СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ НАНОЧАСТИЦ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЕНТАМИ Российский патент 2014 года по МПК C12N9/76 B82B1/00 C01B19/00 C01G5/00 

Описание патента на изобретение RU2504582C1

Изобретение относится к нанохимии, нанотехнологии и биотехнологии, а конкретно, к получению нанокомплексов типа наночастица - фермент, выполняющих роль ферментов, обладающих протеолитической активностью, конформационной устойчивостью при изменении температуры и pH, а также и дополнительными свойствами, в зависимости от специфики наночастицы. Такие нанокомплексы могут найти применение в клинической медицине для разработки методов лечения ран, как транспортные средства для доставки лекарственных препаратов и как средства для иммуноанализа.

Известно использование в качестве стабилизаторов наночастиц полимеров различного строения и бычьего сывороточного альбумина (БСА) - стабилизатора наночастиц селена (J. Zhang, H. Wang, Y. Bao, L. Zhang, BioF actors 15 (2001) 27-30, Nano red elemental selenium has no size effect in the induction of seleno-enzymes in both cultured cells and mice, Zhang J, Spalholz JE. Toxicity of Selenium Compounds and Nano-Selenium Particles, Handbook of Systems Toxicology. 2010, Chapter 44:787-802). Однако использование полимеров и БСА ограничено. В частности, БСА применим для стабилизации гидрофобных частиц, таких как селеновые. Кроме того, полимеры и БСА, имея достаточно большой молекулярный вес (МБСА=65000) образует большие по размерам нанокомплексы, что является нежелательным фактором.

Известен способ стабилизации наночастиц селена бычьим сывороточным альбумином (Huang В, Zhang J, Hou J, Chen С.Free radical scavenging efficiency of Nano-Se in vitro. Free Radic. Biol. Med. 2003, 35(7), 805-813) согласно которому к 1 ml 25- mM раствора селенита натрия добавлялся, в качестве восстановителя 4 мл 25 mM раствор глутатиона, содержащий 200, 20 и 2 мг БСА для приготовлений маленьких, средних и больших селеновых наночастиц соответственно. При этом pH среды был доведен до 7,2 с помощью 1.0 М гидроокиси натрия. Затем раствор подвергался диализу и лиофилизовался. Данный способ является наиболее близким по сущности и достигаемому результату.

Описанный способ не является универсальным для наночастиц, так как в качестве восстановителя используется глутатион, который восстанавливает селен из селенистой кислоты в нейтральной среде, и этот способ не применим для получения наночастиц металлов. Также необходимо отметить, что этим методом наночастицы были синтезированы с целью использования способности селена связывать свободные радикалы в живых организмах. Это частная задача, и полученный продукт не пригоден для использования в других сферах.

Технической задачей и положительным результатом заявляемого изобретения является разработка способа стабилизации наночастиц биогенных элементов в широком диапазоне pH, результатом которого является получение стабильных молекулярных, устойчивых во времени растворов, пригодных как для дальнейшей переработки, так и готовых к применению в широком диапазоне задач, и не обладающих недостатками заявленного прототипа.

Сущность изобретения заключается в разработке способа синтеза высокоэффективных нанокомплексов на основе наночастиц биогенных элементов (селена и серебра, и тд) и ферментов (химотрипсина). Ферменты стабилизируют наночастицы как металлов, так и неметаллов, стабильны и устойчивы в растворе и соответствуют требованиям, предъявляемым в медицине и бионанотехнологии к подобным производным. Наличие в ферментах как заряженных групп, так и гидрофобных фрагментов делает их универсальными стабилизаторами наночастиц и обеспечивает образование молекулярных растворов любых наночастиц, независимо от используемого восстановителя, поскольку фермент может быть устойчив как в кислой, так и в щелочной области. Совокупность свойств ферментов, применяемых в качестве стабилизаторов, позволяет устранить недостатки как полимерных, так других стабилизаторов.

Указанная задача и результат в изобретении достигается реализацией окислительно-восстановительной реакции с введением стабилизатора - фермента, образующихся наночастиц непосредственно в реакцию. К раствору химотрипсина, концентрация которого может варьироваться от 0,01 до 0,1% добавляют раствор прекурсора - селенистой кислоты 0,013М концентрации или азотнокислого серебра - 1%, 0,01%, 0,001%, растворы перемешивают и выдерживают при комнатной 20°C или пониженной 0°C температуре в течение 30-60 минут. Затем в реакционную колбу вводят восстановитель: аскорбиновую кислоту или боргидрид натрия, растворы перемешивают и оставляют для завершения реакции; реакцию получения наночастиц проводят в присутствии фермента и образующиеся наночастицы биогенных элементов стабилизируются практически в момент образования, при этом можно получать стабилизированные наночастицы биогенных элементов в виде молекулярных устойчивых во времени к осаждению растворов при различных pH среды, различного регулируемого диаметра с выходом 75-97%.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются указанные выше; предлагаемый способ стабилизации наночастиц ферментами имеет очевидные преимущества перед прототипом.

Анализ известного уровня техники не позволил найти опубликованные решения, в которых была бы использована вся совокупность существенных признаков заявленного способа. Это свидетельствует о соответствии способа изобретению по условиям патентоспособности как «новизна» и «изобретательский уровень».

В соответствии с предложенным техническим решением можно получать стабилизированные наночастицы биогенных элементов в виде молекулярных устойчивых во времени к осаждению растворов при различных pH среды, различного регулируемого диаметра с выходом 75-97%. Размер нанокомплекса регулируется введением количества восстановителя и pH среды.

При выявлении существенности новизны признаков было получено следующее.

Фермент является хорошим стабилизатором различных по своей природе наночастиц биогенных элементов (металл и неметалл).

Реакция получения наночастиц идет в присутствии фермента и образующиеся наночастицы биогенных элементов стабилизируются (вступают во взаимодействие с ферментом) практически в момент образования.

Изменением концентрации стабилизирующего фермента достигается различная степень устойчивости образующегося нанокомплекса во времени.

Изменяя соотношение наночастица:фермент можно получать нанокомплексы в широком диапазоне pH.

Полученный нанокомплекс позволяет использовать свойства наночастиц (антимикробные, антиоксидантные, противовоспалительные, антиканцерогенные, детоксицирующие) и свойства фермента (протеолитическую активность).

Для доказательства соответствия заявленного решения условию патентоспособности «промышленная применимость» и для лучшего понимания сущности заявленного изобретения приводятся примеры конкретного исполнения.

Пример 1. Синтез наночастиц селена стабилизированных химотрипсином в соотношении селен:химотрипсин 0,01:0,01 масс %. В плоскодонную колбу на 30 мл помещают 0,5 мл 0,2% раствора XT, прибавляют 7,5 мл дистиллированной воды, затем при перемешивании на магнитной мешалке добавляют 1 мл 0,013М селенистой кислоты (H2SeO3) и после перемешивания в течение 10 мин добавляют в качестве восстановителя аскорбиновую кислоту (C6H8O6) 1 мл 0,025М. Продолжают перемешивать еще 5 мин и затем оставляют до завершения реакции (24 часа) при комнатной температуре. Полученный молекулярный раствор имеет характерный красновато-оранжевый цвет, pH раствора 3,2. Раствор устойчив до 4 лет.

Пример 2. Синтез наночастиц серебра стабилизированных химотрипсином в соотношении серебро:химотрипсин 0,1:0,1. В плоскодонную колбу на 30 мл помещают навеску боргидрида натрия (NaBH4) 0,2114 г, помещают колбу в лед и добавляют 10 мл дистиллированной воды. Растворенный NaBH4 выдерживается во льду 30-40 мин. Одновременно с NaBH4 в лед помещается колба на 50 мл, в которую вводится 5 мл 0,2% раствора XT и 1 мл 1% раствора азотнокислого серебра (AgNO3). Смесь перемешивается круговыми движениями колбы в кристаллизаторе со льдом и остается в нем 30-40 минут. После выравнивания температуры в колбу с XT и азотнокислым серебром вводится 4 мл приготовленного раствора. Начинается бурная реакция, реакционная колба остается во льду в течение 1 часа, а затем помещается в холодильник на 18-24 часа. В результате реакции получается раствор черного цвета, pH которого 10,4. Раствор стабилен от 1 месяца до 1 года.

Данные конкретных примеров синтеза сведены в таблице:

XT Прекурсор Условия Восстановитель Селен: химотрипсин 0,5 мл H2SeO3 Комн. тем. C6H8O6 0,01:0,01 0,2% 1 мл, 0,013 М 1 мл, 0,025 М 0,5 мл H2SeO3 Комн. тем. C6H8O6 0,02:0,01 0,2% 2 мл 2 мл 0,5 мл H2SeO3 Комн. тем. C6H8O6 0,015:0,01 0,2% 1,5 мл 1,5 мл 5 мл H2SeO3 Комн. тем. C6H8O6 0,01:0,1 0,2% 1 мл 1 мл 5 мл AgNO3 Охлажд. NaBH4 0,1:0,1 0,2% 1 мл 1% 4 мл 5 мл AgNO3 Охлажд. NaBH4 0,01:0,1 0,2% 1 мл 0,1% 0,4 мл 5 мл AgNO3 Охлажд. NaBH4 0,001:0,1 0,2% 1 мл 0,01% 0,04 мл 0,5 мл AgNO3 Охлажд. NaBH4 0,01:0,01 0,2% 1мл 0,1% 4 мл

Таким образом, как раскрыто выше, эффективность способа заключается в том, что осуществляется стабилизации любых наночастиц в широком диапазоне pH, результатом которого является получение стабильных молекулярных, устойчивых во времени растворов, пригодных как для дальнейшей переработки, так и готовых к применению в широком диапазоне задач.

Похожие патенты RU2504582C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ИММОБИЛИЗАЦИИ ХИМОТРИПСИНА НА НАНОЧАСТИЦАХ СЕЛЕНА ИЛИ СЕРЕБРА 2013
  • Ершов Дмитрий Юрьевич
  • Боровикова Людмила Николаевна
  • Киппер Альберт Иванович
  • Писарев Олег Александрович
RU2551317C2
АНТИОКСИДАНТНОЕ СРЕДСТВО С ГЕПАТОПРОТЕКТОРНЫМ ЭФФЕКТОМ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО СЕЛЕНА И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 2013
  • Карпова Екатерина Александровна
  • Сухов Борис Геннадьевич
  • Колесникова Любовь Ильинична
  • Власов Борис Яковлевич
  • Ильина Ольга Петровна
  • Артемьев Александр Викторович
  • Лесничная Марина Владимировна
  • Погодаева Наталья Николаевна
  • Сайванова Светлана Алексеевна
  • Кузнецов Сергей Викторович
  • Трофимов Борис Александрович
RU2557992C1
КОМПОЗИЦИЯ В КАЧЕСТВЕ БАКТЕРИЦИДНОГО СРЕДСТВА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА НА ЕЕ ОСНОВЕ И МАКРОПОРИСТЫЙ БАКТЕРИЦИДНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ДАННОЙ КОМПОЗИЦИИ 2009
  • Аскадский Андрей Александрович
  • Курская Елена Анатольевна
  • Самойлова Надежда Аркадьевна
  • Ямсков Игорь Александрович
RU2404781C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦАХ ПРИ ЛАЗЕРНОМ ОБЛУЧЕНИИ 2012
  • Кобрянский Валерий Михайлович
  • Аверюшкин Анатолий Сергеевич
  • Васильев Денис Николаевич
  • Распопов Николай Александрович
RU2510310C1
Гепатопротекторная инъекционная фармацевтическая композиция на основе силимарина и наночастиц селена 2017
  • Староверов Сергей Александрович
  • Волков Алексей Анатольевич
  • Козлов Сергей Васильевич
  • Фомин Александр Сергеевич
  • Анфалов Владимир Эдуардович
RU2645092C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА РАЗМЕРОМ 30±3 нм 2019
  • Богачева Наталья Викторовна
  • Тарбеева Ксения Андреевна
  • Огородова Наталья Юрьевна
  • Хасаншина Зулейха Рамилевна
  • Чернядьев Александр Вячеславович
  • Тунева Наталья Александровна
RU2729991C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА С ПОМОЩЬЮ МОДИФИЦИРОВАННОГО ХИТОЗАНА 2019
  • Луньков Алексей Павлович
  • Ильина Алла Викторовна
  • Шагдарова Бальжима Цырендоржиевна
  • Варламов Валерий Петрович
RU2701914C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКОМПОЗИЦИЙ СЕРЕБРА НА ОСНОВЕ СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ 2011
  • Некрасова Татьяна Николаевна
  • Золотова Юлия Игоревна
  • Назарова Ольга Владимировна
  • Левит Мария Леонидовна
  • Суворова Елена Игоревна
  • Сироткин Алексей Константинович
  • Баклагина Юлия Георгиевна
  • Диденко Елена Вячеславовна
  • Паутов Владимир Дмитриевич
  • Панарин Евгений Федорович
RU2485051C1
БИОЦИДНЫЙ РАСТВОР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2007
  • Яровая Марина Станиславовна
RU2333773C1
Способ получения высококонцентрированного органозоля наночастиц серебра 2023
  • Воробьев Сергей Александрович
  • Сайкова Светлана Васильевна
  • Флерко Максим Юрьевич
RU2821522C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ НАНОЧАСТИЦ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ФЕРМЕНТАМИ

Изобретение относится к способу стабилизации наночастиц биогенных элементов ферментами. Способ включает в себя проведение синтеза наночастиц посредством окислительно-восстановительной реакции с введением стабилизатора-фермента, образующихся наночастиц непосредственно в реакцию. При этом к раствору фермента - химотрипсина, концентрацию которого выбирают от 0,02%, добавляют раствор прекурсора - селенистой кислоты 0,013 М концентрации или азотнокислого серебра - 1%, 0,01%, 0,001%; растворы перемешивают и выдерживают при комнатной 20°C или пониженной 0°C температуре в течение 30-60 минут. Затем в реакционную колбу вводят восстановитель: аскорбиновую кислоту или боргидрид натрия, растворы перемешивают и оставляют для завершения реакции. Изобретение позволяет получить стабилизированные наночастицы биогенных элементов в виде молекулярных устойчивых во времени к осаждению растворов при различных pH среды, различного регулируемого диаметра с выходом 75-97%. 1 табл., 2 пр.

Формула изобретения RU 2 504 582 C1

Способ стабилизации наночастиц биогенных элементов ферментами, включающий в себя проведение синтеза наночастиц посредством окислительно-восстановительной реакции с введением стабилизатора-фермента, образующихся наночастиц непосредственно в реакцию, отличающийся тем, что к раствору фермента - химотрипсина, концентрацию которого выбирают от 0,02%, добавляют раствор прекурсора - селенистой кислоты 0,013 М концентрации или азотнокислого серебра - 1%, 0,01%, 0,001%; растворы перемешивают и выдерживают при комнатной 20°C или пониженной 0°C температуре в течение 30-60 мин, затем в реакционную колбу вводят восстановитель: аскорбиновую кислоту или боргидрид натрия, растворы перемешивают и оставляют для завершения реакции; при этом реакцию получения наночастиц проводят в присутствии фермента и образующиеся наночастицы биогенных элементов стабилизируются в момент образования, при этом получают стабилизированные наночастицы биогенных элементов в виде молекулярных устойчивых во времени к осаждению растворов при различных pH среды, различного регулируемого диаметра с выходом 75-97%.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2504582C1

HUANG В
et al, Free radical scavenging efficiency of nano-Se in vitro
Free Radic
Biol
Med., 2003, v.35 (7), p.805-813
Оленин А.Ю
и др
Получение, динамика структуры объема и поверхности металлических наночастиц в конденсированных средах
Успехи химии, 2011, т.80 (7), с.635-662
Боровикова Л.Н
и др
Формирование композита на основе наночастиц

RU 2 504 582 C1

Авторы

Боровикова Людмила Николаевна

Писарев Олег Александрович

Ершов Дмитрий Юрьевич

Даты

2014-01-20Публикация

2012-07-05Подача