Адсорбция биополимеров

Химия поверхности и биоматериалы управление адсорбцией биополимеров и адгезией клеток [c.497]

Уникально малый разброс размеров пор, практически полное отсутствие адсорбции биополимеров на поверхности и внутри пор ядерных фильтров сделали их незаменимыми в производстве вакцин против ряда особо опасных вирусных заболеваний человека и сельскохозяйственных животных (бешенство, клещевой энцефалит, грипп и многие другие) и при получении концентратов вирусов. В промышленных процессах очистки вирусов на ядерных фильтрах используются плоскокамерные мембранные аппараты, обеспечивающие концентрирование 5—20 литров культуральных вирусных суспензий за время 0,5—2 часа. При этом используются обычные для мембранных процессов режимы тангенциального течения жидкости над поверхностью мембран со скоростью 0,1—0,5 м/с. Эти режимы мембранной фильтрации позволяют предотвратить быстрое забивание пор мембран и связанное с ним снижение скорости фильтрации. [c.10]

Подбором структуры нор и химии поверхности адсорбента, а также оптимальных условий элюирования можно осуществить концентрирование и очистку биополимеров методами адсорбционной и (или) ситовой хроматографии. В последнем случае крайне важно устранить сильную адсорбцию белков и вирусов на внешней поверхности макропористых зерен. [c.343]

Многократное повторение актов адсорбции и десорбции при течении раствора через слой адсорбента приводит к отставанию наиболее поверхностно-активных компонентов, что позволяет определить их содержание в исходном растворе или отделить их от других, менее адсорбционно-активных веществ. Методы адсорбционной хроматографии широко применяются для фракционирования аминокислот, нуклеиновых кислот, белков и других биополимеров, для выделения различных ферментов и лекарственных препаратов (пенициллина, тетрациклина, алкалоидов и др.). [c.93]

В КИСЛОЙ области pH (рН<2) адсорбция белков также может уменьшаться вследствие протонирования силанольных групп и устранения тем самым отрицательного заряда поверхности. В данном случае проблемы представляют очень малый ЭОП и возможная денатурация белков. Использование крайних значений pH для анализа биополимеров ограничивает селективность системы, поскольку разница в зарядах анализируемых веществ заметно уменьшается. Кроме того, выгодно иметь в качестве свободно изменяемого параметра значение pH. Скорость движения заряженных проб в КЗЭ определяется степенью их ионизации, которую можно легко регулировать величинами pH. Наилучших результатов можно достичь, выбирая высокие [c.66]

Примером матричной полиреакции без участия биополимеров может служить полимеризация 4-винилпиридина на полистирол-сульфокислоте, полиакриловой кислоте и других органических поликислотах, которые, протонируя мономер так же, как низкомолекулярные кислоты (см. с. 242), активируют винильную группу. При этом активный комплекс стабилизируется отрицательными зарядами макроионов, выполняющих роль матрицы вследствие кооперативной адсорбции и благоприятной ориентации практически всех катионных частиц скорость полимеризации значительно выше, чем в случае низкомолекулярных кислот, когда необходимые для роста цепи ионные пары образуются только в результате случайных столкновений противоположно заряженных ионов. [c.260]

Устойчивость к флокуляции удобно оценивать по силе взаимодействия двух капелек, полученных из микроскопических измерений прочности концентрированных эмульсий. Регулировать силу взаимодействия капелек эмульсий при флокуляции можно, изменяя избыток свободной энергии на внешней границе ВПАВ (используя другие биополимеры), либо путем адсорбции низкомолекулярных ПАВ на межфазных адсорбционных слоях ВПАВ. Силу взаимодействия между капельками эмульсий можно также ослабить путем уменьшения размера элементарной капли эмульсии, применяя ВПАВ до концентрации гелеобразования и т. д. Решение проблемы устойчивости эмульсий к флокуляции особенно важно при использовании парентеральных эмульсий (при введении в кровеносные сосуды), когда флокуляция эмульсий может привести к летальному исходу. В ряде других случаев, например, при использовании эмульсий в сельском хозяйстве, необходимо сильное взаимодействие капельки с подложкой. [c.265]

Такие макропористые адсорбенты были использованы и для разделения растворимых в воде полимеров — биополимеров (вирусов и фагов) [77]. В этом случае хроматографирования растворов полимера с весьма активными функциональными группами, сильно адсорбирующегося на гидроксилированной поверхности кремнезема из слабее адсорбирующегося растворителя, адсорбцию макромолекул можно снизить путем соответствующего химического модифицирования поверхности сита. Это модифицирование должно, во-первых, заменить или надежно экранировать силанольные группы и возможные активные примесные центры на поверхности макропористых кремнеземов и, во-вторых, сохранить хорошее смачивание сита водными растворами. [c.62]

Квантовый выход люминесценции многих ароматических соединений — производных нафталина весьма низок в водных растворах и резко увеличивается в присутствии ряда биополимеров [51] из-за адсорбции их молекул на гидрофобных участках белков или липо-протеидов. На основании этого наблюдения ряд флуоресцентных метчиков, производных ароматических углеводородов, используется для изучения степени гидрофобности мест связывания флуорохрома с биополимером. Так, по интенсивности флуоресценции 1-анилино-нафталин-8-сульфокислоты судят о строении и функционировании мембран клетки [9]. [c.296]

В гипотезах, касающихся флокуляции микроорганизмов активного ила, это явление рассматривается либо как основанное на свойствах одного вида микроорганизмов, либо как физико-химический процесс. Из гипотез, описывающих флокуляцию как физико-химический процесс, в последние годы все большее признание получает гипотеза о главенствующей роли внеклеточных биополимеров. Согласно этой гипотезе для флокуляции необходимы адсорбция одной макромолекулы или ассоциации макромолекул на нескольких частицах и образование хлопьев, состоящих из частиц, связанных полимерными мостиками. В качестве мостиков могут служить нерастворимые в воде вещества, например полисахариды или при бактериальной суспензии - гидрофильные коллоиды. [c.7]

Соображения, относящиеся к осложняющему влиянию избирательной адсорбции, особенно важны при исследовании полиэлектролитов (биополимеров), когда в раствор вводится кислота, щелочь или соль (буфер), предназначенные для варьирования pH или (и) ионной силы раствора (см., например, [80]). При этом молеку. [c.204]

В настоящее время имеется определенная информация о поведении ферментов и белков на поверхности ртутного электрода. При адсорбции на поверхности ртути происходят существенные конформационные изменения белков. Молекулы биополимеров расплющиваются и растекаются по поверхности ртути, образуя монослой толщиной в одну полипептидную цепь. Возникающая структура содержит большое число пор, допускающих диффузию низкомолекулярных реагентов к поверхности электрода. При адсорбции ферментов на твердых поверхностях они, как правило, сохраняют свою структуру и проявляют каталитическую активность. На этом основан способ адсорбционной иммобилизации ферментов. [c.72]

Определение коэс фициента вязкости проводили при помощи капиллярного вискозиметра типа Убеллоде с капилляром диаметром 0,48 мм и длиной 123 мм. Время истечения дистиллированной воды при 15° составляло 128 сек. Изменение давления, при котором происходило истечение жидкости в прибор, осуществляли с помощью установки, описанной в работе [6]. Определение времени истечения жидкости производили при термоста-тировании системы с точностью до 0,01 Для выяснения влияния концентрации слизистого вещества на исследуемые свойства исходный препарат слизи [7] разбавляли профильтрованной морской водой. Измерения производили у растворов от меньших к большим концентрациям, что позволяло исключить влияние адсорбции биополимера на стенках капилляра на определяемую величину коэ( )фициента вязкости [8]. [c.126]

Другая перспективная система — монослой 3-меркаптопропилтриметоксисила-на. После УФ-облучения малой мощности (193 нм) меркаптогруппы мягко окислялись в сульфогруппы. На необлученных участках (8Н) с помощью сшивающих агентов можно закреплять белки и использовать для получения биосенсоров [296]. При этом важно, что участки, обработанные светом (ЗОзН), высокогидрофильны и характеризуются низкой неспецифической адсорбцией биополимеров, что положительно сказывается на селективности биосенсора. Метод фотолитографии использовался также для получения металлических микроструктур на поверхности, управления ростом клеток и др. [296-298]. Регулярные поверхностные структуры (линии, прямоугольники, треугольники) с периодичностью 532 нм получены при помощи фотолитографии (193 нм) для монослоев алкилтиолов на золоте [299-302]. [c.252]

Химическая чистота носителя и однородность силанольных групп существенно влияют на разрешающую способность колонны, денатурацию и необратимую адсорбцию биополимеров и основных соединений. Такие соединения в большом ассортименте представлены как компоненты субстанций лекарственных препаратов. Такие сорбенты, как Kromasil, Luna, Prontosil отличаются высокой химической чистотой. Содержание ионов Na " и Al " не превышает 20 мкг/г, а ионов железа — 40. Эта особенность наряду со специальной технологией подготовки матрицы обеспечивает высокую однородность поверхности как по химическому составу, так и по состоянию гидроксильных групп. [c.458]

Изучению механизма адсорбции биополимеров на различных поверхностях посвящено огромное число экспериментальных и теоретических работ и написано значительное количество обзорной литературы и книг. Для ознакомления с последними достижениями в данной области см. [518-521]. Несмотря на интенсивные исследования в силу исключительной сложности процесса многие аспекты механизма адсорбции белков являются спорными и не вполне разрешенными. Согласно общепринятым представлениям [515], начальными процессами неспецифической сорбции белков являются гидрофобные взаимодействия между поверхностью и гидрофобными участками белка. Первичная адсорбция в значительной степени обратима и связь белка с поверхностью несильная. Однако вслед за первичной адсорбцией может последовать частичная денатурация и разворачивание белковой глобулы, что приводит к увеличению силы взаимодействия белка с поверхностью и необратимости адсорбции. Для реальных биологических жидкостей, содержащих сотни белков и других веществ, ситуация значительно усложняется благодаря конкурентным адсорбционным и постадсорбционным взаимодействиями, что усложняет исследование и описание происходящих процессов. [c.497]

Рис. 8.27. Функциональные группы, присутствие которых па поверхности снижает неспецифическую адсорбцию биополимеров и адгезию клеток а — полиэтиленгликоль, б — поли-карбоксиметилдекстран, в — фосфоринхолин

Цитированные результаты, на наш взгляд, убедительно демонстрируют, что такие характеристики поверхности, как гидрофильность и гидрофобность, совершенно недостаточны для описания модифицированных поверхностей применительно к их взаимодействию с биологическими объектами. Понятхю, что адсорбционные свойства зависят также и от динамических свойств привитых молекул, степени кристалличности монослоев, наличия разупорядоченных доменов, их распределения и т. п. Влияние данных параметров поверхности на адсорбцию биополимеров и клеток практически не исследовано, и можно предположить, что это направление будет бурно развиваться в ближайшее время. [c.503]

Если биополимер нерастворим, как для целлюлозы, гемицеллюлоз, хитина, многих гетерополисахаридов и т, д., то ва/1 ную роль в их деструкции играет адсорбция ферментов-деполимераз на поверхности субстрата. Роль адсорбции в данном случае заключается далеко не только в концентрировании ферментов на поверхности нерастворимого субстрата, но п в резком увеличении реакционной способности фермепт-субстратного комплекса. В этом состоит своеобра. не субстратной специфичности деполимераз по отношещгп к нерастворимым биополимерам. [c.4]

Для ВЭЖХ используют фракции сферона с размером зерен менее 25 мкм, которые очень желательно дополнительно седиментировать. С 1985 г. начат выпуск сорбентов сферой микро с размером зерен 12, 16 и 20 мкм, которые отличаются более узким распределением по размеру частиц и повышенной механической прочностью. В литературе приведено много примеров использования сферонов для разделения гидрофильных полимеров, белков, нуклеиновых кислот и других биологических объектов. При этом неоднократно наблюдали заметную адсорбцию некоторых биополимеров на матрице геля, что иногда повышает эффективность разделения. [c.105]

Применение спектроскопии ЯМР. Спектроскопия ЯМР относится к неразрушающим методам анализа. Совр. импульсная ЯМР фурье-спектроскопия позволяет вести анализ по 80 магн. адрам. ЯМР спектроскопия - один из осн. физ.-хим. методов анализа, ее данные используют для однозначной идентификации как промежут. продуктов хим. р-ций, так и целевых в-в. Помимо структурных отнесений и количеств, анализа, спектроскопия ЯМР приносит информацию о конформационных равновесиях, диффузии атомов и молекул в твердых телах, внутр. движениях, водородных связях и ассоциации в жидкостях, кето-енольной таутомерии, металло- и прототропии, упорядоченности и распределении звеньев в полимерных цепях, адсорбции в-в, электронной структуре ионных кристаллов, жидких кристаллов и др. Спектроскопия ЯМР - источник информации о структуре биополимеров, в т. ч. белковых молекул в р-рах, сопоставимой по достоверности с данными рентгеноструктурного анализа. В 80-е it. началось бурное внедрение методов спектроскопии и томо-фафии ЯМР в медицину для диагностики сложных заболеваний и при диспансеризации населения. [c.519]

Распределительная хроматография основала, на распределении веществ между двумя несмешивающимися жидкими фазами. При разделении биополимеров используют водно-органические фазы. Неподвижная жидкая фаза формируется в результате ее закрепления на пористом нерастворимом носителе силами полимо-лекулярной адсорбции. Если носитель по своей природе гидрофилен (целлюлоза, силикагель, стекло), то неподвижной является более гидрофильная жидкая фаза. Если же полимер, например силикагель, модифицирован объемистыми гидрофобными радикалами, то неподвижной является более гидрофобная фаза. В этом случае разделение называют хроматографией с обращенной фазой. [c.238]

В серии работ авторов монографии установлена общность закономерностей образования прочных лтежфазных адсорбционных слоев поверхностно-активных биополимеров на жидких границах раздела фаз водный раствор/масло и объемного структурообразования в водных растворах. Прочная структура межфазного слоя и поверхностно-активных полимеров, так же как и в объеме, образуется вследствие выделения новой фазы и образования контактов сцепления между макромолекулами, причем возникновение прочности межфазных адсорбционных слоев белков моя но представить состоящим из трех главных этапов 1) адсорбция макромолекул на границе фаз 2) ориентация и конформационные изменения макромолекул 3) взаимодействие макромолекул друг с другом с образованием прочных межфазных слоев. [c.265]

В настоящее время имеется определенная информация о поведении ферментов и белков на поверхности ртутного электрода. Полярография на ртутном электроде — достаточно развитый способ изучения белков [32—37]. При адсорбции на поверхности ртути происходят существенные конформационные изменения белков. Молекулы биополимеров расплющиваются и растекаются по поверхности ртути, образуя монослой толщиной в одну полипептидную цепь [38—40]. Возникающая структура содержит большое число пор, допускающих диффузию низкомолекулярных реагентов к поверхности электрода. В работах [34, 36] наблюдали электрохимическое восстановление белков, содержащих геминовую простетическую группу, однако, как было показано, эта реакция протекает с участием слоя денатурированного и поверхностно адсорбированного белка [40]. [c.75]

Присутствие гидрофобных областей в структуре белков доказано экспериментально по данным растворимости углеводородов в растворах белков [283—286] и по интенсификации флуоресценции реагентов типа К—О—5 или А—О—5, связанных или сорбированных в этих областях. На большое значение флуоресценции при таких исследованиях впервые указывали Остер и Нишид-жима [287, 288]. Они подчеркивали, что молекула основания со свободно вращающейся группой хромофора начинает сильно флуоресцировать, если вращение заторможено вследствие адсорбции. Тушение флуоресценции вследствие теплого рассеяния энергии возбуждения за счет внутреннего вращения может быть уменьшено при фиксации планарной молекулы на биополимере. В последнее время подобное увеличение флуоресценции исследуется в связи с наличием в белках гидрофобных областей. Например, при адсорбции 1-анилино-8-нафталинсульфокислоты (АНС) на апомиоглобине и апогемоглобине, свободных от группы гема, флуоресценция группы претерпевает изменения добавление гема восстанавливает первоначальную флуоресценцию [289]. При адсорбции полоса флуоресценции 515 нм смещается в область 454 нм, а квантовый выход увеличивается в 200 раз, от 0,004 до 0,98. Вообще я — л возбужденные состояния я-электрон-ной системы стабилизуются по сравнению с основным состоянием за счет воздействия молекул растворителя в относительно большей степени, так что снятие этого эффекта интенсифицирует флуоресценцию и вызывает смещение в длинноволновую часть спектра. Опыты с модельными соединениями в растворителях с различными дипольными моментами свидетельствуют в пользу такого объяснения. Доказательством наличия в бычьем сыворо- [c.378]

Приведенные примеры наглядно демонстрируют основные черты биополимеров строгую упорядоченность структурных элементов и связанную с этим точную направленность связей. Механизм контроля столь точной сборки биополимеров пока остается неясным, однако очевидно, что вследствие этой точности биополимеры приобретают способность осуществлять большое число самых разнообразных функций. Химикам-синтетикам лишь иногда удается получить полимеры с некоторыми из этих функциональных характеристик. Хорошо известным примером функциональных полимеров являются ионообменшле смолы, осуществляющие селективную адсорбцию ионов. Такая узкая специализация резко отличает их от биополимеров, участвующих одновременно в очень большом числе разнообразных реакций, Далее в этой книге будет рассказано о синтетических полимерах с высокой степенью функциональности, однако во всех случаях они уступают пока биополимерам как по числу осуществляемых процессов, так и по [c.11]

Факт увеличения сигнала в зависимости от используют в вольтамперометрии для повышения чувствительности определения. Однако этот рычаг действует в ограниченных пределах приблизительно до скоростей 1-5 В/с. Далее повышение скорости для увеличения чувствительности теряет смысл, так как емкостный ток полностью забивает аналитический сигнал. Однако в аналитической практике емкостный ток находит применение для регистрации адсорбционных токов ряд веществ не дают токов восстановления или окисления, но способны адсорбироваться на поверхности электрода и изменять Сд при определенных потенциалах. Фиксируя токи емкости двойного слоя, судят о концентрации адсорбирующегося вещества в растворе. Градуировочный график зависимости 1с (со) при этом обычно нелинейный, диапазон определяемых концентраций ограничен. В таком режиме возможно определение, например, эномеланина-водорастворимого полисопряженного биополимера в 1 М растворе КС1. Пик адсорбции получают в диапазоне от —0,1 до —0,3 В [23, ч. 1, с. 45]. Фиксирование 1с при больших скоростях PH осуществляют при исследованиях двойного электрического слоя и в других электрохимических экспериментах, где необходимо изучение [c.57]

Взаимодействие биополимеров и клеток с нанокластерами золей металлов носит специфический характер и может отличаться для разных металлов. Бактериальному концентрированию металлов предшествует их адсорбция на поверхности клетки с последующей их ассимиляцией. При этом может происходить укрупнение кластеров золя без адсорбции на поверхности клетки (флокуляция) или адсорбция с последующим осаждением металл-бактериальных агрегатов (гетерокоагуляция). Подобно наносистемам на основе полимеров, наиболее устойчив золь с размерами около 10 нм. Важнейшим свойством коллоидно-бактериальной наносистемы по сравнению с полимерами является наличие специфических взаимодействий. Так, живые клетки, например Ba illus subtilis, способны к адсорбции коллоидных кластеров и образованию агрегатов, в то время как для неактивных клеток адсорбция почти не происходит [18]. [c.467]

Сравнительная легкость получения, высокая стабильность, возможность широкого варьирования и направленного изменения химии концевых груш1, близкая к идеальной упаковка молекул — все это делает упорядоченные монослои прекрасным модельным объектом для изучения молекулярных механизмов таких явлений, как специфическая адсорбция, смачивание, адгезия, трение и т. п. Высокоупорядоченные модельные системы по типу представленных на рис. 5.4 являются прекрасными стартовыми объектами для конструирования поверхностей с заданной двух- и трехмерной структурой. Изучение механизмов самосборки на поверхности и свойств упорядоченных структур представляет огромный фундаментальный и практический интерес. Такие поверхности применяются для создания сенсоров [58-61], в оптико-электронных и полупроводниковых технологиях [62], для создания изделий нано- и микромеханики [63,64] и нанолитографии [65], для моделирования взаимодействий биополимеров и клеток с поверхностью и разработки биосовместимых материалов [66-70] и др. В живой природе самосборка упорядоченных монослойных структур играет главную роль при образовании клеточных мембран [71]. Последние достижения по методам получения, исследования и свойствам упорядоченных монослоев рассмотрены в обзорных работах [72-74]. [c.181]

Б ряде случаев может успешно применяться для разделения и очистки биополимеров (иммуноглобулины, яичный альбумин, интерферон, растительные вирусы) чистый кремнезем, однако многие природные соединения слишком прочно удерживаются на нем [250]. Устранение адсорбции путем изменения состава элюента не всегда возможрю, а зачастую приводит к потере биологической активности разделяемых объектов [251[. В этом случае химическое модифицирование кремнезема — едршственный путь создаршя сорбентов с необходимой спецификой поверхности. [c.437]

Важнейшим требованием к сорбентам для хроматографии биополимеров является полная десорбция анализируемых соединений. Казалось бы, что при больших размерах разделяемых молекул они менее чувствительны к одрюродности поверхности, однако любые дефекты покрытия могут привести к необратимой сорбции. Это связарю с наличием на периферии макромолекул многих биополимеров кислотных и основных групп, способных к сильным взаимодействиям с различными адсорбционными центрами, а также с многоточечной адсорбцией макромолекул. Эти взаимодействия не всегда можно устранить введением добавок в элюент. [c.438]

Для разделения и анализа биополимеров широко используется эксклюзионная хроматография, где основным требованием к сорбентам является полное отсутствие адсорбции разделяемых соединений. Материалы на основе кремнезема индуцируют неспецифические взаимодействия с белками в водной среде из-за природы их поверхности (в основрюм из-за силанольных групп). Поэтому поверхность кремнезема должна быть модифицирована в целях использования сорбентов на его основе [c.438]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология