научная статья по теме ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА И PH СРЕДЫ НА РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПЛЕКСОВ СЕЛЕНА С ХИМОТРИПСИНОМ Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА И PH СРЕДЫ НА РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПЛЕКСОВ СЕЛЕНА С ХИМОТРИПСИНОМ»

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2013, том 87, № 12, с. 2116-2118

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ НАНОКЛАСТЕРОВ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

УДК 541.64:662.728

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ СИНТЕЗА И PH СРЕДЫ НА РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАНОКОМПЛЕКСОВ СЕЛЕНА С ХИМОТРИПСИНОМ © 2013 г. Д. Ю. Ершов, А. И. Киппер, Л. Н. Боровикова, О. А. Писарев

Российская академия наук, Институт высокомолекулярных соединений, Санкт-Петербург

E-mail: pisarev@imc.macro.ru Поступила в редакцию 15.02.2013 г.

Методами статического и динамического светорассеяния показана возможность регулирования размеров нанокомплексов химотрипсина с наночастицами селена путем изменения количества восстановителя при синтезе, соотношения концентраций реагирующих веществ и рН среды.

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

DOI: 10.7868/S0044453713120066

В работах [1—3] показано, что агрегативная стабильность нанокомплексов химотрипсина (ХТ) с наночастицами селена определялась условиями их получения, а также зависела от рН среды и концентрационного соотношения селен:хи-мотрипсин. Стабилизация наночастиц селена осуществлялась белком при проведении реакции восстановления при кислых значениях рН. Ком-плексобразование ХТ с наночастицами селена приводило к смещению рН-интервала гидролитической активности в щелочную область и росту величины максимальной ферментативной активности по сравнению со свободным ферментом. Увеличение активности фермента сопровождалось уменьшением гидродинамического радиуса нанокомплекса. Вместе с тем, для создания лекарственных форм необходимо уметь регулиро-

вать размеры наночастиц, так как от размеров сильно зависит их токсичность [4].

Цель настоящей работы — исследование влияния условий синтеза (количества восстановителя и концентрационного соотношения селен:химот-рипсин) и рН среды на размеры нанокомплексов селена с ХТ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Нанокомплексы селена с ХТ получали реакцией восстановления селенистой кислоты аскорбиновой кислотой в присутствии фермента. ХТ — эффективный стабилизатор наночастиц элементарного селена в кислой области рН [1]:

Концентрация ХТ во всех экспериментах была постоянной (сур = 0.01 мас. %). Реакцию восстановления проводили в водной среде при рН = = 2.8—3.5, Т = 293 К и атмосферном давлении. В работе использовали селенистую и аскорбиновую кислоты, а-химотрипсин ("Вектон", Санкт-Петербург).

Методом упругого (статического) рассеяния света в водных растворах определяли радиусы инерции (Е^) нанокомплексов. Для определения приведенной интенсивности рассеяния (Ед) ис-

пользовали фотогониодиффузометр '^са". Длина волны падающего вертикально поляризованного света составляла X = 546.1 нм. Измерения проводили в интервале углов рассеяния 9 = 30°—150°. Очистку растворов проводили через фильтр (МШех-НУ) диаметром 0.45 мкм. Обработку экспериментальных данных светорассеяния осуществляли методом Зимма путем двойной экстраполяции (к с = 0 и 9 = 0) зависимости Кс/Е от 8Ш2(9/2) + к'с (с — концентрация, К — калибровочная константа, к' — численная константа) [5].

2116

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИИ СИНТЕЗА И PH СРЕДЫ НА РАЗМЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Rh, нм 35 -

2117

30

25

Rh, НМ 200 I-

0.4 cack, мас. %

Рис. 1. Влияние концентрации восстановителя (аскорбиновой кислоты) на гидродинамический радиус нанокомплексов селен-ХТ.

100

L.

0.05

0.10 cSe, мас. %

Рис. 2. Влияние концентрации наночастиц селена на гидродинамический радиус нанокомплекса при сте-хиометрическом соотношении реагирующих компонентов; Схт = 0.01%, рН 2.5.

Методом квазиупругого (динамического) светорассеяния определяли средние гидродинамические размеры нанокомплексов Rh [6]. По отношению экспериментальных величин Rg и Rh находили значение конформационно-структурного параметра р = Rg/Rh [7, 8]. Изучение динамического рассеяния света проводили на приборе Photocor 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

Зависимость гидродинамических размеров (Я/,) нанокомплексов от концентрации восстановителя, добавляемого в реакционную среду (саск) приведена на рис. 1. Концентрация наночастиц элементарного селена (с8е), полученных в ходе реакции, сохранялась постоянной и составляла 1 х х 10-1 мас. %. Максимальный размер нанокомплексов (40 ± 3 нм) соответствовал стехиометрическому соотношению компонентов реакции (концентрация аскорбиновой кислоты саск = 0.044 мас. %). При увеличении концентрации восстановителя в редокс-системе происходило уменьшение гидродинамических размеров. Минимальный размер (17 ± 2 нм) в исследованном интервале концентраций восстановителя приходился на саск = 0.447 мас. %.

Золи с радиусом частиц менее 30 нм проявляют значительную токсичность по отношению к

макроорганизму [3]. Это существенно ограничивает их фармацевтическое и медицинское применение. Поэтому дальнейшие исследования были проведены при стехиометрическом соотношении концентраций реагирующих веществ (Я, > 30 нм). При сохранении стехиометрического соотношения реагирующих веществ уменьшение абсолютных значений концентраций селенистой и аскорбиновой кислот приводило к увеличению гидродинамического радиуса нанокомплексов (рис. 2).

В интервале концентраций селена от 1 х 10-2 до 2.5 х 10-4 мас. % происходило заметное увеличение размера нанокомплексов от 30 до 170 нм. При увеличении концентрации селена от 1 х 10-2 до 1 х 10-1 мас. % размер нанокомплесов существенно не изменялся и сохранялся в интервале 30—40 нм. Таким образом, наиболее крупные частицы нанокомплексов образовывались при сравнительно незначительных концентрациях реагирующих веществ.

Сопоставление гидродинамических размеров Я, со среднеквадратичными радиусами инерции Я позволило сделать выводы о структуре нано-композита (таблица). При с8е = 2.5 х 10-4 мас. % (наносистема I) образовывались однородные

Влияние концентрации селена на эффективные размеры нанокомплексов (рН 2.5)

cSe, мас. % Rh, нм Rg, нм Р =Rg/Rh

2.5 х 10-4 59 58 0.98

1 х 10-1 40 62.5 1.56

0

2118

ЕРШОВ и др.

Rh, нм

pH

Рис. 3. Зависимости гидродинамического радиуса частиц нанокомплекса от рН среды: cSe = 2.5 х 10-4 (1) и 1 х 10-2 мас. % (2).

сферические частицы нанокомплексов с р ~ 1. При концентрации селена cSe = 1 х 10-2.мас. % (наносистема II) наблюдалось увеличение значений р до 1.6, что свидетельствовало о наличии менее однородной структуры нанокомплекса с распределением плотности вещества, соответствующим гауссову полимерному клубку в термодинамически хорошем растворителе [8]. Таким образом, размеры нанокомплексов селен—ХТ и их структурная организация при стехиометрическом соотношении компонентов реакции сильно зависели от абсолютных концентраций реагирующих веществ.

Физиологические среды организма проявляют различную кислотную реакцию, что также влияет на размерные характеристики нанокомплексов и, следовательно, на их токсичность [3].

В наносистемах I и II было исследовано влияние рН на гидродинамические размеры систем

(рис. 3). Вид кривых имеет экстремальный характер: наблюдался рост размеров от 40—60 до 250— 420 нм в интервале рН от 2.5 до 4—5 с последующим их уменьшением до 25—50 нм в интервале рН от 4—5 до 11. В системе I с меньшим содержанием наночастиц селена резкий рост размеров наблюдался при более кислых значениях рН, в то время как для системы II максимум размеров соответствовал более щелочным значениям рН. Это обусловлено электростерическим характером стабилизации наночастиц селена ХТ [1].

Таким образом, размеры нанокомплексов се-лен—ХТ можно регулировать путем изменения количества восстановителя при синтезе, соотношения концентраций реагирующих веществ и рН среды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

2. Ершов Д.Ю., Киппер А.И., Боровикова Л.Н. и др. // Сорбционные хроматографические процессы. 2011. Т. 11. № 6. С. 922.

3. Ершов Д.Ю., Киппер А.И., Боровикова Л.Н. и др. // Сб. статей "Физико-химические основы ионообменных и хроматографических процессов" Воронеж, 2011. С. 374.

4. CumbalL., Greenleaf J., Leun D., SenGupta A.K. // Reactive and Functional Polymers. 2003. V. 54. № 1. P. 167.

5. Эскин В.Е. Рассеяние света растворами полимеров и свойства макромолекул. Л.: Наука, 1986. 350 с.

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

7. Konishi T., Yoshizaki T., Yamakawa H. // Macromole-cules. 1991. V. 24. № 20. P. 5614.

8. Burchard B.W. // Laser Light Scattering in Biochemistry / Ed. by S.E. Harding, D.B. Satelle, V.A. Bloomfild. Cambridge. : Royal Soc. Chem. 1992. P. 3.

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