Главная отличительная особенность нового композита заключается в том, что он состоит всего из двух компонентов. Благодаря разработанной учеными из Университета ИТМО методике синтеза магнетита гидрозоль его наночастиц долгое время стабилен при нейтральных значениях pH. Данная технология уже запатентована сотрудниками лаборатории.
Таким образом, нет необходимости в использовании каких-либо стабилизаторов или кислот, снижающих активность ферментов, ослабляющих магнитные свойства системы и повышающих потенциальное токсическое действие состава на организм. Поэтому полученный нанокомпозит является абсолютно безвредным для человека.
«И магнетит, и используемые ферменты имеют соответствующие медицинские разрешения, поэтому легализовать их совместное применение несложно. Это биосовместимые вещества: организм знает, что с ними делать, и легко вовлекает их в процессы метаболизма», — рассказывает Андрей Дроздов, инженер-исследователь Международной лаборатории «Растворная химия передовых материалов и технологий».
Новая технология делает возможным создание магнитоуправляемых композитов практически из любых ферментов, обладающих высокой промышленной или медицинской значимостью. Чтобы продемонстрировать это в своей работе, ученые заключили в «доспехи» из магнетита ряд различных по своим свойствам ферментов.
Фермент напрямую добавляют в гидрозоль магнетита. Частицы магнетита со всех сторон окружают фермент и после высушивания образуют твердую пористую структуру, из которой белку уже не высвободиться.
«Метод, который мы разработали, был заточен под ферменты, — поясняет руководитель Международной лаборатории „Растворная химия передовых материалов и технологий“ Владимир Виноградов. — Мы подбирали материал таким образом, чтобы после упаковки он мог физически удерживать фермент внутри. Последний при этом способен выполнять свои терапевтические или иные функции через поры композита».
Кроме того, учеными был обнаружен феномен увеличения термической стабильности ферментов, окруженных частицами магнетита. Согласно экспериментальным данным, белки, защищенные таким образом, сохраняют свою функциональную активность при температурах, более чем на 20 градусов превышающих температуру их денатурации в свободном состоянии. Это позволит расширить диапазон применения белков в различных отраслях промышленности, где требуется более жесткий температурный режим.
Исследователи предполагают, что частицы магнетита выступают в качестве твердого каркаса и физически не дают белку денатурировать, то есть терять свою первоначальную структуру при повышении температуры или изменении кислотности среды.
В исследовании принимали участие сотрудники Университета ИТМО, Еврейского университета в Иерусалиме и Университета святых Кирилла и Мефодия в Скопье.
Статья: «Entrapment of Enzymes within Sol-Gel Derived Magnetite», Andrey S. Drozdov, Olga E. Shapovalova, Vladimir Ivanovsky, David Avnir and Vladimir V. Vinogradov. Chemistry of Materials, March 16, 2016.
