научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СИНТЕЗА НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ И РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПЛЕКСОВ СЕЛЕН–ХИМОТРИПСИН Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СИНТЕЗА НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ И РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПЛЕКСОВ СЕЛЕН–ХИМОТРИПСИН»

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 89, № 3, с. 467-469

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

УДК 541.64:662.728

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СИНТЕЗА НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ И РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПЛЕКСОВ

СЕЛЕН-ХИМОТРИПСИН © 2015 г. Л. Н. Боровикова*, А. В. Титова*, А. И. Киппер*, О. А. Писарев*,**

*Российская академия наук, Институт высокомолекулярных соединений, Санкт-Петербург **Санкт-Петербургский государственный политехнический университет E-mail: pisarev@imc.macro.ru Поступила в редакцию 06.05.2014 г.

Методами спектрофотометрии и динамического светорассеяния изучено влияние температуры на спектральные и размерные характеристики нанокомплексов, образующихся в результате восстановления ионного селена в окислительно-восстановительной системе селенит—аскорбат в водном растворе химотрипсина.

Ключевые слова: химотрипсин, селен, нанокомплексы, температура, размер наночастиц.

DOI: 10.7868/S0044453715030115

В работах [1—3] изучена агрегативная стабильность и протеолитическая активность комплексов наночастиц селена с химотрипсином (ХТ) в зависимости от соотношения концентраций селена и ХТ, рН среды, количества восстановителя при синтезе. Показано, что нанокомплексы селена с ХТ образовывались в результате гидрофобного взаимодействия. Адсорбируясь, белок "гидро-филизовал" поверхность наночастиц, что приводило к их стабилизации в водных растворах. Комплексообразование ХТ с наночастицами селена приводило к росту максимальной протеоли-тической активности фермента по сравнению со свободным ферментом, при этом увеличение активности фермента сопровождалось уменьшением гидродинамического радиуса нанокомплек-сов. Известно, что регулирование размеров нано-частиц, полученных восстановлением ионных форм соответствующих прекурсоров до молекулярного состояния может достигаться и изменением температуры [4].

Цель настоящей работы — изучение влияния температуры синтеза на спектральные и размерные характеристики наноструктур на основе селена и ХТ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовались а-химотрипсин, селенистая и аскорбиновая кислоты ("Вектон", Санкт-Петербург). Вещества растворялись в апи-рогенной воде для инъекций, дополнительно фильтрованной через стеклянный фильтр.

Синтез наносистем осуществлялся в ходе реакции (1) восстановления селенистой кислоты (H2Se03) аскорбиновой кислотой (C6H8O6) в водной среде в присутствии ХТ и отсутствии ХТ при температурах 4, 20 и 37°C.

H2SeO3+ 2C6H8O6 ^ Se + 3H2O+ 2C6H6O6 (1)

Концентрация ХТ (c^) в большинстве экспериментов составляла 0,01 мас. %, а концентрация селена (cSe) варьировалась. Для интерпретации экспериментальных данных использовалась величина v = cSe/cxp (v = 0.25, 0.5, 1.0, 1.5).

Измерение оптической плотности проводилось на спектрофотометре "SPECORD M-40" в диапазоне длин волн 220—800 нм в кварцевых кюветах 1 х 1 см. Для измерения рН среды использовался милливольтметр рН-673М. Средние гидродинамические размеры нанокомплексов Rh определяли методом квазиупругого (динамического) светорассеяния света [5]. Изучение динамического рассеяния света проводили на приборе Photo-cor Complex (изготовитель — ЗАО "Антекс", Россия) (источник света — гелий-неоновый лазер фирмы "Coherent" с длиной волны X = 632.8 нм, коррелятор с числом каналов 288). Анализ корреляционной функции осуществляли с помощью программы обработки данных динамического светорассеяния DynaLS.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В отсутствие ХТ при восстановлении селенистой кислоты с повышением температуры синтеза от 4 до 37°C наблюдался сдвиг максимума по-

468

БОРОВИКОВА и др.

1.5 - у (в)

1.0 - \2\

0.5

1 1

240 360 480 600

X, нм

Зависимости оптической плотности от длины волны для нанокомплексов селен — ХТ. I = 4 (а), 20 (б) и 37°С (в); V = 1.5 (7), 1(2), 0.5 (3) и 0.25 (4).

лосы поглощения от 235 до 560 нм. Это свидетельствовало о росте размеров наночастиц частиц селена при увеличении температуры синтеза [6]. Образующийся при этом коллоидный раствор селена нестабилен, причем с повышением температуры синтеза процесс агрегации частиц ускорял-

Таблица 1. Влияние температуры синтеза и соотношения концентраций селена и ХТ на гидродинамические радиусы нанокомплексов

№ V Ль,нм РН

4°С 20°С 37°С 4°С 20°С 37°С

1 0.25 70 60 52 3.8 3.6 3.6

2 0.5 44 45 44 3.8 3.4 3.2

3 1 28 33 38 3.4 3.2 3.0

4 1.5 45 38 39 3.2 3.0 2.9

ся. При температуре 37°С уже через два часа после окончания синтеза происходило образование осадка красного селена.

ХТ — эффективный стабилизатор наночастиц элементарного селена в кислой области рН [1]. Поэтому синтез нанокомплексов селена с ХТ осуществлялся в ходе реакции (1) в присутствии ХТ при рН от 2.8 до 3.5. Это позволило получить растворы нанокомплексов красновато-оранжевого цвета, которые оставались стабильными в течение 1—6 месяцев.

Для всех исследованных V, увеличение температуры синтеза приводило к сдвигу максимума оптической плотности в длинноволновую область. При этом максимумы на зависимостях оптической плотности от длины волны наблюдались при одинаковых длинах волн для всех V и равнялись при 4°С — 256 нм; при 20°С — 270 нм; при 37°С — 285 нм (рисунок). Поэтому именно температура синтеза, а не соотношение концентраций селена и ХТ вызывало сдвиг максимума полосы поглощения.

Измерение гидродинамических радиусов нано-комплексов показало, что размеры нанокомплек-сов селена с ХТ не превышают 100 нм (табл. 1).

Существует "критическая" точка V = 1, соответствующая стехиометрическому соотношению компонентов, ниже и выше которой характер зависимостей Яъ от температуры и соотношения концентраций селена и ХТ сильно отличается.

В условиях Т = сош1 при всех изученных температурах увеличение количества селена от V = = 0.25 до V = 1.0 приводило к уменьшению гидродинамического радиуса. Значения радиусов проходили через минимум, приходящийся на V = 1 (при 4°С - 28 нм, при 20°С - 33 нм, при 37°С -38 нм). Следовательно, это концентрационное соотношение компонентов соответствует для всех изученных температур образованию наиболее компактных наноструктур. Дальнейшее увеличение V до 1.5 способствовало росту гидродинамических радиусов.

При V = 1 радиус частиц возрастал с увеличением температуры, для V = 0.5 размеры практически не менялись, а при V = 0.25 гидродинамический радиус резко уменьшался при увеличении температуры. Некоторое уменьшение эффективных размеров с увеличением температуры наблюдалось и при V = 1.5. В условиях недостатка селена (V = 0.25) компактизация наноструктур при увеличении температуры, по всей видимости, связана с усилением гидрофобного взаимодействия между адсорбированными на одной наночастице молекулами ХТ. В условиях избытка селена (V = 1.5) изменение размеров может быть обусловлено гидрофобным взаимодействием между молекулами селена в пределах одной наноструктуры, что приводит к компактизации частицы в целом.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СИНТЕЗА

469

Таблица 2. Гидродинамические радиусы нанокомплек-сов селена с ХТ при V = 1, достигаемое различным образом; Т = 20°С

№ мас. % СХТ, мас.% Rh, нм pH Визуально через 24 ч

1 0.001 0.001 112 4.05 бесцветный

2 0.005 0.005 46 3.05 бледно-оранжевый

3 0.01 0.01 33 2.8 оранжевый

4 0.05 0.05 31 2.5 красновато-оранжевый

5 0.1 0.1 28 2.3 бордово-красный

Изменение рН среды может косвенно отражать процессы, проходящие в системе (табл. 1). рН изменялся от 2.9 до 3.8, где ХТ заряжен положительно. При этом для всех V наблюдался сдвиг рН в кислую сторону с повышением температуры синтеза. Можно предположить, что образующаяся в результате синтеза дегидроаскорбиновая кислота (р^а = 4.17) сильнее диссоциирует с ростом температуры синтеза. Поскольку в кислой среде системы наиболее стабильны [1], то при постоянном соотношении концентраций селена и ХТ на-нокомплексы, синтезированные при Т = 37°С, наиболее устойчивы (растворы сохраняли стабильность в течение 6 месяцев).

Рассмотрим ситуацию, когда концентрации селена и ХТ пропорционально изменялись, но их отношение оставалось постоянным и равным V = 1 (табл. 2). Концентрация ХТ изменялась от 0.1 до 0.001 мас. %, соответственно изменялась и кон-

центрация селена. Наиболее массивные частицы нанокомплексов образовывались при незначительных концентрациях селена и ХТ, при этом с ростом концентраций компонентов гидродинамические размеры монотонно уменьшались с 112 нм до 28 нм. Максимальные размеры наблюдались при рН 4.05, когда начиналось разделение фаз вследствие агрегации наночастиц [1, 2].

Таким образом, для заданных соотношений концентраций селена и ХТ показана возможность направленного регулирования размеров нано-комплексов селена с ХТ посредством изменения температуры реакции восстановления ионного селена.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Боровикова Л.Н., Титова А.В., Матвеева Н.А., Писарев О.А. // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 6. С. 1008.

2. Ершов Д.Ю., Киппер А.И., Боровикова Л.Н., Писарев О.А. // Журн. физ. химии. 2013. Т. 87. № 12. С. 2116.

3. Ершов Д.Ю., Киппер А.И., Боровикова Л.Н., Писарев О.А // Сорбционные хроматографические процессы. 2011. Т. 11. № 6. С. 922.

4. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Нано-частицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000. 672 с.

5. Brown W. Dynamic Light Scattering: the Method and Some Application. Oxford: Clarondon Press, 1993. 352 c.

6. Mees D.R., Pysto W., Tarcha P.I. // J. Colloid. Interface. 1995. V. 170. № 1. P. 254.

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»