Введение к работе
Актуальность темы
Интерес к биокаталитическим системам на основе иммобилизованных ферментов обусловлен их применением в качестве гетерогенных катализаторов, компонентов биосенсоров нового поколения, элементов биотопливных ячеек. Адсорбционная иммобилизация ферментов на мезопористых молекулярных ситах привлекает внимание исследователей на протяжении последних пятнадцати лет, с момента синтеза первых представителей этого класса адсорбентов — МСМ-41 и SBA-15.
К настоящему времени опубликованы результаты исследований адсорбции различных белков, в том числе гемоглобина и пероксидазы, на мезопористых молекулярных ситах структурных типов МСМ, SBA, FSM, однако полученные данные зачастую сильно расходятся или даже противоречат друг другу. В последние 2-3 года появились первые публикации по адсорбции белков на углеродных и кремнеземных адсорбентах с бимодальным распределением пор, однако они пока что немногочисленны. В литературе также нет достаточных сведений о закономерностях формирования структуры таких адсорбентов.
Цель и задачи исследования
Цель работы — установить основные закономерности адсорбции белков и каталитических свойств адсорбированных ферментов на мезопористых кремнеземах с различным характером пористости.
В связи с поставленной целью основные задачи исследования можно сформулировать следующим образом:
изучить факторы, определяющие формирование пористой структуры мезопористых кремнеземов с моно- и бимодальным распределением пор;
установить взаимосвязь между адсорбцией гемоглобина и пероксидазы на мезопористых кремнеземах и характером пористости адсорбента;
сравнить каталитические свойства адсорбционных слоев пероксидазы на различных носителях.
Научная новизна
Впервые установлены основные факторы, определяющие размер и распределение пор в бипористых кремнеземах, полученных в системе «Si02 — бромид цетилтриметиламмония — триметилбензол». Изменение рН реакционной смеси, концентрации ЦТАБ и ТМБ и температуры синтеза позволяет регулировать объем и соотношение пор разного размера.
Впервые проведено систематическое исследование адсорбции двух белков на мезопористых адсорбентах с моно- и бимодальным распределением пор. Установлено, что для адсорбции белка доступны поры, диаметр которых превышает размер молекул белка по крайней мере в полтора-два раза.
На примере пероксидазы впервые показано, что фермент на поверхности бипористых кремнеземов обладает более высокой каталитической активностью по сравнению с ферментом на поверхности кремнеземов с однородными порами.
Впервые показано различие в механизме адсорбции гемоглобина и пероксидазы на кремнеземных адсорбентах.
Практическая значимость
Полученные в работе результаты представляют практический интерес при разработке биосенсоров на основе иммобилизованных гемоглобина и пероксидазы. Синтезированные адсорбенты с бимодальным распределением пор могут быть использованы как эффективные носители для ферментов в различных каталитических и биотехнологических процессах.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены на Всероссийской школе-семинаре для студентов, аспирантов и молодых ученых «Нанобиотехнологии: проблемы и перспективы» (Белгород, Россия, 2008), XVI Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2009», 5-м Московском Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, Россия, 2009).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 4 статьи в рецензируемых журналах и 3 тезисов докладов на международных и российских конференциях.
Объем и структура диссертации
