Kvægs blod holder guld nanopartikler stabile

(Phys.org) - Et protein fra koblod har den bemærkelsesværdige evne til at forhindre guldnanopartikler i at klumpe sig sammen i en opløsning. Opdagelsen kan føre til forbedrede biomedicinske applikationer og bidrage til projekter, der bruger nanopartikler i barske miljøer.

Bovint serumalbumin (BSA) danner et protein "corona" omkring guldnanopartikler, der forhindrer dem i at aggregeres, især i højsaltmiljøer som havvand. Den nye forskning fra Rice University labs af kemikere Stephan Link og Christy Landes blev udgivet af American Chemical Society journal ACS Bæredygtig kemi og teknik .

Links primære interesse er i de plasmoniske egenskaber af nanopartikler. Landes 'arbejde inkorporerer proteinbinding og molekylær transport. BSA-forskningen kombinerer deres unikke talenter med Sergio Dominguez-Medinas, en kandidatstuderende i Links laboratorium, der studerede til fysiker ved Monterrey Tech og blev tiltrukket af dette tværfaglige projekt under en bacheloruddannelse på Link's Rice lab.

"I første omgang, vi ønskede at se på nanopartikler i løsning med noget, de ofte ville støde på i blod:serumalbumin, "Landes sagde." I vores første forsøg, Sergio rapporterede, at det var meget effektivt, rimelig hurtig og irreversibel binding i det øjeblik, han satte nanopartikler i en opløsning, der indeholdt serumalbumin. "

"Det viste sig, at saltet faktisk driver denne binding, "Sagde Dominguez-Medina.

Uden BSA, guld nanopartikler i en salt opløsning aggregerer hurtigt og falder til bunden. "Det er i sig selv uønsket til biomedicinske eller industrielle anvendelser, fordi det kan føre til problemer med toksicitet, "sagde han." Nanopartiklerne bliver mere hydrofobe, fordi i nærvær af salte, de overskydende ladninger på overfladen (som modvirker klumpning) fjernes faktisk. "Men hvis BSA er til stede, proteinerne trækkes hurtigere til nanopartiklerne end partiklerne trækkes til hinanden.

"Når proteinet er bundet, det giver en super beskyttelse mod enhver form for saltinduceret aggregering. Vi tror, ​​at dette kan bruges til stabilisering af nanopartikler i miljøer, hvor, lige nu, det er ikke opnået, "Sagde Dominguez-Medina.

Han sagde, at opdagelsen også giver mulighed for, at nanopartikler kan gøres mere kompatible til behandling af mennesker ved hjælp af en patients eget albumin. "Albumin er virkelig let at rense, og processen er veletableret, " han sagde.

Guldnanopartiklers evne til at absorbere og omdirigere lys er kernen i flere banebrydende teknologier, der udvikles hos Rice og andre steder. Mest bemærkelsesværdigt er en nanopartikelbaseret kræftbehandling nu i menneskelig testning, der blev udviklet af professor Naomi Halas og tidligere ris-kollega Jennifer West, og Halas 'projekt om at konvertere solenergi direkte til damp til sanitet og vandrensning.

"Den eneste måde nanopartikler udviser deres virkelig flotte optiske egenskaber ved meget specifikke optiske frekvenser er, hvis de er adskilt, "Sagde Landes.

Fordi ren guld nanopartikler er så hydrofobe, de klumper sig naturligt sammen i en opløsning, medmindre de er kemisk behandlet. "En stor industriel indsats går ud på at holde ting væk fra overflader, som kontaktlinser og skibsskrog, "sagde hun." Det indebærer kemisk ændring af overfladerne for at forhindre uønsket adsorption, eller for nanopartikler, uønsket aggregering. "

Det er dyrt at beskytte overfladen, Link sagde. "Men vi fandt ud af, at vi kunne tage nanopartikler fremstillet på den billigste måde, med en natriumcitratbelægning, der stabiliserer partiklerne ved elektrostatisk frastødning, og tilføj BSA, som dækker partiklerne og gør dem virkelig stabile. "

Albumin er det mest almindelige protein i blodet, og kvægversionen deler 98 procent af sin aminosyresekvens med humant serumalbumin. "Et af dets hovedformål, biologisk, er at tage ting, der ikke er vandopløselige, binde til dem og gøre dem opløselige, "Landes sagde." Når du kombinerer det med guld nanopartikler, BSA handler steder med den billige citrat, hvilket ikke er et godt beskyttende lag, at danne monolags corona, som er meget stærk og beskyttende. "

Havvand er selve definitionen på et hårdt miljø, Landes sagde. "Et af problemerne med afsaltningsapplikationer og, ligeledes, med brændselsceller, er, at saltvand eller sure betingelser er meget ætsende, "sagde hun." Derfor er du nødt til at bruge platinelektroder i brændselsceller - ikke fordi de er bedre end billigere materialer ved katalyse, men fordi de ikke tærer på i hårde omgivelser. "Hun ser løfte om BSA-behandlede guldnanopartikler i begge applikationer.

Forskerne ser nu på, hvor godt guld nanopartikler bevarer deres albuminkorona ved gentagen brug. "Guld er dyrt, "Landes sagde." Men det skønne ved det er, at hvis du kan genbruge det, det koster dig kun én gang. "

De vil også bruge spektroskopi til at se, hvordan bindingsmekanismen fungerer i realtid, Link sagde. "Vi vil undersøge, hvad der sker i grænsefladen mellem nanopartikler og biologisk relevante medier", der i sidste ende kan omfatte DNA, RNA og lægemidler til levering til celler, han sagde.

Link planlægger at se, hvordan BSA kan bruges i kombination med guldnanoroder. Fordi nanorods 'plasmoniske egenskaber kan indstilles, "vi kan få dem ind i det biologiske vindue, som er nær-infrarødt lys, "sagde han. Nær-IR fra lasere bruges til at aktivere, ved opvarmning, Halas' and West's cancer-killing nanoshells. Nanorods may also offer ways to combine BSA and other useful proteins by coating the tips and sides separately.