Naslov Kemijska modifikacija i fizikalno-kemijska karakterizacija površina borosilikatnog stakla za kovalentno vezanje proteina
Naslov (engleski) Chemical modification and physico-chemical characterization of the borosilicate glass surfaces for a covalent protein immobilization
Autor Lovro Žužić
Mentor Duško Čakara (mentor)
Član povjerenstva Nela Malatesti (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Robert Peter (član povjerenstva)
Član povjerenstva Duško Čakara (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Rijeci (Fakultet biotehnologije i razvoja lijekova) Rijeka
Datum i država obrane 2018-09-21, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana BIOTEHNIČKE ZNANOSTI Biotehnologija
Sažetak Vezanje proteina na površine čvrstih nosača predstavlja neizbježan korak
u proizvodnji proteinskih bio uređaja. Ono se može postići kao reverzibilno
vezanje (fizisorpcija) ili ireverzibilno (kemisorpcija) putem stvaranja
kovalentne veze između površinskih skupina i proteina. Potonji način ima
prednost zbog trajnosti površinskog sloja, no vrlo često se kovalentnim
vezanjem na površinske skupine narušava tercijarna struktura proteina,
zbog čega gubi svoju aktivnost. Za postizanje kovalentne veze proteina s
površinom najčešće se koriste molekule tzv. cross-linkeri, a njihov odabir
ovisi o vrsti kemijskih skupina na površini, te ograncima aminokiselina
koje su dostupne na vanjskoj površini proteina. Za kemijsku modifikaciju
stakla, na čijoj se površini nalaze silanolne skupine, najčešće se koriste
organosilani. To su organske molekule koje na jednom kraju nose silanske
skupine te putem njih kondenziraju sa silanolnim skupinama stakla, a na
drugom terminalnu funkcionalnu skupinu koja omogućuje stvaranje
kovalentne veze s ciljanom molekulom. U slijedećim koracima se
terminalna skupina površinski vezanih organosilana prevodi u skupinu
koja može reagirati s nekim od aminokiselinskih ostataka proteina. Doseg
reakcija na površinama ograničen je geometrijskim utjecajem površine na
difuziju, kao i drugim fizikalno-kemijskim svojstvima, kako otopljenih
reaktanata tako i površine (prvenstveno liofilnost te površinski naboj).
Stoga je za uspješnost vezanja prekursora te proteina na površinu,
potrebno optimizirati fizikalno-kemijske uvjete provođenja tih reakcija
(pH, ionska jakost, odabir pomoćnog otapala…). Također, s obzirom da
standardne tehnike najčešće nisu prikladne za kemijsku analizu sastava
površine zbog relativno malih koncentracija analita, prilikom razvoja
uspješne i reproducibilne metode za vezanje proteina, u svrhu detekcije
vezanja je nužno mjeriti gore spomenuta fizikalno-kemijska svojstva
površine, kao posljedicu promjene kemijskog sastava. Cilj je uspostaviti
skup analitičkih metoda kojima je moguće nedvosmisleno dokazati
vezanje kako proteina, tako i pojedinih prekursora na površinu
borosilikatnog stakla. Za mjerenje hidrofobnosti površine korišteno je
mjerenje kontaktnog kuta sjedeće kapi, zatim mjerenje ɀ-potencijala za
analizu površinskog naboja, a za određivanje elementarnog sastava
površine korištena je spektroskopija fotoelektrona rendgenskim zrakama
(XPS). Gore navedeni cilj je ovim istraživanjem i ostvaren, tj.
uspostavljena je metodologija za kemijsku modifikaciju površine
borosilikatnog stakla za vezanje proteina i njenu analizu.
Sažetak (engleski) The binding of proteins on solid surfaces represents an unavoidable step
in protein bio-devices production. It can be achieved as reversible
(physisorption) or irreversible (chemisorption) binding via covalent bonds
between surface groups of the solids and proteins. The latter has the
advantage due to the longevity of the surface layer, but often tertiary
structure of the protein is disrupted because of which proteins lose their
activity. For achieving of the covalent binding of the protein to the surface
groups, cross-linking molecules are most often used. Their selection is
based on the type of the chemical groups on the solid surface and amino
acid residues on the outer surface of the protein. For chemical
modification of glass, with silanol groups on the surface, organosilanes are
most often used. These are molecules featured with silane groups on the
one end which allow condensation with silanol groups at the glass surface,
and a terminal functional group on the other end which allows creation of
a covalent bond with the target molecule. In the next steps the terminal
group of surface-bound organosilanes is converted to a chemical group
that can react with some of the amino acid residues of the protein. The
reach of the surface reactions is limited by the geometrical influence of
the surface on diffusion, as well as other physico-chemical properties of
solvated reactants and the surface (primarily liophilicity and surface
charge). Therefore, in order to achieve the bonding of the precursors and
binding of proteins on the surface, optimization of the physico-chemical
conditions for the involved reactions (pH, ionic strength, auxiliary solvent
etc.) is required. Since the standard analytical techniques are most often
not suitable for the chemical analysis of the surface, due to relatively low
concentrations of the analyte, during the development of successful and
reproducible methods for protein binding, changes in physico-chemical
properties that accompany variation in chemical composition have to be
measured for the detection of binding. The aim is to establish an
assemblage of analytical methods which can be used as unequivocal proof
of protein binding, as well as individual precursors on the surface of
borosilicate glass. For surface hydrophobicity measurements, sessile drop
contact angle measurements were used, zeta-potential measurements
were utilized for the analysis of surface charge, while the X-ray
photoelectron spectroscopy was employed for the analysis of elemental
composition. This allowed successful assessment of the methods and
protocols necessary for chemical modification of the borosilicate glass
surface for protein binding, and accomplishment all of the thesis goals.
Ključne riječi
Funkcionalizacija površina
samoudruženi molekularni jednoslojevi
karakterizacija površina
vezanje proteina
Ključne riječi (engleski)
surface functionalization
self-assembled monolayer (SAM)
surface characterization
protein binding
Jezik hrvatski
URN:NBN urn:nbn:hr:193:233564
Studijski program Naziv: Medicinska kemija Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: diplomski Akademski / stručni naziv: magistar/magistra medicinske kemije (mag. med. chem.)
Vrsta resursa Tekst
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Pristup korisnicima matične ustanove
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2018-10-31 09:36:47