Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики впервые показали миграцию элементов слоев микрокапсулы. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
Молодой коллектив под руководством кандидата биологических наук, ведущего научного сотрудника ИТЭБ РАН Сергея Тихоненко много лет занимается микрокапсулами. Применение таких капсул охватывает все больше областей народного хозяйства. В связи с этим появилась необходимость в более глубоком понимании особенностей объекта. Многие научные статьи описывают капсулы как мультислойные системы, состоящие из заряженных полимеров. При этом предполагая, что слои располагаются примерно поочередно. Однако, при разработке системы диагностики заряда поверхности с помощью микрокапсул, группа Тихоненко обнаружила, что заряд поверхности готовых микрокапсул не зависит от того, какой полимер был нанесен на верхний слой, оказываясь всегда положительным.
«При разработке системы диагностики заряда мы увидели, что заряд микрокапсулы является одинаковым вне зависимости от заряда полимера верхнего слоя. Исходя из этого, мы решили изучить устройство данных полимерных капсул: пометили один из полиэлектролитов и поместили на разной глубине от поверхности микрокапсулы и проследили степень его диссоциации. Если диссоциирует только верхний слой, значит полиэлектролиты просто поочередно накладываются друг на друга. Но мы увидели, что в зависимости от типа микрокапсул наблюдается выход на поверхность и «внутренних» полиэлектролитов. Т.е. мы наблюдали перегруппировку, перемешивание полиэлектролитных слоев, хотя изначально предполагалось, что они очень электростатически устойчивы», - пояснил Сергей Тихоненко.
Авторы показали, что за счет перегруппировки полиэлектролиты постепенно слой за слоем перемещаются на поверхность микрокапсулы. Часть полимера за счет свободных заряженных групп хватается за другие полимеры и как по лестнице переходит из внутреннего слоя на поверхность.
Сергей Тихоненко продолжил: «После этого мы не стали отмывать кальциевую кОровую частицу, на которой изначально формируется капсула, и увидели, что заряд капсулы меняется в зависимости от полимера верхнего слоя, при этом диссоциации внутренних полиэлектролитов не наблюдается. Получается, что когда внутри находится кальциевая частица, то она начинает замедлять процессы перегруппировки полимеров. Для сравнения мы рассмотрели другие капсулы, содержащие белок, и увидели два процесса. С одной стороны идет перемешивание, также с внутренних слоев полимер выходит, но уже с меньшей эффективностью. Из предыдущих работ нам было известно, что белковые капсулы имеют хорошо сформированную оболочку, которая препятствует перемешиванию полимеров за счет большей их укомплектованности и меньшего количества несвязанных групп».
https://www.nature.com/articles/s41598-021-93565-2
На фото Александр Ким, Алексей Дубровский, Мусин Егор и Сергей Тихоненко.
Молодой коллектив под руководством кандидата биологических наук, ведущего научного сотрудника ИТЭБ РАН Сергея Тихоненко много лет занимается микрокапсулами. Применение таких капсул охватывает все больше областей народного хозяйства. В связи с этим появилась необходимость в более глубоком понимании особенностей объекта. Многие научные статьи описывают капсулы как мультислойные системы, состоящие из заряженных полимеров. При этом предполагая, что слои располагаются примерно поочередно. Однако, при разработке системы диагностики заряда поверхности с помощью микрокапсул, группа Тихоненко обнаружила, что заряд поверхности готовых микрокапсул не зависит от того, какой полимер был нанесен на верхний слой, оказываясь всегда положительным.
«При разработке системы диагностики заряда мы увидели, что заряд микрокапсулы является одинаковым вне зависимости от заряда полимера верхнего слоя. Исходя из этого, мы решили изучить устройство данных полимерных капсул: пометили один из полиэлектролитов и поместили на разной глубине от поверхности микрокапсулы и проследили степень его диссоциации. Если диссоциирует только верхний слой, значит полиэлектролиты просто поочередно накладываются друг на друга. Но мы увидели, что в зависимости от типа микрокапсул наблюдается выход на поверхность и «внутренних» полиэлектролитов. Т.е. мы наблюдали перегруппировку, перемешивание полиэлектролитных слоев, хотя изначально предполагалось, что они очень электростатически устойчивы», - пояснил Сергей Тихоненко.
Авторы показали, что за счет перегруппировки полиэлектролиты постепенно слой за слоем перемещаются на поверхность микрокапсулы. Часть полимера за счет свободных заряженных групп хватается за другие полимеры и как по лестнице переходит из внутреннего слоя на поверхность.
Сергей Тихоненко продолжил: «После этого мы не стали отмывать кальциевую кОровую частицу, на которой изначально формируется капсула, и увидели, что заряд капсулы меняется в зависимости от полимера верхнего слоя, при этом диссоциации внутренних полиэлектролитов не наблюдается. Получается, что когда внутри находится кальциевая частица, то она начинает замедлять процессы перегруппировки полимеров. Для сравнения мы рассмотрели другие капсулы, содержащие белок, и увидели два процесса. С одной стороны идет перемешивание, также с внутренних слоев полимер выходит, но уже с меньшей эффективностью. Из предыдущих работ нам было известно, что белковые капсулы имеют хорошо сформированную оболочку, которая препятствует перемешиванию полимеров за счет большей их укомплектованности и меньшего количества несвязанных групп».
Данная работа дает возможность будущим исследователям по-новому взглянуть на микрокапсулы. Выявленные структурные изменения влияют не только на сам заряд капсул, но и на их взаимодействие с веществом, которое в них капсулируется.
Источник: Egor V. Musin, Aleksandr L. Kim, Alexey V. Dubrovskii, Sergey A. Tikhonenko, «New Sight at the Organization of Layers of Multilayer Polyelectrolyte Microcapsules». Scientific Reports.https://www.nature.com/articles/s41598-021-93565-2
На фото Александр Ким, Алексей Дубровский, Мусин Егор и Сергей Тихоненко.
Галерея
