RU2480235C2 - Method of increasing of albumin thermal stability when modifying it with metal-carbon nanostructures - Google Patents
Method of increasing of albumin thermal stability when modifying it with metal-carbon nanostructures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2480235C2 RU2480235C2 RU2011132238/15A RU2011132238A RU2480235C2 RU 2480235 C2 RU2480235 C2 RU 2480235C2 RU 2011132238/15 A RU2011132238/15 A RU 2011132238/15A RU 2011132238 A RU2011132238 A RU 2011132238A RU 2480235 C2 RU2480235 C2 RU 2480235C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- albumin
- metal
- thermal stability
- increasing
- carbon
- Prior art date
Links
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способам повышения термостойкости биообъектов (альбумина) и может быть использовано при изготовлении биопрепаратов нового поколения. Необходимость повышения термостойкости альбумина связана с требованиями высокой устойчивости биопрепаратов к термической обработке.The present invention relates to methods for increasing the heat resistance of biological objects (albumin) and can be used in the manufacture of new generation biological products. The need to increase the heat resistance of albumin is associated with the requirements of high resistance of biological products to heat treatment.
Способ направлен на повышение термостойкости альбумина, модифицируя его металлуглеродными наноструктурами. Настоящее изобретение направлено на разработку способа, позволяющего получить высокий технический результат по повышению термостойкости альбумина, при использовании доступной практически любому производителю технологии.The method aims to increase the heat resistance of albumin, modifying it with metal-carbon nanostructures. The present invention is directed to the development of a method that allows to obtain a high technical result to increase the heat resistance of albumin, using technology available to almost any manufacturer.
Известны в качестве стабилизаторов альбумина ацетилтриптофанат натрия и каприлат натрия (патент RU 93004727). Недостаток этих стабилизаторов связан с нестабильностью белкового раствора со временем.Sodium acetyltryptophanate and sodium caprylate are known as albumin stabilizers (patent RU 93004727). The disadvantage of these stabilizers is associated with the instability of the protein solution over time.
В качестве прототипа выбран способ, известный по патенту RU №2414237 (заявка 30.04.2008), основанный на модификации альбумина совиалем для повышения его стабильности. Изобретение обеспечивает повышенную стабильность сополимерно-модифицированных форм альбумина к физико-химическим воздействиям (60°C, 10 часов).As a prototype of the selected method, known in patent RU No. 2414237 (application 30.04.2008), based on the modification of albumin sovialem to increase its stability. The invention provides increased stability of copolymer-modified forms of albumin to physico-chemical influences (60 ° C, 10 hours).
Недостатком этого способа, во-первых, является необходимость использовать для модификации альбумина количество совиаля, как минимум в 3-5 раз превышающее модифицированный объект; во-вторых, низкая температурная (60°C) стабильность модифицированного альбумина.The disadvantage of this method, firstly, is the need to use for the modification of albumin the amount of sovial, at least 3-5 times higher than the modified object; secondly, low temperature (60 ° C) stability of the modified albumin.
Заявленный способ повышения термостойкости альбумина позволяет использовать количество модификатора <0,01 от объема модифицированного объекта и достигать высокую температуру стабильности модифицированного альбумина (250°C).The claimed method of increasing the heat resistance of albumin allows the use of a modifier amount <0.01 of the volume of the modified object and to achieve a high temperature stability of the modified albumin (250 ° C).
Целесообразно в качестве модификаторов использовать металлоуглеродные наноструктуры. В нашем случае металлуглеродные наноструктуры (нанотрубки, волокна и др.), которые использовались для модифицирования альбумина, получены применением низкотемпературного синтеза [1]. Это способ получения углеродных металлсодержащих наноструктур в нанореакторе полимерной матрицы (пункт 2). Для этого способа исследовано влияние на синтез наноструктур состава компонентов, заполнение d-оболочек металла, функционализация sp- и d-групп [1]. В качестве металлов при образовании металлоуглеродных наноструктур необходимо использовать металлы IB группы IV, V, VI периодов, т.е. с заполненной d-оболочкой, образующие слабые химические связи с окислами или солями в отличие от металлов с незаполненной d-оболочкой, являющихся катализаторами окисления. К используемым металлам относятся медь, серебро, золото.It is advisable to use metal-carbon nanostructures as modifiers. In our case, metal-carbon nanostructures (nanotubes, fibers, etc.), which were used to modify albumin, were obtained using low-temperature synthesis [1]. This is a method for producing carbon metal-containing nanostructures in a nanoreactor of a polymer matrix (paragraph 2). For this method, the influence of the composition of the components on the synthesis of nanostructures, the filling of metal d-shells, and the functionalization of sp- and d-groups [1] was studied. As metals in the formation of metal-carbon nanostructures, it is necessary to use IB metals of groups IV, V, VI periods, i.e. with a filled d-shell, forming weak chemical bonds with oxides or salts, in contrast to metals with an unfilled d-shell, which are oxidation catalysts. The metals used include copper, silver, and gold.
Способ получения модифицированного альбумина осуществляют следующим образом: наноструктуры растворяют в воде. После повышения плотности раствора до определенной величины к данному раствору наноструктур добавляют альбумин в соотношении по массе: наноструктур 0.01, альбумина 1. Поверхность наноструктур имеет низкую реакционную способность, и для ее повышения в качестве связующего звена между наноструктурами и модифицированным материалом используют функциональные группы sp- или d-элементов, т.е. присоединение к поверхности наноструктуры атомов p- или d-элементов, образующих ковалентную связь с атомами на поверхности наноструктур [2]. Образование ковалентной связи с внешними атомами разрыхляет наноструктуру, ослабляет химические связи между атомами внутри нее и позволяет им проникать в модифицируемый материал, образуя с ним прочные связи и улучшая эксплуатационные свойства. Функционализация приводит к значительному уменьшению количества модификатора при модифицировании материала. В данном случае достаточно менее одного процента наноструктур относительно модифицированного материала.The method of obtaining modified albumin is as follows: nanostructures are dissolved in water. After increasing the density of the solution to a certain value, albumin is added to this solution of nanostructures in the ratio by mass: nanostructures 0.01, albumin 1. The surface of the nanostructures has a low reactivity, and functional groups of sp or d-elements, i.e. the attachment to the surface of a nanostructure of atoms of p- or d-elements forming a covalent bond with atoms on the surface of nanostructures [2]. The formation of a covalent bond with external atoms loosens the nanostructure, weakens the chemical bonds between the atoms inside it and allows them to penetrate the material being modified, forming strong bonds with it and improving operational properties. Functionalization leads to a significant reduction in the amount of modifier when modifying the material. In this case, less than one percent of the nanostructures relative to the modified material is sufficient.
В нашей заявке в качестве модифицируемого материала представлен альбумин, а модификатора - металлуглеродные наноструктуры, функционализированные sp-элементами (фосфор) в соотношении, близком к 1:1 по массе.In our application, albumin is presented as a modifiable material, and carbon-carbon nanostructures functionalized with sp-elements (phosphorus) in a ratio close to 1: 1 by mass are presented as a modifier.
В качестве контроля за изменением структуры при изменении температуры используют метод рентгеноэлектронной спектроскопии. Исследования выполняли на уникальном 100-см рентгеноэлектронном магнитном спектрометре, позволяющем изучать изменения межатомного взаимодействия и окружения атомов, связанные с изменением температуры альбумина. Это самый точный и надежный способ обнаружения изменений в структуре материала. Кроме того, он является неразрушающим по сравнению с методами, использующими электронные и ионные пучки [3, 4].As a control of structural changes with temperature, use the method of x-ray spectroscopy. The studies were performed on a unique 100-cm X-ray magnetic spectrometer, which allows studying the changes in the interatomic interaction and atomic environment associated with a change in the temperature of albumin. This is the most accurate and reliable way to detect changes in the structure of the material. In addition, it is non-destructive in comparison with methods using electron and ion beams [3, 4].
Изобретение основано на экспериментальных исследованиях, полученных методом рентгеноэлектронной спектроскопии на рентгеноэлектронном магнитном спектрометре с теоретическим обоснованием [5]. Определены параметры составляющих спектров C1s и N1s, характеризующие состояние альбумина: аминокислотные составляющие в спектре N1s-NH2 и в спектре C1s-COOH указывают на наличие альбумина в нормальном состоянии. Отсутствие этих составляющих в спектрах C1s, N1s и рост составляющих N-О и С=O при нагреве более 60°C указывают на окислительное повреждение альбумина.The invention is based on experimental studies obtained by x-ray spectroscopy on an x-ray magnetic spectrometer with theoretical justification [5]. The parameters of the constituent spectra of C1s and N1s characterizing the state of albumin were determined: the amino acid components in the spectrum of N1s-NH 2 and in the spectrum of C1s-COOH indicate the presence of albumin in the normal state. The absence of these components in the C1s, N1s spectra and the growth of the N — O and C = O components upon heating above 60 ° C indicate oxidative damage to albumin.
Показано, что низкая термостабильность альбумина обусловлена слабой связью аминокислотных групп (NH, NH2, NH3) и карбоксильной группы СООН, которая уменьшается с нагревом. Растет окисление азота (N-O) и углерода (С=O), что характеризует разрушение альбумина.It was shown that the low thermal stability of albumin is due to the weak bond of amino acid groups (NH, NH 2 , NH 3 ) and the COOH carboxyl group, which decreases with heating. The oxidation of nitrogen (NO) and carbon (C = O) is increasing, which characterizes the destruction of albumin.
Одним из следствий образования прочной ковалентной связи атомов аминогруппы NH2 с атомами углерода (С-NH2) при модифицировании альбумина металлоуглеродными наноструктурами является повышение термостабильности модифицированного альбумина до 250°С в течение месяца после изготовления. После 3,5 месяцев хранения при комнатной температуре термостойкость модифицированного альбумина снизилась до 150°C.One of the consequences of the formation of a strong covalent bond between the atoms of the amino group NH 2 and carbon atoms (C-NH 2 ) during the modification of albumin by metal-carbon nanostructures is an increase in the thermal stability of the modified albumin to 250 ° C within a month after manufacture. After 3.5 months of storage at room temperature, the heat resistance of the modified albumin decreased to 150 ° C.
Присутствие в модифицированном альбумине металлических катализаторов (например: Ni-O, никельуглеродных наноструктур) приводит к окислению и повреждению альбумина уже при комнатной температуре из-за образования карбонильных групп C=O и разрушения групп N-H.The presence of metal catalysts in modified albumin (for example: Ni-O, nickel-carbon nanostructures) leads to oxidation and damage of albumin even at room temperature due to the formation of carbonyl groups C = O and the destruction of N-H groups.
ПримерыExamples
1. Использование в качестве модификатора медьуглеродных нанотрубок показало отсутствие повреждения альбумина до 250°C. С увеличением температуры выше 250°C интенсивность NH2 и COOH составляющих альбумина уменьшается. Наблюдается рост N-O и C=O составляющих, что указывает на повреждение альбумина. При 350°C составляющие (NH2, COOH), характерные для альбумина, полностью исчезают. Происходит замена NH2 на NO и карбоксильных COOH групп на карбонильные C=O, что характеризует распад альбумина.1. The use of copper-carbon nanotubes as a modifier showed no albumin damage to 250 ° C. With an increase in temperature above 250 ° C, the intensity of the NH 2 and COOH components of albumin decreases. There is an increase in the NO and C = O constituents, which indicates damage to albumin. At 350 ° C, the constituents (NH 2 , COOH) characteristic of albumin completely disappear. NH 2 is replaced by NO and carboxyl COOH groups by carbonyl C = O, which characterizes the breakdown of albumin.
2. Модифицирование альбумина никельуглеродными натрубками или наночастицами NiO привело к изменению спектров C1s и N1s и, следовательно, изменению формы альбумина, т.е. к его повреждению, уже при комнатной температуре. В спектрах отсутствуют составляющие альбумина COOH и NH2, а появляются C-С, С-H, С=O, N-O, т.е. наличие металлического катализатора (Ni, NiO) приводит к окислительному повреждению альбумина.2. Modification of albumin by nickel-carbon tubes or NiO nanoparticles led to a change in the spectra of C1s and N1s and, consequently, a change in the shape of albumin, i.e. damage to it, even at room temperature. The spectra lack COOH and NH 2 components of albumin, but C-C, C-H, C = O, NO appear; i.e. the presence of a metal catalyst (Ni, NiO) leads to oxidative damage to albumin.
На примерах показана необходимость использования в качестве модификатора альбумина для его температурного упрочнения металлоуглеродных наноструктур, в которых используются металлы с заполненной d-оболочкой. В примере 1 в качестве такого металла использована медь, аналогичные результаты получаются при использовании серебра и золота (IB группа в Периодической системе элементов).The examples show the need to use albumin as a modifier for its temperature hardening of carbon-metal nanostructures in which metals with a filled d shell are used. In example 1, copper was used as such a metal, similar results are obtained using silver and gold (IB group in the Periodic system of elements).
Список литературыBibliography
1. Васильченко Ю.М., Шкляева Т.А., Ахметшина Л.Ф. Патент №Р2393110 от 27.06.2010 «Способ получения углеродных металлсодержащих наноструктур в нанореакторе полимерной матрицы».1. Vasilchenko Yu.M., Shklyaeva T.A., Akhmetshina L.F. Patent No.P2393110 dated June 27, 2010 “A method for producing carbon metal-containing nanostructures in a nanoreactor of a polymer matrix”.
2. Shabanova I.N., Terebova N.S. X-ray photoelectron study of the functionalization of carbon metal-containing nanotubes with phosphorus atoms // Electron Spectroscopy and Related Phenomena, в печати.2. Shabanova I.N., Terebova N.S. X-ray photoelectron study of the functionalization of carbon metal-containing nanotubes with phosphorus atoms // Electron Spectroscopy and Related Phenomena, in press.
3. Монография В.А.Трапезников, И.Н.Шабанова, Н.С.Теребова, А.В. Мурин, Е.А.Наймушина «Исследование электронной структуры систем на основе переходных металлов при изменении концентрации, температуры и давления». Москва-Ижевск, Изд-во «Удмуртский университет», Институт компьютерных исследований, 2011, 216 с.3. Monograph by V. A. Trapeznikov, I. N. Shabanov, N. S. Terebov, A. V. Murin, E.A. Naimushina "Study of the electronic structure of systems based on transition metals with changes in concentration, temperature and pressure." Moscow-Izhevsk, Udmurt University Publishing House, Institute for Computer Research, 2011, 216 p.
4. Монография В.А.Трапезников, И.Н.Шабанова, А.В.Холзаков, Г.А.Пономарев, А.В.Мурин, Г.В.Сапожников «Рентгеноэлектронная спектроскопия жидких и аморфных металлических систем» // Москва-Ижевск, Изд-во «Удмуртский университет», Институт компьютерных исследований, 2011, 200 с.4. Monograph by V. A. Trapeznikov, I. N. Shabanova, A. V. Kholzakov, G. A. Ponomarev, A. V. Murin, G. V. Sapozhnikov “X-ray electron spectroscopy of liquid and amorphous metal systems” // Moscow Izhevsk, Udmurt University Publishing House, Institute for Computer Research, 2011, 200 pp.
5. I.N.Shabanova, L.G.Makarova, V.L.Kodolov, A.P.Kuznetsov. X-ray photoelectron spectroscopy as a method to control the formation metal-carbon tubules / Surface and Interface Analysis, 2002, v.34, 80-83.5. I.N.Shabanova, L.G. Makarova, V.L. Kodolov, A.P. Kuznetsov. X-ray photoelectron spectroscopy as a method to control the formation metal-carbon tubules / Surface and Interface Analysis, 2002, v. 34, 80-83.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011132238/15A RU2480235C2 (en) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | Method of increasing of albumin thermal stability when modifying it with metal-carbon nanostructures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011132238/15A RU2480235C2 (en) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | Method of increasing of albumin thermal stability when modifying it with metal-carbon nanostructures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011132238A RU2011132238A (en) | 2013-02-10 |
| RU2480235C2 true RU2480235C2 (en) | 2013-04-27 |
Family
ID=49119469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011132238/15A RU2480235C2 (en) | 2011-07-29 | 2011-07-29 | Method of increasing of albumin thermal stability when modifying it with metal-carbon nanostructures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2480235C2 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004382A1 (en) * | 1999-07-13 | 2001-01-18 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Sonoelectrochemical synthesis of inorganic fullerene-like nanoparticles of metal chalcogenides |
| RU2414237C2 (en) * | 2008-04-30 | 2011-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Удмуртский государственный университет" | Sovialem albumin modification as method for stability enhancement for preparing pharmaceutical biological preparation of albimun in complex with gentamycin or stimaden |
-
2011
- 2011-07-29 RU RU2011132238/15A patent/RU2480235C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001004382A1 (en) * | 1999-07-13 | 2001-01-18 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Sonoelectrochemical synthesis of inorganic fullerene-like nanoparticles of metal chalcogenides |
| RU2414237C2 (en) * | 2008-04-30 | 2011-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Удмуртский государственный университет" | Sovialem albumin modification as method for stability enhancement for preparing pharmaceutical biological preparation of albimun in complex with gentamycin or stimaden |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ДЗИДЗИГУРИ Э.Л. и др. Получение и структура металл-углеродных нанокомпозитов Cu-C. Ж. Российские нанотехнологии, т.5, №9-10, 2010, с.109-111. Сальникова П.Ю. и др. Исследование влияния наноструктурного углеродного наполнителя на карбонизацию гидратцеллюлозных волокон. Тезисы докладов. VII Всероссийская студенческая олимпиада и семинар с международным участием «Наноструктурные, волокнистые и композиционные материалы». СПб., 10-14 мая 2011, с.73. NATH MANASHI et al "Nanotubes of group 4 Metal Disulfides" Angewandte Chemie International Edition, v/41, Issue 18, September 16, 2002, p.3451-3454, реферат PMID: 12298061. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011132238A (en) | 2013-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ma et al. | Application of MOF-based materials in electrochemical sensing | |
| Elugoke et al. | Carbon quantum dots: basics, properties, and fundamentals | |
| Xiang et al. | Carbon dots for anti‐corrosion | |
| Zhao et al. | Nonenzymatic detection of glucose using three-dimensional PtNi nanoclusters electrodeposited on the multiwalled carbon nanotubes | |
| Yang et al. | Functionalization of Carbon Nanoparticles and Defunctionalization Toward Structural and Mechanistic Elucidation of Carbon “Quantum” Dots | |
| Bhunia et al. | Vitamin B1 derived blue and green fluorescent carbon nanoparticles for cell-imaging application | |
| Rostamzadeh et al. | Rapid and controlled in situ growth of noble metal nanostructures within halloysite clay nanotubes | |
| Chen et al. | Biomedical application of manganese dioxide nanomaterials | |
| CN103341165B (en) | A Fe@Fe3O4 nanoparticle with photothermal function and its preparation method and application | |
| Wu et al. | Size effect of ruthenium nanoparticles on water cracking properties with different crystal planes for boosting electrocatalytic hydrogen evolution | |
| Anthony et al. | Ultra-radiant photoluminescence of glutathione rigidified reduced carbon quantum dots (r-CQDs) derived from ice-biryani for in vitro and in vivo bioimaging applications | |
| CN111804301B (en) | Preparation method of carbon-supported metal monoatomic material | |
| CN112678802A (en) | Preparation method of cobalt-nitrogen co-doped carbon nanocage | |
| Buck et al. | Insights into the thermal decomposition of Co (II) oleate for the shape-controlled synthesis of wurtzite-type CoO nanocrystals | |
| CN105540590B (en) | Fe3C nano line fills the preparation method of nitrogen-doped carbon nanometer pipe composite | |
| Sun et al. | Microstructural and electrochemical characterization of RuO2/CNT composites synthesized in supercritical diethyl amine | |
| EP3052228A1 (en) | Hydrogen production from water using photocatalysts comprising metal oxides and graphene nanoparticles | |
| Habibi et al. | Pt–CeO 2/reduced graphene oxide nanocomposite for the electrooxidation of formic acid and formaldehyde | |
| Hassanpour et al. | Dopamine drug adsorption on the aluminum nitride single-wall nanotube: ab initio study | |
| Ahmadi Daryakenari et al. | Single-step electrophoretic deposition of non-noble metal catalyst layer with low onset voltage for ethanol electro-oxidation | |
| Liu et al. | Two-dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes) based biosensing and molecular imaging | |
| Nataraj et al. | Strontium vanadate-supported graphitic carbon nitride nanocomposite for simultaneous voltammetric determination of acetaminophen and levofloxacin in complex biological samples | |
| Hao et al. | Crucial size effects of atomic-layer-deposited Pt catalysts on methanol electrooxidation | |
| Saka et al. | Ethylene glycol as an alternative solvent approach for very efficient hydrogen production from sodium borohydride with phosphoric acid and acetic acid catalysts | |
| Shen et al. | One-pot hydrothermal synthesis of metal-doped carbon dot nanozymes using protein cages as precursors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160730 |