Dynamic properties of adsorbed and spread layers of macromolecules with fullerenes

Abstract

В настоящее время исследования взаимодействия фуллеренов и белков активно развиваются в связи с широким интересом к медицинским приложениями фуллеренов и к взаимодействию фуллеренов с клеточными мембранами. Практически вся полученная информация относится к образованию комплексов фуллерен/белок в объеме раствора. В данной работе, по-видимому, впервые исследуются свойства смешанных пленок бычьего сывороточного альбумина (БСА) и фуллерена С60 на водной поверхности с целью определении механизма формирования смешанной пленки БСА и С60, а также оценки изменения конформации БСА в пленке, ее структуры и свойств. Для этой цели использовались методы дилатационной поверхностной реологии, эллипсометрия, микроскопия при угле Брюстера и атомно-силовая микроскопия. При переходе белка из объемной фаза в поверхностной слой его третичная структура может измениться, что приводит к более сильному взаимодействию с фуллереном и к поверхностным свойствам, отличающимся от свойств дисперсий комплексов фуллерена с синтетическими макромолекулами. Показано, что адсорбция БСА из водного раствора в системе с нанесенной пленкой фуллерена приводит к образованию сетки сильно вытянутых агрегатов БСА/C60 в поверхностном слое. Зависимости динамической дилатационной упругости смешанных нанесенных пленок БСА/C60 от поверхностного давления имеют два локальных максимума, соответствующих частичному вытеснению белка из ближней области поверхностного слоя, а также началу разрушения непрерывной пленки комплексов белка и фуллерена.

Currently, studies of the interaction of fullerenes and protein are under active development due to the wide interest in medical applications and the interaction of fullerenes with cell membranes. Almost all of the obtained information relates to the formation of fullerene complexes in the bulk. Apparently, in this work, the properties of mixed BSA and C60 films on the water surface were studied for the first time with the aim of creating structures of mixed BSA and C60 films, as well as assessing changes in the BSA conformation, its structures and properties. For this purpose, dilatational surface rheology methods, ellipsometry, and atomic microscopy were used. Upon the protein transition from the bulk to the surface layer its tertiary structure can change, which will lead to a stronger interaction with fullerene and to surface properties that differ from the properties of dispersed complexes of fullerene with synthetic macromolecules. It was shown that adsorption of BSA from its aqueous solution to the surface containing the spread layer of fullerene leads to the formation of a network of strongly elongated BSA / C60 aggregates in the surface layer. The dependences of the dynamic dilatation elasticity of mixed deposited BSA/C60 films on the surface pressure have two local maxima corresponding to the partial displacement of the protein from the proximal region of the surface layer, as well as the beginning of destruction of the continuous film of the protein and fullerene complexes.