Surface properties of gold nanoparticles/biomacromolecules mixed solutions

Abstract

Наночастицы золота представляют интерес для исследователей не только из-за своих уникальных оптических, но и биосовместимых свойств. Они обусловлены развитой поверхностью наночастиц, которая выступает подложкой для различных биомакромолекул. Слой адсорбированных на наночастице белков (белковая корона) представляет собой индивидуальное свойство нанообъекта. Благодаря такой специфичности белковая корона может служить «паспортом» данной частицы в биологической среде и обуславливать биологический ответ. В процессе формирования такого комплекса меняются свойства белковой молекулы. В литературе показано, что наночастицы с короной обладают поверхностной активностью, поэтому исследование поверхностных свойств данных систем может указать на конформационные изменения белковых молекул при адсорбции. Основной задачей данной работы служит изучение динамических поверхностных свойств растворов наночастиц золота в смеси с модельным глобулярным белком бычьим сывороточным альбумином с целью определения механизма формирования адсорбционных пленок в растворах комплексов белок/ЗНЧ. В ходе работы были синтезированы наночастицы золота размером около 20 нм и малой полидисперсностью. Раствор наночастиц смешивали с растворами белка и исследовали кинетические зависимости поверхностного натяжения и динамической поверхностной упругости при разных значениях ионной силы. Подобраны оптимальные концентрации компонентов для образования комплекса белок/наночастица, при которых наблюдалось наибольшее отличие поверхностных свойств от растворов чистого белка. Образование белковой короны не повлияло на механизм формирования адсорбционного слоя растворов. При повышении ионной силы в растворах комплексов белок/наночастица ускорилось формирование адсорбционной пленки. Обнаружена узкая область концентраций белка, в которой меняется механизм формирования адсорбционного слоя, что связано с появлением в пленке комплексов белок/наночастица с частично денатурированной молекулой белка.

Gold nanoparticles are intriguing objects for researchers not only because of their unique optical properties, but also biocompatible properties. Due to the developed surface nanoparticles can act as a substrate for various biomolecules. A layer of proteins adsorbed on a nanoparticle surface is her individual property, then protein corona can serve as a "passport" of a given particle in the biological environment and determine the biological response. During the formation of this complex, properties of the protein molecule may change. It is well known that nanoparticles with a corona show surface activity. Therefore, studying surface properties of these systems can indicate conformational changes in protein molecules during adsorption. The main purpose of this work is to study dynamic surface properties of solutions, containing gold nanoparticles and model globular protein, bovine serum albumin, in order to determine the formation mechanism of adsorption films in solutions of protein /gold nanoparticle complexes. During the work, gold nanoparticles with a size of about 20 nm and low polydispersity were synthesized. A solution of nanoparticles was mixed with protein solutions, and the kinetic dependences of surface tension and dynamic surface elasticity were investigated at different values of ionic strength. Optimal concentrations of components for the formation of a protein/nanoparticle complex were selected. The greatest difference in surface properties compared to pure protein solutions was observed. Formation of the protein corona did not affect the formation mechanism of the adsorption layer of studied solutions. With an increase of ionic strength in solutions of protein/nanoparticle complexes, the formation of an adsorption film accelerated. A narrow range of protein concentrations was found, in which the mechanism of formation of the adsorption layer changes. This effect is associated with the appearance in the film of protein/nanoparticle complexes with a partially denatured protein molecule.