Введение к работе
Актуальность темы. Создание новых материалов является одной из движущих сил для развития как фундаментального знания, так и промышленности. Полиэлектролитные нано- и микрокапсулы (ПНМК), изготавливаемые методом поочередного наслаивания противоположно заряженных полиэлектролитов на дисперсные частицы нано- и микро размеров с последующим разрушением и удалением этих частиц, являются объектами новой быстро развивающийся области — полимерной нанотехнологии. Полученные к настоящему времени результаты демонстрируют широкие возможности использования ПНМК при разработке нового класса химических и биохимических реакторов и изучения особенностей протекания физических и химических процессов в малом объеме, при создании нового типа зондов и высокочувствительных сенсоров и разработке оригинальных методов разделения смесей различных органических и неорганических веществ, в частности, выделения из среды ионов тяжелых металлов. Применение микрокапсул в биомедицине позволяет реализовать ряд важных возможностей капсулирования, таких как защита биологически активных веществ (БАВ) от окисления под воздействием внешней среды, обеспечение пролонгированного и/или контролируемого выхода БАВ, придание микрокапсулированным продуктам новых физических свойств.
В последнее время ПНМК находят свое применение при разработке нового класса диагностических средств - полиэлектролитных ферментных микродиагностикумов, т.е. средств микро- и наноразмерной величины, позволяющих распознавать и количественно определять низкомолекулярные вещества как в нативных биологических жидкостях, так и в сточных водах. Такие микродиагностикумьг представляют собой ансамбль полиэлектролитных микрокапсул с включенным в них ферментом, оболочки которых состоят из чередующихся слоев поликатиона и полианиона, содержащих гидрофобный остов. Благодаря полупроницаемости оболочки микрокапсула с включенным ферментом, помещенная в многокомпонентную среду, становится анализатором в ней низкомолекулярпых веществ - субстратов, ингибиторов или активаторов инкапсулированного фермента. Использование такого фермента по сравнению со «свободным» в клинико-биохимическом анализе имеет неоспоримые преимущества. Они связаны в первую очередь с высокой стабильностью инкапсулированного фермента и возможностью его многократного использования.
Научная новизна. В рамках выполнения диссертации разработана и запатентована технология получения загруженных белком полиэлектролитных нано- и микрокапсул. Отличительной ее особенностью является стадия подбора полиэлектролитной пары оболочки, которая обеспечивает максимальную сохранность активности инкапсулированного фермента. Методом трансмиссионной электронной микроскопии установлена структурная организация содержащих и не содержащих белок полиэлектролитных микрокапсул. Изучена термочувствиельность полых и содержащих интерполиэлектролитные комплексы и белки полиэлектролитных микрокапсул. На их основе разработан полиэлектролитный ферментный микродиагностикум с регистрацией его работы по изменению скорости седиментации микрокапсул.
Практическая ценность. Полученные в ходе данной работы полиэлектролитные микрокапсулы, содержащие фермент будут использованы в качестве основного компонента полиэлектролитного ферментного микродиагностикума широкого, в том числе медицинского, назначения. Разработанный способ регистрации его работы по изменению скорости седиментации микрокапсул позволяет улучшить существующие на сегодняшний день клинико-биохимические методы анализа, в частности определение мочевины в различных биологических жидкостях. Результаты исследования термочувствительности и ультраструктурной организации микрокапсул имеют не только фундаментальное, но и практическое значение в связи с нахождением оптимальных режимов для полиэлектролитного капсулирования и декапсулирования белковых систем.
Целью данной работы было изучение структуры и термочувствительности содержащих белки полиэлектролитных микрокапсул, а так же создание на их основе нового типа микродиагностикума, с регистрацией его работы по изменению седиментационных характеристик микрокапсул.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
Получить полиэлектролитиые микрокапсулы трех типов: полые, содержащие интерполиэлектролитные комплексы и белки. Установить оптимальные условия включения ферментов в полиэлектролитные микрокапсулы.
Изучить ультраструктурную организацию содержащих и не содержащих белки полиэлектролитных микрокапсул.
Исследовать влияние температуры на полые и заполненные полиэлектролитные микрокапсулы.
Разработать полиэлектролитный ферментный микродиагностикум с регистрацией его работы по изменению скорости седиментации микрокапсул.
Апробация работы. Результаты работы представлены на международных конференциях "Structural chemistry of partially ordered systems, nanoparticles and nanocomposytes" 2006 и «Современные проблемы науки о полимерах» 2007, Санкт-Петербург, 4-й международной конференции "NanoBio and related new Perspective Biotechnologies" 2007, Пущино, I региональной конференции «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем (Крестовские чтения)» 2006, Иваново, конференции «Биология - наука XXI века», 2005, 2006, 2007 Пущино и международном форуме по нанотехнологиям 2008, Москва.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, в том числе 8 статей и 2 патента.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена па 80 страницах с использованием 27 рисунков, 5 таблиц и включает: введение, обзор литературы, материалы и методы, полученные результаты и их обсуждение, выводы. Список литературы содержит 161 ссылку.
