Gold Nanoparticles Like A Matrix For Covalent Immobilization Of Cholesterol Oxidase – Application For Biosensing

• Autorzy: Wojnarowska R. , Polit J. , Broda D. , Gonchar M. , Sheregii E. M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/amm-2015-0376

Warianty tytułu

PL

Nanocząstki złota jako matryca do immobilizacji oksydazy cholesterolu – zastosowanie w biosensorach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Gold nanoparticles are emerging as promising agents for various areas of material science as well as nanotechnology, electronics and medicine. The interest in this material is provided due to its unique optical, electronic and molecular-recognition properties. This paper presents results of preparation, characterization and biofunctionalization of gold nanoparticles. Nanoparticles have been conjugated with the cholesterol oxidase enzyme in order to prepare the active element for biosensors. Cholesterol oxidase is one of the most important analytical enzyme, used for cholesterol assay in clinical diagnostics, and there is still a necessity in improvement of existing analytical techniques, including bio-nanotechnological approaches based on modern nanosystems. The prepared bio-nanosystem was characterized by the enzyme activity test. Obtained results showed a stable binding of the enzyme with nanoparticles and preserved the bioactivity approves which gives possibility to use the prepared bio-nanosystems for analytical purposes. The Surface Plazmon Resonance and the Surface Enhanced Raman Scattering as specific for nanocurriers effects were observed what enable us to research the oscillation spectra of enzyme. These spectra were compared with ones obtained by IR-spectroscopy. The vibrational lines are attributed to chemical functional groups existing in enzyme, for example, amino acids, amide groups as well as flavin – adenine dinucleotide cholesterol oxidase prosthetic group. By this way the identified spectral lines can be used as a distinguishing mark of enzyme.

PL

Nanocząstki złota zdają się być niezwykle obiecującym materiałem, który z powodzeniem może być wykorzystywany w różnych dziedzin inżynierii materiałowej, nanotechnologii, elektroniki czy medycyny. Zainteresowanie tym materiałem wynika z posiadanych przez niego unikatowych właściwości optycznych, elektronicznych i identyfikacji na poziomie molekularnym. W artykule przedstawiono wyniki prowadzonych badań dotyczących przygotowania, charakterystyki i biofunkcjonalizacji nanocząstek złota. Celem wytwarzania i łączenia nanocząstek złota z enzymem oksydazą cholesterolową było opracowanie aktywnego biologicznie elementu biosensora. Oksydaza cholesterolowa jest jednym z najważniejszych enzymów analitycznych, stosowanych w diagnostyce klinicznej do oznaczenia stężenia cholesterolu. Istnieje potrzeba doskonalenia istniejących metod analitycznych, między innymi poprzez wykorzystanie nowoczesnych nanomateriałów. Przeprowadzono badania aktywności enzymu immobilizowanego, jak również dokonano charakterystyki danego bionanosystemu za pomocą wybranych metod optycznych. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że wiązanie enzymu z nanocząstkami jest stabilne, a aktywność biologiczna została zachowana, co pozwala na przygotowanie bio-nanosystemu do celów analitycznych. Zaobserwowano również wystąpienie dwóch efektów optycznych charakterystycznych w przypadku zastosowania odpowiednich nanonośników: Powierzchniowego Rezonansu Plazmonów oraz Powierzchniowo Wzmocnionego Rozproszenia Ramanowskiego. Uzyskane widma były porównywane z widmami w podczerwieni. Zaobserwowane linie przypisano do charakterystycznych grup funkcyjnych, aminokwasów, wiązań peptydowych, jak również dinukleotydu flawinoadeninowego czyli grupy prostetycznej oksydazy cholesterolowej. Zidentyfikowane linie mogą być wykorzystywane jako marker analityczny dla danego enzymu.

Słowa kluczowe

EN

gold nanoparticles; biofunctionalization; enzyme; FTIR; SERS

PL

nanocząstki złota; biofunkcjonalizacja; enzymy; FTIR; SERS

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 60, iss. 3
• Strony: 2289--2296
• Opis fizyczny: Bibliogr. 37 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojnarowska R.

• University of Rzeszow, Center for Microelectronics and Nanotechnology, 1 Pigonia Str., 35-959 Rzeszow, Poland

autor

Polit J.

• University of Rzeszow, Center for Microelectronics and Nanotechnology, 1 Pigonia Str., 35-959 Rzeszow, Poland

autor

Broda D.

• University of Rzeszow, Department of Biotechnology, Institute of Applied Biotechnology and Basic Sciences, 36 Sokolowska Str., 36-100 Kolbuszowa, Poland

autor

Gonchar M.

• University of Rzeszow, Department of Biotechnology, Institute of Applied Biotechnology and Basic Sciences, 36 Sokolowska Str., 36-100 Kolbuszowa, Poland
• National Academy of Sciences of Ukraine, Institute of Cell Biology, 14/16 Drahomanov Str., 79005 Lviv, Ukraine

autor

Sheregii E. M.

• University of Rzeszow, Center for Microelectronics and Nanotechnology, 1 Pigonia Str., 35-959 Rzeszow, Poland

Bibliografia

• [1] L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
• [2] H. Zhang, D. Song, S. Gao, J. Zhang, H. Zhang, Y. Sun, Sensor Actuat. B-Chem. 188, 548 (2013).
• [3] A. J. Haes, R. P. Van Duyne, J. Am. Chem. Soc. 124 (35), 10596 (2002).
• [4] J. Homola, S.S. Yee, G. Gauglitz, Sensors and Actuat. B: Chem. 25, 3 (1999).
• [5] L. Rodriguez-Lorenzo, L. Fabris, R. A. Alvarez-Puebla, Anal. Chim. Acta 745, 10 (2012).
• [6] S. Nie, S. R. Emory, Science 275, 1102 (1997).
• [7] D. A. Stuart, J. M. Yuen, N. Shah, O. Lyandres, C. R. Yonzon, M. R. Glucksberg, J. T. Walsh, R. P. Van Duyne, Anal. Chem. 78 (20), 7211 (2006).
• [8] Y. H. Ngo, W. L. Then, W. Shen, G.Garnier, J. Colloid. Interf. Sci. 409, 59 (2013).
• [9] U. Saxena, M. Chakraborty, P. Goswami, Biosens. Bioelectron. 26, 3037 (2011).
• [10] N. Stasyuk, R. Serkiz, S. Mudry, G. Gayda, A. Zakalskiy, Y. Koval’chuk, M. Gonchar, M. Nisnevith, Nanotechnology Development 1, 11 (2011).
• [11] L. Pollegioni, L. Piubelli, G. Molla, FEBS Journal 23, 1742 (2009).
• [12] A. Stępień, M. Gonchar, ActaBiochim. Pol. 60, 401 (2013).
• [13] P. Srisawasdi, P. Jearanaikoon, N. Wetprasit, B. Sriwanthana, M.H. Kroll, P.H. Lolekha, Clinica Chimica Acta 372, 103 (2006).
• [14] D. M. Yost, T. F. Anderson, J. Chem. Phys. 2, 624 (1934).
• [15] J. Chermiti, M. Ben Ali, C. Dridi, M. Gonchar, N. Jaffrezic-Renault, Y. Korpan, Sensor Actuat. B:Chem. 188, 824 (2013).
• [16] J. Kimling, M. Maier, B. Okenve, V. Kotaidis, H. Ballot, A. Plech, J. Phys. Chem B 110, 15700 (2006).
• [17] R. Wojnarowska, J. Polit, D. Broda, M. Gonchar, E.M. Sheregii, Applied Physics Letters 106, 103701 (2015).
• [18] A. Ravindran, A. Singh, A. M. Raichur, N. Chandrasekaran, A. Mukherjee, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 76, 32 (2010).
• [19] J. Coates, Interpretation of Infrared Spectra, A Practical Approach in: R.A. Meyers (Ed.) Encyclopedia of Analytical Chemistry John Wiley & Sons Ltd, Chichester, 10815-10837 2000.
• [20] M. Yamamoto, Y. Sakurai, Y. Hosoi, H. Ishii, E. Ito, K. Kajikawa, Y. Ouchi, K. Seki, Appl. Surf. Sci. 427, 388 (1999).
• [21] R. M. Hoth, Self-assembly of Composite Semiconductor Nanomaterials: Applications in Patterning and Photoinduced Electron Transfer Processes, Buffalo, 2006.
• [22] R. K. Gupta, M. P. Srinivasan, R. Dharmarajan, Mater. Lett. 67, 315 (2012).
• [23] A. Barth, Prog. Biophys. Mol. Bio. 74, 141 (2000).
• [24] A. Barth, Biochim. Biophys. Acta 1767, 1073 (2007).
• [25] A. L. Morales-Cruz, R. Tremont, R. Martínez, R. Romañach, C. R. Cabrera, Appl. Surf. Sci. 241, 371 (2005).
• [26] A. Barth, C. Q. Zscherp, Rev. Biophys. 35, 369 (2002).
• [27] J. Mazur, B. Fanconi, J. Chem. Phys. 71, 5069 (1979).
• [28] N. A. Atamas, A. M. Yaremko, T. Seeger, A. Leipertz, A. Bienko, Z. Latajka, H. Ratajczak, A.J. Barnes, J. Mol. Struct. 708, 189 (2004).
• [29] J. Gelder, K. De Gussem, P. Vandenabeele, L. Moens, J. RamanSpectrosc. 38, 1133 (2007).
• [30] R. Tuma, J. Raman Spectrosc. 36, 307 (2005).
• [31] H. Shayani-Jam, D. Nematollahi, Chem. Commun. 46, 409 (2010).
• [32] A. Brambilla, A. Philippidis, A. Nevin, D. Comelli, G. Valentini, D. Anglos, J. Mol. Struct. 1044, 121 (2013).
• [33] A. L. Jenkins, R. A. Larsen, T. B. Williams, Spectrochim. Acta A 61,1585 (2005).
• [34] R. F. Brandao, R. L. Quirino, V. M. Mello, A. P. Tavares, A. C. Peres, F. Guinhos, J. C. Rubim, P. A. Z. Suarez, J. Braz. Chem. Soc. 20 (5), 954 (2009).
• [35] Y. Zheng, P. R. Carey, B. A. Palfey, J. Raman Spectrosc. 35, 521 (2004).
• [36] G. Socrates, Infrared and Raman Characteristic Group Frequencies (John Wiley & Sons, 2004).
• [37] M. S. Anderson, Appl. Phys. Lett. 76, 3130 (2000).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.