26277

بررسي عوامل موثر بر جداسازي بيومولكول ها با استفاده از نانوذرات مغناطيسي با پوشش آبگريز و آبدوست

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/10/25

دكتر پريسا حجازي

دكتر فرناز گودرزي

مهندسي شيمي نفت و گاز

جذب و جداسازي بيومولكول‌ها با استفاده از نانوذرات مغناطيسي (MNPs) اصلاح شده، روشي ارزان و سريع است. در اين تحقيق جذب دو بيومولكول اريترومايسين (ERY) با 9-7/8= pKa و آلبومين سرم گاوي (BSA) با 5 -7/4=pI بر نانوذرات آبدوست با تك پوشش سيليكا (TEOS) و نانوذرات آبگريز با پوشش دو لايه شامل پليمر MPS با گروه‌هاي وينيلي بر پوشش سيليكايي (TEOS@MPS) بررسي شد. پارامترهاي مؤثر همچون pH، نسبت جرمي نانوذره به بيومولكول در زمان¬هاي مختلف بر افزايش ميزان جذب بيومولكولها بر هر دو نوع پوشش MNPs با استفاده از طراحي آزمايش به روش فاكتوريل كلي بررسي شد. از نتايج بدست آمده مشخص شد كه ERY بعنوان بيومولكول آبگريز در بافر فسفات 6=pH در نسبت جرمي 1:1 نانوذره به ERY در زمان 90 دقيقه داراي حداكثر جذبي برابر با mg/g MNPs 107 بر پوشش آبگريز و mg/g MNPs 190 بر پوشش آبدوست مي¬باشد. در مقابل بيومولكول آبدوست BSA در 5/4=pH جذبي برابر با mg/g MNPs 98 ولي در 6=pH تا 120 دقيقه هيچ جذبي به دليل دافعه الكترواستاتيك بر پوشش وينيلي نشان نداد؛ درحاليكه با وجود دافعه الكترواستاتيك، در 6=pH در مدت 90 دقيقه به ميزان mg/g MNPs 157 بر پوشش آبدوست سيليكايي جذب شد. از نتايج چنين برمي¬آيد كه بيومولكول ERY با وجود ماهيت آبگريزتر، به دليل دارا بودن هر دو گروه‌ عاملي آبدوست و آبگريز و حتي در معرض گذاشتن گروه‌هاي آبدوست بيشتر، طي مدت زمان كوتاه 20 دقيقه مي‌تواند بر هر دو پوشش آبدوست و آبگريز جذب شود و راندمان جذب بر پوشش آبدوست بيشتر بدست آمد. اما بيومولكول آبدوست BSA با وجود دارا بودن گروه¬هاي عاملي آبدوست و آبگريز، گروه¬‌هاي آبگريز را در اتصال به پوشش آبگريز وينيلي درگير نكرده و در نتيجه در 6=pH كه دافعه الكترواستاتيك وجود دارد جذبي مشاهده نشد كه در خالص¬سازي ERY در حضور BSA مي¬تواند موثر باشد. همچنين سينتيك جذب براي هر دو بيومولكول بر پوشش آبگريز و آبدوست براي زمان تعادل 120 دقيقه بررسي شد. ERY با مدل شبه درجه دوم و BSA با مدل شبه درجه اول انطباق يافت، در نتيجه اتصال ERY به پوشش آبگريز و آبدوست بصورت پيوند شيميايي و اتصال BSA به اين دو پوشش، بصورت پيوند فيزيكي انجام مي‌شود.

1401/01/14

An investigation on effective factors of biomolecules separation using hydrophobic and hydrophilic coated magnetic nanoparticles

1/15/2023 12:00:00 AM

Adsorption and separation of biomolecules using modified magnetic nanoparticles (MNPs) is a inexpensive and fast method. In this study, adsorptions of two biomolecules of erythromycin (ERY) (pKa = 8.7-9) and bovine serum albumin (BSA) (pI = 4.7-5) on hydrophilic coated nanoparticles with single silica layer (TEOS) and hydrophobic coated nanoparticles with double layer including MPS polymer (with vinyl groups) on silica coating (TEOS@MPS) were investigated. Effective parameters such as pH, mass ratio of biomolecule to nanoparticles at different times on increasing the adsorption of biomolecules on both types of coated MNPs were investigated using a general factorial design method. The results showed that ERY as a hydrophobic biomolecule in phosphate buffer (pH = 6) in a mass ratio of 1:1 ERY to nanoparticles in 90 minutes has a maximum adsorption of 107 and 190 mg/g MNPs on hydrophobic and hydrophilic coating, respectively. In contrast, hydrophilic BSA biomolecule in 120 minutes has a maximum adsorption of 98 mg/g MNPs at pH = 4.5 on vinyl coating, whereas at pH=6, showed no adsorption due to electrostatic repulsion; whilst despite electrostatic repulsion, in 90 minutes, at pH = 6, 157 mg/g MNPs were adsorbed by silica hydrophilic coating. The results show that ERY biomolecule, despite its higher hydrophobic nature, due to possessing both hydrophilic and hydrophobic functional groups, even though exposes more of hydrophilic groups, can be adsorbed on both hydrophilic and hydrophobic coatings in a short time of 20 minutes, though the achieved adsorption efficiency on the hydrophilic coating was higher however. Despite having hydrophilic and hydrophobic functional groups, BSA as a hydrophilic biomolecule did not involve hydrophobic groups in binding to the vinyl hydrophobic coating, and as a result, at pH = 6, where there is electrostatic repulsion, no adsorption was observed, which in ERY purification, in the presence of BSA can be effective. ERY and BSA equilibrium adsorption data at 120 min were fitted to the pseudo-second-order and pseudo-first-order model, repectively. So the models indicating that the adsorption of ERY occurred chemically onto the hydrophobic and hydrophilic coated MNPs and the adsorption of BSA occurred physically onto these two coatings.

پوشش آبگريز , مكانيسم جذب بيومولكول , نانوذرات مغناطيسي اصلاح سطح شده

hydrophobic coating , Biomolecule adsorption mechanism , Modified surface magnetic nanoparticles

khorshid anvari

dr parisa hejazi