообразным пиридином. Установлено, что морфология исходной пленки ^валил-^аланина существенно зависит от характера используемой подложки. Взаимодействие с парообразным пиридином приводит к формированию на ее поверхности нанообразований в том случае, когда в качестве подложки используются: ВОПГ или золото. Если же в качестве подложки использовалась слюда, то нанообразования присутствуют на поверхности исходной пленки и практически исчезают после взаимодействия с пиридином.
Б01: 10.7868/80044185613030170
ВВЕДЕНИЕ
Короткоцепные пептиды (олигопептиды) в настоящее время активно исследуются в связи с возможностью их применения для распознавания и разделения биологически активных веществ [1, 2] и оптических изомеров [3], в качестве лекарственных препаратов [4], при получении трансмембранных пор и каналов [5, 6]. Способность олигопептидов к самоорганизации позволяет использовать их в медицине в качестве темплатов в процессах биоминерализации [7], в нанотехноло-гии для получения наноструктурированных материалов [8, 9, 10], супергидрофобных поверхностей [11] и поверхностей с различной топологией [12, 13, 14, 15].
К настоящему времени установлено, что вид наноструктур, образующихся при самоорганизации олигопептидов, зависит от типа [16, 17], количества [18] и порядка следования [19, 20] аминокислот, входящих в состав пептида, от растворителя, из которого происходит кристаллизации наноматериала [21, 22], pH среды [23], концентрации пептида в растворе [24, 25] и даже магнитного поля [26].
Одним из основных методов исследования органических наноструктур и морфологии их пле-
1 Работа поддержана грантом РФФИ № 12-03-00590-а.
нок является атомно-силовая микроскопия (АСМ) [27]. Традиционно в качестве подложек при изучении олигопептидов используется высокоориентированный пиролитический графит (ВОПГ) или слюда. Поверхность ВОПГ обладает гидрофобными свойствами, в то время как поверхность слюды гидрофильна и может нести отрицательный заряд. На поверхности ВОПГ довольно часто присутствуют ступени, образующиеся при разрыве графитовых плоскостей в процессе скалывания. Наличие валентных электронов в местах дефектов поверхности ВОПГ приводит к увеличению ее полярности. Известно, что различие в свойствах этих подложек способно влиять на сорбцию не только крупных макромолекул, таких как ДНК [28], но и даже относительно небольших органических молекул, например, метанола [29]. В результате этого на поверхности различных подложек могут быть получены различные наноструктуры.
С другой стороны вопрос о влиянии типа подложки на самоорганизацию олигопептидов с образованием наноструктур до сих пор остается не изученным.
В настоящей работе методом АСМ впервые проведено исследование влияние подложки на морфологию пленки дипептида до и после взаимодействия ее с парами пиридина. В качестве
подложек были использованы ВОПГ, золото и слюда. В качестве объекта исследования был выбран гидрофобный дипептид ь-валил-ь-аланин [5], для которого ранее была показана возможность связывания ксенона [30], ацетонитрила [31], метана и диоксида углерода [32].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Материалы. Дипептид ь-валил-ь-аланин VA (Bachem №G-3500.0001) использовался без предварительной очистки.
H3N
H _
N^ ^COO
O
VA
Органические растворители очищались непосредственно перед применением по стандартным методикам [33]. Содержание основного вещества в органическом соединении, по результатам газо-хроматографического анализа, было не менее 99.5%.
Исследование морфологии тонкого слоя дипеп-тида. Морфология тонких пленок дипептида VA исследовалась с помощью сканирующих зондо-вых микроскопов "Solver P47" и "Solver P47Pro" (фирмы НТ-МДТ, Россия), в полуконтактном режиме. Изображения пленок получали с использованием кремниевых кантилеверов с коэффициентом жесткости 2.5—22.5 Н/м и резонансной частотой 115—325 кГц.
Пленки дипептида диаметром ~4 мм для АСМ эксперимента были приготовлены на поверхности пластинок высокоориентированного пиролитиче-ского графита (ВОПГ) (5 х 5 мм), слюды (5 х 5 мм) и золота (08 мм) путем нанесения 1 мкл раствора VA в метаноле (0.69 мг/мл) с последующим высушиванием в токе теплого воздуха 45°С. Средняя толщина пленок (40 нм) была оценена на основании площади пленки, массы наносимого дипеп-тида и его плотности р = 1.027 г/см3, рассчитанной по данным монокристального рентгено-структурного анализа [30].
После получения АСМ изображения исходной пленки VA, ее насыщали парами пиридина с термодинамической активностью P/P0 = 0.9 в течение 4000 с, затем связавшийся пиридин удаляли продувкой теплым воздухом в течение 2 минут. Для обработанной таким образом пленки вновь получали АСМ изображение.
Средняя квадратичная шероховатость поверхности (Rq) определялась по полученным АСМ изображениям по методике, описанной в работе [34].
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) была охарактеризована морфология тонкой пленки дипептида \А, нанесенной из раствора в метаноле на поверхность высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ), до и после связывания паров пиридина.
Было установлено, что исходная пленка ЛА гладкая и не содержит разрывов, рис. 1а, б. Средняя квадратичная шероховатость поверхности Rq не превышает 0.7 нм. Насыщение исходной пленки парами пиридина с термодинамической активностью P/P0 = 0.9 в течение 300 с приводит к изменению внешнего вида пленки. На поверхности образуются выступы с высотой 4—11 нм. Шероховатость поверхности Rq увеличилась до значения 2 нм, рис. 1в, г. При дальнейшем насыщении пленки ЛА парами пиридина через 4000 с на ее поверхности формируются отчетливые продолговатые нанообразования с зауженными концами с диапазоном длин от 1000 до 1400 нм, шириной от 250 до 500 нм и высотой от 35 до 120 нм, рис. 1д, е. Шероховатость поверхности Rq пленки дипептида \А после насыщения парами пиридина увеличилась более чем в 27 раз и составила 19.5 ± 0.2 нм.
Изображение пленки дипептида после взаимодействия с пиридином, рис. 2а, полученное в режиме фазового контраста, рис. 2б, свидетельствует о наличии сложной структуры у образовавшихся нанообъектов. Некоторые из них состоят из двух и более частей, при этом какого-либо предпочтительного направления главной оси эллипса не наблюдается. Следует отметить, что образовавшиеся наноструктуры находятся на поверхности пленки дипептида, а не ВОПГ, для поверхности которого характерно наличие кристаллографических ступеней, рис. 3.
Для изучения влияния подложки на морфологию пленки ЛА была изучена поверхность дипептида, нанесенного на золотую пластинку, поверхность которой, так же как и ВОПГ является гидрофобной. Было обнаружено, что в отличие от ВОПГ поверхность золотой подложки не гладкая, рис. 4а, б, средний разброс по высоте составляет 9.3 нм. Соответственно и исходная пленка ЛА оказалась не гладкой, средний разброс по высоте на скане 5 х 5 мкм составил 16 нм, рис. 4в, г, что почти в 4 раза больше разброса по высоте в случае пленки, нанесенной на поверхность ВОПГ, рис. 1а, б.
Тем не менее, после выдерживания пленки ЛА, нанесенной на поверхность золота, в парах пиридина на ее поверхности сформировались нанооб-разования продолговатой формы, рис. 4д, е, аналогичные тем, что были обнаружены на поверхности пленки, нанесенной на ВОПГ, рис. 1д, е. Геометрические параметры нанообразований находятся в диапазоне: от 1000 до 1900 нм по длине,
4 -
0
0 1 мкм
4 мкм
(д)
4 Н
3 2 1
0 -4
0
/У
1
4 мкм
2.0 Ч
1.5 1.00.5 -0-
нм 5 Н
4
3 -2 -1 -0 -
нм 50
40
30
20
10
0
(б)
мкм
4 ^ ^4
3 ^^ 3
2 2 1 ^^ 1
0 0
(г)
мкм
мкм
00 (е)
мкм 4
00
Рис. 1. АСМ изображение поверхности: (а), (б) исходной пленки VA, нанесенной на ВОПГ из раствора в метаноле; (в), (г) пленки Ж, насыщенной парами пиридина в течение 300 с; (д), (е) пленки VA, насыщенной парами пиридина в течение 4000 с. Перед АСМ экспериментом пленки осушались в токе теплого воздуха 45°С в течение 2 минут. Термодинамическая активность пиридина Р/Р0 = 0.9.
(а)
нм 60 50 40 30 20 10 0
(°)
1.0 0.5 -0-0.5 --1.01.5
0
1
2
3
4 мкм
0
1
2
3
4 мкм
Рис. 2. АСМ изображение поверхности пленки дипептида \A, насыщенной парами пиридина в течение 4000 с, в режиме топографии (а) и в режиме фазового контраста (б). Перед АСМ экспериментом пленка осушалась в токе теплого воздуха 45°С в течение 2 минут.
4
0
3
2
1
мкм
Рис. 3. АСМ изображение поверхности ВОПГ в режиме топографии (а) и фазового контраста (б).
мкм (а) (б)
Рис. 4. АСМ изображение поверхности: (а), (б) золотой пластинки; (в), (г) исходной пленки дипептида нанесенной на золото из раствора в метаноле; (д), (е) пленки , насыщенной парами пиридина в течение 4000 с. Перед АСМ экспериментом пленки осушались в токе теплого воздуха 45°С в течение 2 минут. Термодинамическая активность пиридина P/P0 = 0.9.
Рис. 5. АСМ изображение поверхности: (а), (б) слюды; (в), (г) исходной пленки дипептида Ж, нанесенной на слюду из раствора в метаноле; (д), (е) пленки Ж, насыщенной парами пиридина в течение 4000 с. Перед АСМ экспериментом пленки осушались в токе теплого воздуха 45°С в течение 2 м
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.