Khóa luận nghiên cứu tổng hợp vật liệu trên nền silic hữu cơ ứng dụng làm giàu phân tử sinh học angiotensin ii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC LƯƠNG THU LAN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TRÊN NỀN SILIC HỮU CƠ ỨNG DỤNG LÀM GIÀU PHÂN TỬ SINH HỌC ANGIOTENSIN II KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC HÀ NỘI - 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC LƯƠNG THU LAN NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU TRÊN NỀN SILIC HỮU CƠ ỨNG DỤNG LÀM GIÀU PHÂN TỬ SINH HỌC ANGIOTENSIN II KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH DƯỢC HỌC KHÓA : QH.2018.Y NGƯỜI HƯỚNG DẪN : TS LÊ THỊ HIÊN ThS.BSNT HỒ MỸ DUNG HÀ NỘI – 2023 LỜI CẢM ƠN Khóa luận kết trình học tập, rèn luyện em trường Đại học Y Dược, Đại học Quốc gia Hà Nội Trong q trình nghiên cứu hồn thành khóa luận này, em nhận nhiều giúp đỡ quý báu từ thầy cô trường Đại học Y Dược trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết sâu sắc tới ThS.BSNT Hồ Mỹ Dung TS Lê Thị Hiên - người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ kiến thức, tài liệu phương pháp để em hồn thành đề tài nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Bộ môn Y Dược học sở, trường Đại học Y Dược Khoa Công nghệ Nông Nghiệp, trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện cho em thực khóa luận tốt nghiệp Cảm ơn đề tài “Hợp tác nghiên cứu kỹ thuật định lượng số biomarker bệnh nhân bị bệnh võng mạc đái tháo đường” thuộc nhiệm vụ KHCN theo Nghị định thư Mã số: NĐT.69.CHN/19 bảo trợ cho nghiên cứu Bên cạnh đó, quan tâm, giúp đỡ gia đình, bạn bè người thân nguồn động lực lớn lao, tạo điều kiện tốt để em tập trung nghiên cứu hoàn thành đề tài Tuy có nhiều cố gắng, đề tài nghiên cứu khơng tránh khỏi thiếu sót Em kính mong Quý thầy cô, chuyên gia, người quan tâm đến đề tài, tiếp tục có ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2023 Sinh viên Lương Thu Lan DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên viết tắt APTES Tên viết đầy đủ 3-(Aminopropyl)triethoxysilane BSA Bovine serum albumin (Albumin huyết bò) BTEE 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethane BTME 1,2-Bis(trimethoxysilyl)ethane CTAB Cetyltrimethylammonium bromide FESEM Field emission scanning electron microscopy (Kính hiển vi điện tử phát xạ trường) FTIR Fourier transform infrared spectroscopy (Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier) SAA Succinic acid anhydride PMO Periodic mesoporous organosilica (Silic hữu siêu xốp rỗng cấu trúc tuần hoàn) MPT Mẫu microPMO trung tính MPA3 MPA5 Mẫu microPMO amin, thời gian thủy phân APTES Mẫu microPMO amin, thời gian thủy phân APTES MPC Mẫu microPMO cacboxyl NPT Mẫu nanoPMO trung tính NPA Mẫu nanoPMO amin NPC1 Mẫu nanoPMO cacboxyl, nồng độ SAA 1mg/ml NPC10 Mẫu nanoPMO cacboxyl, nồng độ SAA 10mg/ml NPC50 Mẫu nanoPMO cacboxyl, nồng độ SAA 50mg/ml DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Khối lượng vật liệu PMO tổng hợp 24 Bảng 3.2 Các đặc trưng vật liệu PMO 28 Bảng 3.3 Phương trình đường chuẩn protein 30 Bảng 3.4 Nồng độ BSA/Angiotensin II hấp phụ vào vật liệu PMO sau 33 Bảng 4.1 So sánh đặc trưng vật liệu nghiên cứu nàyvới nghiên cứu khác 35 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc vật liệu PMO[12, 16] Hình 1.2 Tổng hợp vật liệu nano qua phương pháp từ xuống từ lên[17] Hình 1.3 Những đường tổng hợp PMO Hình 1.4 Cấu trúc hình dạng chất hoạt động bề mặt dung dịch nước phụ thuộc vào nồng độ chất hoạt động bề mặt[23] Hình 1.5 Quá trình tổng hợp PMO từ tiền chất silic hữu cơ[24] Hình 1.6 Sơ đồ biểu diễn hình thành PMO với hỗ trợ muối hữu khác hình thái chúng[25] Hình 1.7 Quá trình tinh chế protein hỗ trợ PMO[34] 11 Hình 1.8 Thành phần hóa học cấu trúc Angiotensin II [44] 16 Hình 3.1 Cảm quan vật liệu PMO sau sấy khơ 24 Hình 3.2 Phổ FTIR mẫu nanoPMO 25 Hình 3.3 Phổ FTIR mẫu micro PMO amin MPA3, MPA5 26 Hình 3.4 Phổ FTIR mẫu micro PMO 27 Hình 3.5 Hình ảnh FESEM nano PMO 27 Hình 3.6 Hình ảnh FESEM mẫu microPMO 28 Hình 3.7 Đường chuẩn nồng độ Angiotensin phụ thuộc vào độ hấp phụ 29 Hình 3.8 Đường chuẩn nồng độ BSA phụ thuộc vào độ hấp phụ 30 Hình 3.9 Khối lượng Angiotensin II hấp phụ lên 1g MPT theo thời gian 31 Hình 3.10 Xu hướng thơi Angiotensin II từ vật liệu MPT theo thời gian 32 Hình 3.11 Đồ thị so sánh nồng độ Angiotensin II ban đầu sau khỏi vật liệu 32 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG - TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu nano 1.1.1 Định nghĩa khoa học nano vật lệu nano 1.1.2 Vật liệu Silic hữu siêu xốp cấu trúc tuần hoàn (PMO) 1.2 Ứng dụng vật liệu silic hữu siêu xốp y sinh 1.2.1 Vai trò phân phối thuốc 1.2.2 Cố định phân tử sinh học 10 1.2.3 Tinh làm giàu phân tử sinh học 11 1.2.4 Vai trò chất xúc tác sinh học 12 1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu micro/nano ứng dụng y học 13 1.3.1 Tình hình nghiên cứu giới 13 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 14 1.4 Tổng quan Angiotensin II 15 CHƯƠNG – VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 2.1 Thiết bị, hóa chất, vật tư nghiên cứu 17 2.1.1 Hóa chất thí nghiệm 17 2.1.2 Thiết bị thí nghiệm 17 2.1.3 Vật tư, dụng cụ thí nghiệm 17 2.2 Phương pháp nghiên cứu 18 2.2.1 Phương pháp tổng hợp silic hữu siêu xốp kích thước nanomet 18 2.2.2 Phương pháp tổng hợp silic hữu siêu xốp kích thước micromet 19 2.3 Phương pháp xác định tính chất đặc trưng vật liệu 19 2.3.1 Phương pháp xác định hình thái học vật liệu 19 2.3.2 Phương pháp xác định diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ rỗng, kích thước lỗ rỗng vật liệu 20 2.3.3 Phương pháp xác định thành phần nhóm chức vật liệu 20 2.4 Phương pháp khảo sát khả hấp phụ làm giàu, phân tách angiotensin II vật liệu 21 2.4.1 Khảo sát hấp phụ angiotensin II MPT theo thời gian 21 2.4.2 Khảo sát khả Angiotensin II khỏi MPT theo thời gian 22 2.4.3 Khảo sát khả làm giàu angiotensin II vật liệu PMO 22 2.4.4 Khảo sát phân tách angiotensin II từ hỗn hợp protein BSA/ Angiotensin II vật liệu PMO 22 CHƯƠNG - KẾT QUẢ 24 3.1 Kết tổng hợp vật liệu PMO 24 3.1.1 Khối lượng vật liệu PMO 24 3.1.2.Thành phần nhóm chức 25 3.1.3.Hình thái học vật liệu 27 3.1.4.Thông số đặc trưng 28 3.2 Khảo sát khả hấp phụ làm giàu, phân tách angiotensin II vật liệu 29 3.2.1 Đường chuẩn Angiotensin II BSA 29 3.2.2 Khả hấp phụ làm giàu, phân tách angiotensin II vật liệu 30 CHƯƠNG - BÀN LUẬN 34 4.1 Về kết tổng hợp vật liệu PMO 34 4.1.1 Tối ưu quy trình tổng hợp vật liệu PMO 34 4.1.2 Đặc trưng vật liệu PMO 35 4.2 Về kết khảo sát hấp phụ, làm giàu, phân tách protein vật liệu PMO 36 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Năm 1959, khái niệm công nghệ nano nhà vật lý người Mỹ Richard Feynman nhắc đến ông đề cập tới khả chế tạo vật chất kích thước siêu nhỏ từ trình tập hợp nguyên tử, phân tử Việc tích hợp cơng nghệ nano vào ngành, lĩnh vực cung cấp giải pháp đột phá cho nhiều vấn đề môi trường, y tế công nghiệp nay, bao gồm vật liệu micro/nano, điện tử, phân phối thuốc, lượng, công nghệ sinh học, công nghệ thông tin, an ninh quốc gia [1] Kỉ nguyên công nghệ nano xem cách mạng công nghiệp, thúc đẩy phát triển lĩnh vực đặc biệt y sinh học, lượng, môi trường, công nghệ thông tin, quân sự… tác động đến toàn xã hội [2] Với phát triển công nghệ nano, việc ứng dụng vật liệu nano lĩnh vực y học vật liệu dẫn truyền thuốc (liposome, mixen, polyme, dendrimer, nano từ tính…), kỹ thuật chẩn đoán bệnh điều trị bệnh trở thành điểm nóng hàng đầu lĩnh vực nghiên cứu khoa học kỷ 21[3, 4] Trong năm gần đây, việc kết hợp chức hữu vào vật liệu vô lên chiến lược hiệu để xây dựng nhiều loại vật liệu chức Silic hữu siêu xốp cấu trúc tuần hoàn ( Periodic mesoporous organosilicas- PMO) loại vật liệu nano - tổng hợp phát triển PMO vật liệu silic hữu siêu xốp với cấu trúc có trật tự cao, kích thước lỗ đồng phân bố đồng cầu hữu vào khung silica Không giống silica xốp thơng thường, vật liệu có khả điều chỉnh tính chất bề mặt (tính ưa nước/kỵ nước) tính chất vật lý (hình thái, độ xốp) độ ổn định học thông qua kết hợp gốc hữu chức khác thành lỗ rỗng chúng[5, 6] Một ứng dụng vật liệu nano siêu xốp với cấu trúc lỗ rỗng y sinh làm giàu phân tử sinh học Làm giàu protein kỹ thuật protein quan tâm mẫu sinh học tập trung để thuận lợi cho việc định lượng phân tích cách cho peptid kích thước nhỏ vào lỗ protein lớn hấp phụ không đặc hiệu lên bề mặt vật liệu PMO Từ đó, phân tách làm giàu protein kích thước nhỏ hỗn hợp nhiều loại protein dịch sinh học[7] Angiotensin II peptid có trọng lượng phân tử khoảng 1,046 kDa xuất máu người với nồng độ thấp, nên việc định lượng khó khăn[8] Angiotensin II có vai trị quan trọng điều hòa huyết áp Tăng nồng độ dấu sinh học trước phân tích bước quan trọng giúp tăng độ nhạy độ xác kỹ thuật phân tích phát tiếp sau Để khắc phục vấn đề này, việc sử dụng công nghệ phân tách, làm giàu đóng vai trị quan trọng việc giảm độ phức tạp mẫu Do đó, nhằm tổng hợp vật liệu ứng dụng làm giàu phân tử sinh học có kích thước nhỏ, chúng tơi tiến hành thực đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu silic hữu siêu xốp rỗng ứng dụng làm giàu angiotensin II” với mục tiêu: - Tổng hợp vật liệu có kích thước nanomet/ micromet silic hữu - Khảo sát khả hấp phụ, làm giàu phân tách angiotensin II vật liệu tổng hợp trình chưa phải quy trình tối ưu nhiên phổ FTIR có xuất nhóm amin -NH2 cấu trúc hóa học 4.1.2 Đặc trưng vật liệu PMO Thể tích lỗ xốp đường kính lỗ xốp vật liệu mẫu PMO, cho thấy sáu vật liệu có tính chất siêu xốp Vật liệu nanoPMO có diện tích bề mặt riêng khoảng 200-1500m2/g, kích thước lỗ khoảng 2-3nm thể tích lỗ khoảng 0,2-1m3/g MicroPMO có diện tích bề mặt riêng nhỏ khoảng 600-900m2/g, kích thước lỗ lớn khoảng 3-5nm thể tích lỗ khoảng 0,5-1m3/g Hình thái hạt có ảnh hưởng mạnh mẽ đến diện tích bề mặt riêng Khi kích thước hạt bé diện tích bề mặt riêng lớn Các hạt có hình dạng bất thường bề mặt thơ ráp có diện tích bề mặt riêng cao hạt có bề mặt nhẵn Từ so sánh này, thử nghiệm vật liệu nanoPMO microPMO cho mục đích phân tách làm giàu phân tử sinh học có kích thước điện tích phù hợp với loại vật liệu Các vật liệu PMO luận văn tổng hợp dựa quy trình tổng hợp Qian [36], Yue [46] Qian tổng hợp thành công hai loại vật liệu PMO: microPMO trung tính (PMOM) nanoPMO trung tính (PMON) Zhu tổng hợp thành cơng PMO trung tính (PMOT) PMO amin (PMO-NH2) Yue tổng hợp PMO cacboxyl (ss-MONs )với kết tóm tắt Bảng 4.1 Bảng 4.1 So sánh đặc trưng vật liệu nghiên cứu nàyvới nghiên cứu khác Nghiên cứu Qian[5] Zhu[40] Juan[46] Chúng Mẫu microPMO trung tính nanoPMO trung tính PMO trung tính PMO amin PMO cacboxyl NPT NPA NPC10 MPT MPA3 MPC Diện tích bề mặt riêng (m2/g) Thể tích lỗ (m3/g) Kích thước lỗ (nm) Hình thái Kích thước hạt (nm) 976 0.74 2.8 Cầu 200-750 612 710 677 917.3 1423 872 235 844 769 663 0.56 0.75 0.55 1.28 1.055 0.58 0.16 0.96 0.979 0.5 3.1 5.7 5.5 3.2 2.97 2.42 2.76 4.6 5.1 3.0 Cầu Que Que Cầu Cầu Cầu Cầu Cầu Cầu Cầu 2000-5000 1500×100-200 1500×100-200 116 200-500 200-400 200-400 2000-4000 200-1000 200-1000 NPT: Mẫu nanoPMO trung tính; NPA: Mẫu nanoPMO amin; NPC10: Mẫu nanoPMO cacboxyl, nồng độ SAA 10mg/ml MPT: Mẫu microPMO trung tính; MPA3: Mẫu microPMO amin, thời gian thủy phân APTES giờ; MPC: Mẫu microPMO cacboxyl 35 Vật liệu NPT MPT tổng hợp nghiên cứu cho thấy diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ kích thước lỗ lớn tương ứng so với vật liệu PMO nghiên cứu tác giả Qian Đối với kích thước hạt, hai nghiên cứu cho kết tương đồng với kích thước hạt nanoPMO trung tính microPMO trung tính khoảng 200-750nm 2000-5000nm Trong nghiên cứu tác giả Zhu, vật liệu PMO trung tính amin tổng hợp có dạng hình que, kích thước lỗ khoảng 5,5-5,7nm tương đương với kích thước lỗ microPMO amin nghiên cứu PMO nghiên cứu Zhu khác với nghiên cứu sử dụng chất hoạt động bề mặt khác nhau: Zhu dùng P123 để làm khuôn, co-polymer, chất hoạt động bề mặt khơng ion hóa có đặc tính đặc trưng tính biến đổi thể chất nhiệt độ Khi tăng nhiệt độ lên 20oC tăng nồng độ P123 chuyển từ dạng lỏng sang dạng gel hình thành micelle Trong đó, với nghiên cứu này, chất làm khuôn dùng chất hoạt động bề mặt cation CTAB Trong nghiên cứu Yue, vật liệu PMO cacboxyl cho thấy diện tích bề mặt riêng, thể tích lỗ kích thước lỗ lớn hơn, kích thước hạt lại nhỏ Do sử dụng tiền chất khác với để định kích thước hạt Bis[3 (triethoxysily)propyl]tetrasulfide (BTES ), sử dụng BTME BTEE, tiền chất có cấu trúc khác tạo kích thước vật liệu khác 4.2 Về kết khảo sát hấp phụ, làm giàu, phân tách protein vật liệu PMO Y học đại quan tâm phát marker sinh hóa có giá trị sàng lọc chẩn đốn sớm số bệnh lý Thơng thường, giai đoạn sớm bệnh, nồng độ dấu sinh học cho bệnh dịch sinh học (như peptide có hoạt tính sinh học thể) thường thấp nên khó để phân tích, định lượng Chính vậy, tăng nồng độ dấu sinh học trước phân tích bước quan trọng giúp tăng độ nhạy độ xác kỹ thuật phân tích phát tiếp sau Do vật liệu PMO với kích thước lỗ phù hợp tổng hợp để thực công việc Kích thước lỗ yếu tố ảnh hưởng đến hấp phụ có chọn lọc hay hấp phụ không đặc hiệu phân tử sinh học Khả hấp phụ protein vật liệu micro/nanoPMO thực nhờ phương pháp hấp phụ vật lý Phương pháp có cách tiếp cận đơn giản, tiết 36 kiệm nhanh chóng Nguyên lý cho vật liệu protein tiếp xúc với khoảng thời gian, sau trình ủ, peptid kích thuớc nhỏ khuếch tán vào lỗ xốp cịn protein kích thước lớn khơng khuếch tán vào lỗ nên protein bị rửa trôi hấp phụ lên bề mặt vật liệu Các vật liệu nano thường sử dụng để bắt, phân tách phân tử nhỏ (axit amin, chất chuyển hóa) khơng thích hợp cho bắt protein, hầu hết protein có đường kính > 3,2 nm Khi đó, vật liệu PMO với kích thước lỗ nhỏ hấp phụ protein lên bề mặt vật liệu, hấp phụ không đặc hiệu dẫn đến đến lượng protein dung dịch giảm Đo độ hấp phụ A280 máy quang phổ huỳnh quang Nanodrop cách nhỏ 3µL giọt mẫu Sau tiến hành tính tốn lượng protein bị hấp phụ gam vật liệu công thức (1) Sự hấp phụ protein vật liệu PMO khảo sát Angiotensin II có kích thước phân tử nhỏ trọng lượng phân tử 1046 Dalton Quá trình ủ thời gian cho vật liệu Angiotensin II tiếp xúc với nhau, nghiên cứu này, thực khảo sát với vật liệu mẫu micro PMO trung tính MPT Lượng Angiotensin II hấp phụ lên vật liệu MPT khảo sát thời điểm 2, 5, 10, 30 phút Việc lựa chọn thời điểm có khoảng cách ngắn cho phép xác định thời gian bão hòa lượng protein bị hấp phụ lên vật liệu sớm tối ưu trình thực nghiệm Kết khảo sát cho thấy, lượng hấp phụ Angiotensin II micro PMO trung tính MPT tăng nhanh phút đầu đạt trạng thái bão hòa từ thời điểm phút (Hình 3.1) Vậy lấy mốc thời điểm phút thời điểm mà Angiotensin II hấp phụ tối đa lấy làm mốc cho thực nghiệm sau Tương tự thử hấp phụ với vật liệu mẫu MPT theo thời gian tiến hành thêm dung dịch elutent vào mẫu vật liệu hấp phụ Angiotensin II theo mốc thời gian 15, 30, 60 phút số liệu cho thấy sau 30 phút lượng Angiotensin II gần thơi hồn tồn khỏi vật liệu (Hình 3.2) Vậy chọn mốc thời gian 30 thời điểm vật liệu Angiotensin II tối đa cho thực nghiệm Sau xác định mốc thời gian vật liệu hấp phụ Angiotensin II tối đa ổn định bão hịa, mốc thời điểm thơi Angiotensin II tối đa tiến hành khảo sát khả làm giàu Angiotensin vật liệu PMO Bằng cách cho vật liệu hấp phụ Angiotensin II với nồng độ thấp định lượng phương pháp đo phổ hấp phụ tử ngoại bước sóng 280 nm phút Sau thơi Angiotensin II khỏi vật liệu vịng 30 phút với thể tích dung dịch thơi nhỏ nhiều 37 lần thể tích hấp phụ Mục đích làm tăng nồng độ protein dung dịch đo phổ hấp phụ tử ngoại bước sóng 280 nm Khảo sát khả làm giàu phân tách Angiotensin II có mặt protein kích thước lớn nồng độ cao BSA Albumin huyết bị (BSA) protein có hình dạng giống hình cầu mỏng với kích thước: nm × nm × 14 nm, có khối lượng phân tử 66400 Da BSA protein lưỡng tính diện nhóm -NH2 -COOH cấu trúc phân tử Điểm đẳng điện albumin huyết bò pI = 4,7 tức BSA có điện tích dương với pH < 4,7 điện tích âm với pH > 4,7 Cho vật liệu hấp phụ với dung dịch BSA/ Angiotensin II phút thơi vịng 30 phút đối chứng với mẫu vật liệu hấp phụ BSA Đem đo phổ hấp phụ tử ngoại bước sóng 280 nm Từ gián tiếp tính nồng độ Angiotensin II qua nồng độ chênh lệch Thông qua số liệu Đồ thị 3.3 cho thấy vật liệu PMO làm tăng nồng độ Angiotensin II từ 7- 12 lần so với nồng độ ban đầu Khi có mặt protein kích thước lớn BSA gián tiếp tính nồng độ Angiotensin II thông qua chênh lệch tăng lên từ – 41 lần (Bảng 3.4) Tuy nhiên chưa thể kết luận khoảng chênh lệch hoàn toàn Angiotensin II mà không lần BSA bước bước chứng tỏ PMO có khả phân tách làm giàu peptid có kích thước nhỏ Angiotensin II hỗn hợp protein với kích thước lớn ➢ Ảnh hưởng pH dung dịch đệm đến hấp phụ protein vật liệu Điểm đẳng điện tính kỵ nước PMO tính kỵ nước acid amin yếu tố quan trọng chi phối q trình hấp phụ sinh học[52] Có thể quan sát thấy lực Van der Waals, liên kết hydro, tương tác kỵ nước tĩnh điện với lực tĩnh điện tương tác mạnh nhất, lực khác lại yếu nhiều Những lực không xảy chất mang protein mà phân tử protein Lực đẩy phân tử sinh học giảm thiểu pH gần pI (điểm đẳng điện) Tại thời điểm này, đạt đóng gói dày đặc phân tử sinh học Tuy nhiên, có nhóm tích điện protein tương tác với với bề mặt Quá trình hấp phụ bị chi phối liên kết hydro, tương tác kỵ nước lực van der Waals Angiotensin II có đệm đẳng điện pI=6,7 nên dung dịch đệm PBS (pH= 6,8) Angiotensin không mang điện Từ kết thực nghiệm đạt cho thấy, hấp phụ Angiotensin II dung dịch đệm PBS (pH= 6,8) mẫu vật liệu PMO trung tính (MPT NPT) 38 cho khả hấp phụ lớn nhất, lớn so với mẫu PMO amin chứa nhóm amin NH2 mang điện tích dương (MPA3 NPA) mẫu PMO carboxyl chứa nhóm carboxyl -COOH mang điện tích âm (MPC NPC10) Độ hấp phụ Angiotensin II vật liệu PMO mang nhóm amin carboxyl tương đương không xảy lực hút tĩnh điện Như vậy, để ứng dụng vật liệu để làm giàu protein kích thước nhỏ Angiotensin II không mang điện dung dịch đệm, nên sử dụng vật liệu không mang điện MPT, NPT để giảm thiểu hấp phụ không đặc hiệu Angiotensin II hấp phụ vào lỗ xốp PMO theo nguyên tắc vật lý mà khơng hình thành liên kết cộng hóa trị khơng làm thay đổi cấu trúc phân tử protein từ giữ hoạt tính protein Do đó, q trình gắn thuận nghịch, hấp phụ protein lên vật liệu PMO hấp phụ khơng đặc hiệu Nhưng nhờ khả cố định thuận nghịch nên vật liệu mang đắt tiền dễ dàng tái sử dụng ➢ Ảnh hưởng kích thước hình thái lỗ rỗng đến hấp phụ Angiotensin II Khi so sánh khả hấp phụ protein Angiotensin II vật liệu microPMO nanoPMO, chọn mốc thời điểm sau protein 30 phút (thời điểm lượng protein tối đa khỏi vật liệu) Trong dung dịch đệm PBS (pH = 6,8), lượng protein, lượng vật liệu thời điểm, ta thấy: Lượng hấp phụ Angiotensin II vật liệu microPMO cao hẳn so với vật liệu nanoPMO có mặt protein lớn BSA (Đồ thị 3.3, bảng 3.4) Nguyên nhân khác kích thước lỗ rỗng vật liệu micro PMO khoảng 3-5nm lớn vật liệu nano PMO 2-3nm Sự tiếp cận vật liệu khác Angiotensin II khối lượng phân tử 1046Da nhỏ vào lỗ rỗng vật liệu BSA 66400 Da lớn hấp phụ không đặc hiệu bên ngồi bề mặt vật liệu Có nghĩa kích thước lỗ vật liệu lớn hấp phụ lượng protein có kích thước nhỏ lớn Trong nghiên cứu tương tự Qian[40] đánh giá hiệu micro PMO PMOMs việc làm giàu peptid miễn dịch E7 (trình tự RAHYNIVTF,trọng lượng phân tử 1120,6 Da, điểm đẳng điện 8,75) hỗn hợp khác phát thông qua phép đo khối phổ MS Ở nồng độ thấp, khơng có tín hiệu E7 phát thơng qua phổ MS thu từ dung dịch peptit E7 (8,9 nM) 39 Sau làm giàu PMOM, đỉnh thể tốt với cường độ tín hiệu 12 000 tỷ lệ S/N 2000 quan sát Phổ MS/MS xác nhận trình tự dư lượng RAHYNIVTF Khi giảm nồng độ E7 xuống 0,89nM, E7 phát sau làm giàu E7 có cấu trúc tuyến tính tối ưu hóa với chiều dài ≈3 nm đường kính 1,2 nm nước, nghiên cứu kết luận peptide E7 chủ yếu hấp phụ bên lỗ xốp hạt PMOM có kích thước lỗ 3,1 nm Trong hỗn hợp E7/BSA (1/10 000, w/w), khơng có E7 đỉnh peptide phát phạm vi MW thấp 800–2000 Da, tín hiệu từ BSA quan sát thấy dải MW cao (10–80 kDa) Sau làm giàu PMOM, peptide E7 cực đại nhìn thấy 1120,60 Da với tỷ lệ S / N cao mà khơng có tín hiệu protein phạm vi MW cao Vậy kết hai nghiên cứu Qian cho thấy khả làm giàu phân tách vật liệu PMO pedtid kích thước nhỏ Tổng kết lại, nghiên cứu tổng hợp thành công số vật liệu silic hữu xốp rỗng cấu trúc tuần hoàn bước đầu khảo sát tương tác loại vật liệu với Angiotensin II Bước đầu đánh giá ứng dụng phân tách, làm giàu Angiotensin II vật liệu, mở hội hướng đến đích ứng dụng vật liệu PMO y sinh Tuy nhiên, khuôn khổ đề tài số điểm hạn chế chưa tối ưu hồn tồn quy trình tổng hợp micro PMO mang nhóm chức amin carboxyl Nghiên cứu chưa thật chứng minh vật liệu có hồn tồn tách Angiotensin II khỏi hỗn hợp protein hay không chưa sử dụng phương pháp định lượng phát protein có độ xác cao 40 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Từ kết thực nghiệm thu sau tổng hợp vật liệu silic hữu siêu xốp cấu trúc tuần hoàn khảo sát sư tương tác vật liệu với Angiotensin II, đưa số kết luận đề xuất sau: Kết luận: Các vật liệu PMO trung tính, amin, carboxylic tổng hợp với hình thái học khác nhau, có kích thước nanomet, micromet Các hạt nano PMO hình cầu với kích thước nanomet từ 200-500 nm, kích thước lỗ khoảng 2-3nm Các hạt micro PMO hình cầu kích thước micromet từ 1-10μm, kích thước lỗ khoảng 3-5nm Khảo sát hấp phụ Angiotensin II lên vật liệu cho thấy, lượng protein Angiotensin II hấp phụ tăng mạnh phút đầu tiếp xúc đạt bão hòa Đối với Angiotensin II (pI=6,7) không mang điện pH=6,8, lượng Angiotensin II hấp phụ tốt lên vật liệu PMO trung tính Khảo sát khả làm giàu Angiotensin II vật liệu PMO cho thấy sau cho hấp phụ với 1ml Angiotensin II nồng độ 0,01mg/ml với dung dịch 10μl dung dịch elutent, kết cho nồng độ Angiotensin II tăng gấp từ – 12 lần nồng độ ban đầu Vật liệu silic hữu siêu xốp phân tách phần tử sinh học kích thước nhỏ Angiotensin II khỏi protein kích thước lớn BSA Khi có mặt protein có kích thước lớn nồng độ cao BSA, vật liệu PMO làm giàu Angiotensin II tăng gấp – 41 lần so với ban đầu Đề xuất: Tiếp tục tối ưu quy trình thơi Angiotensin II khỏi vật liệu, ngắn tốt, nhằm bảo quản tốt cấu trúc sau thu hồi, giá trị sử dụng Kiểm chứng hoạt độ Angitensin II sau q trình thơi Tiếp tục đánh giá khả phân tách vật liệu phương pháp có độ xác cao định lượng protein phương pháp khối phổ với thang đo peptid nhỏ xác phù hợp với việc phát Angiotensin II Tiến hành nghiên cứu mang tính ứng dụng cụ thể loại vật liệu trongviệc làm giàu peptid nhỏ khác dịch sinh học người.… 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Feynman RP There's plenty of room at the bottom [data storage Journal of Microelectromechanical Systems 1992;1:60-6 Nasrollahzadeh M, Sajadi SM, Sajjadi M, Issaabadi Z Chapter - An Introduction to Nanotechnology In: Nasrollahzadeh M, Sajadi SM, Sajjadi M, Issaabadi Z, Atarod M, editors Interface Science and Technology 28: Elsevier; 2019 p 1-27 Lan J Overview of Application of Nanomaterials in Medical Domain Contrast Media Mol Imaging 2022;2022:3507383 Zardini H, Ferdowsian F, Soltaninejad H, Ghorani azam A, Soleymani S, ZareShehneh M, et al Application of Nanotechnology in Biomedicine: A Major Focus on Cancer Therapy Journal of Nano Research 2015;35:55-66 Dolores E, Pascal Van Der V, Francisco JR-S Designing advanced functional periodic mesoporous organosilicas for biomedical applications AIMS Materials Science 2014;1(1):70-86 Wan J, Qian K, Zhang J, Liu F, Wang Y, Yang P, et al Functionalized periodic mesoporous organosilicas for enhanced and selective peptide enrichment Langmuir 2010;26(10):7444-50 Fried DI, Brieler FJ, Fröba M Designing Inorganic Porous Materials for Enzyme Adsorption and Applications in Biocatalysis ChemCatChem 2013;5(4):862-84 Forrester SJ, Booz GW, Sigmund CD, Coffman TM, Kawai T, Rizzo V, et al Angiotensin II Signal Transduction: An Update on Mechanisms of Physiology and Pathophysiology Physiol Rev 2018;98(3):1627-738 Bayda S, Adeel M, Tuccinardi T, Cordani M, Rizzolio F The History of Nanoscience and Nanotechnology: From Chemical-Physical Applications to Nanomedicine Molecules 2019;25(1) 10 Park SS, Santha Moorthy M, Ha C-S Periodic mesoporous organosilicas for advanced applications NPG Asia Materials 2014;6(4):e96-e 11 Huo Q Chapter 16 - Synthetic Chemistry of the Inorganic Ordered Porous Materials In: Xu R, Pang W, Huo Q, editors Modern Inorganic Synthetic Chemistry Amsterdam: Elsevier; 2011 p 339-73 12 Saleh TA Nanomaterials: Classification, properties, and environmental toxicities Environmental Technology & Innovation 2020;20:101067 13 Kumar S, Malik MM, Purohit R Synthesis Methods of Mesoporous Silica Materials Materials Today: Proceedings 2017;4(2, Part A):350-7 14 J Rouquerol DA, C W Fairbridge , D H Everett , J H Haynes , N Pernicone , J D F Ramsay , K S W Sing , K K Unger , Pure Appl Chem 1994 66 , 1739 – 58 15 Wei Y, Li X, Zhang R, Liu Y, Wang W, Ling Y, et al Periodic Mesoporous Organosilica Nanocubes with Ultrahigh Surface Areas for Efficient CO₂ Adsorption Sci Rep 2016;6:20769 16 Hoffmann F, Cornelius M, Morell J, Fröba M Periodic mesoporous organosilicas (PMOs): past, present, and future J Nanosci Nanotechnol 2006;6(2):265-88 17 Mazzotta A, Carlotti M, Mattoli V Conformable on-skin devices for thermoelectro-tactile stimulation: materials, design, and fabrication Materials Advances 2021;2(6):1787-820 18 Paramasivam G, Palem VV, Sundaram T, Sundaram V, Kishore SC, Bellucci S Nanomaterials: Synthesis and Applications in Theranostics Nanomaterials (Basel) 2021;11(12) 19 Bokov D, Turki Jalil A, Chupradit S, Suksatan W, Javed Ansari M, Shewael IH, et al Nanomaterial by Sol-Gel Method: Synthesis and Application Advances in Materials Science and Engineering 2021;2021:5102014 20 Hench LL, West JK The sol-gel process Chemical Reviews 1990;90(1):3372 21 Inagaki S, Guan S, Fukushima Y, Ohsuna T, Terasaki O Novel Mesoporous Materials with a Uniform Distribution of Organic Groups and Inorganic Oxide in Their Frameworks Journal of the American Chemical Society 1999;121(41):9611 22 Croissant JG, Fatieiev Y, Almalik A, Khashab NM Mesoporous Silica and Organosilica Nanoparticles: Physical Chemistry, Biosafety, Delivery Strategies, and Biomedical Applications Advanced Healthcare Materials 2018;7(4):1700831 23 Magi Meconi G, Ballard N, Asua JM, Zangi R Shedding light on the different behavior of ionic and nonionic surfactants in emulsion polymerization: from atomistic simulations to experimental observations Physical Chemistry Chemical Physics 2017;19(47):31692-705 24 Goto Y, Mizoshita N, Waki M, Ikai M, Maegawa Y, Inagaki S Chapter Synthesis and Applications of Periodic Mesoporous Organosilicas In: Douhal A, Anpo M, editors Chemistry of Silica and Zeolite-Based Materials 2: Elsevier; 2019 p 1-25 25 Lin F, Meng X, Tang K, Wu L, Yuan R, Liao L Structure modulation of periodic mesoporous organosilicas with organic salts Journal of Materials Science 2021;56 26 Mehdi A, Reye C, Corriu R From molecular chemistry to hybrid nanomaterials Design and functionalization Chemical Society Reviews 2011;40(2):563-74 27 Teng Z, Li W, Tang Y, Elzatahry A, Lu G, Zhao D Mesoporous Organosilica Hollow Nanoparticles: 2019;31(38):1707612 Synthesis and Applications Advanced Materials 28 Jeong E-Y, Park S-E Synthesis of porphyrin-bridged periodic mesoporous organosilica and their catalytic applications Research on Chemical Intermediates 2012;38(6):1237-48 29 Yu N, Ding Y, Lo A-Y, Huang S-J, Wu P-H, Liu C, et al Gold nanoparticles supported on periodic mesoporous organosilicas for epoxidation of olefins: Effects of pore architecture and surface modification method of the supports Microporous and Mesoporous Materials 2011;143(2):426-34 30 Zhou Z, Hartmann M Progress in enzyme immobilization in ordered mesoporous materials and related applications Chemical Society Reviews 2013;42(9):3894-912 31 Hudson S, Magner E, Cooney J, Hodnett BK Methodology for the Immobilization of Enzymes onto Mesoporous Materials The Journal of Physical Chemistry B 2005;109(41):19496-506 32 Bornscheuer UT Immobilizing Enzymes: How to Create More Suitable Biocatalysts Angewandte Chemie International Edition 2003;42(29):3336- 33 Qiao SZ, Yu CZ, Xing W, Hu QH, Djojoputro H, Lu GQ Synthesis and Bioadsorptive Properties of Large-Pore Periodic Mesoporous Organosilica Rods Chemistry of Materials 2005;17(24):6172-6 34 Wang X, Lu D, Austin R, Agarwal A, Mueller LJ, Liu Z, et al Protein Refolding Assisted 2007;23(10):5735-9 by Periodic Mesoporous Organosilicas Langmuir 35 Wang P, Zhao L, Wu Ra, Zhong H, Zou H, Yang J, et al Phosphonic Acid Functionalized Periodic Mesoporous Organosilicas and Their Potential Applications in Selective Enrichment of Phosphopeptides The Journal of Physical Chemistry C 2009;113(4):1359-66 36 Qian K, Gu W, Yuan P, Liu F, Wang Y, Monteiro M, et al Enrichment and Detection of Peptides from Biological Systems Using Designed Periodic Mesoporous Organosilica Microspheres Small 2012;8(2):231-6 37 Qian K, Liu F, Yang J, Huang X, Gu W, Jambhrunkar S, et al Pore sizeoptimized periodic mesoporous organosilicas for the enrichment of peptides and polymers RSC Advances 2013;3(34):14466-72 38 Shakeri M, Kawakami K Effect of the structural chemical composition of mesoporous materials on the adsorption and activation of the Rhizopus oryzae lipasecatalyzed trans-esterification reaction in organic solvent Catalysis Communications 2008;10(2):165-8 39 Lin N, Gao L, Chen Z, Zhu JH Elevating enzyme activity through the immobilization of horseradish peroxidase onto periodic mesoporous organosilicas New Journal of Chemistry 2011;35(9):1867-75 40 Zhu L, Liu X, Chen T, Xu Z, Yan W, Zhang H Functionalized periodic mesoporous organosilicas for selective adsorption of proteins Applied Surface Science 2012;258(18):7126-34 41 Mai NXD, Nguyen TT, Vong LB, Dang MD, Nguyen TTT, Nguyen LHT, et al Tailoring chemical compositions of biodegradable mesoporous organosilica nanoparticles for controlled slow release of chemotherapeutic drug Mater Sci Eng C Mater Biol Appl 2021;127:112232 42 Nohair B, Thao PtH, Nguyen VTH, Tien PQ, Phuong DT, Hy LG, et al Hybrid Periodic Mesoporous Organosilicas (PMO-SBA-16): A Support for Immobilization of d-Amino Acid Oxidase and Glutaryl-7-amino Cephalosporanic Acid Acylase Enzymes The Journal of Physical Chemistry C 2012;116(20):1090443 Patel P SD, Morris DL, et al Angiotensin II StatPearls Publishing 2023 Ja; Treasure Island (FL) 44 Selvam R, Rohini K, Arunan C, Subashchandran K Synthesis of Biologically Important Angiotensin-II and Angiotensin-IV Peptides by Using 4-(2 ',4 'Dimethoxypenyl-Fmoc-Aminomethyl)phenoxy Resin Asian Journal of Chemistry 2013;25:8673-6 45 Catt KJ, Cain MD, Zimmet PZ, Cran E Blood angiotensin II levels of normal and hypertensive subjects Br Med J 1969;1(5647):819-21 46 Yue J, Luo SZ, Lu MM, Shao D, Wang Z, Dong WF A comparison of mesoporous silica nanoparticles and mesoporous organosilica nanoparticles as drug vehicles for cancer therapy Chem Biol Drug Des 2018;92(2):1435-44 47 Hoa NTH Nghiên Cứu Tổng Hợp, Đặc Trưng Tính Chất Hấp Phụ Chất Hữu Cơ Độc Hại Trong Môi Trường Nước Của Vật Liệu Cacbon Mao Quản Trung Bình Luận án tiến sỹ hóa học2019 48 TS Lê Thị Hiên THTQ Các Phương Pháp Thực Nghiệm Nano Sinh Học Đại học Quốc gia Hà Nội2014 49 Bujacz A Structures of bovine, equine and leporine serum albumin Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 2012;68(Pt 10):1278-89 50 Wang W, Liu D, Yang L, Chen L, Miao M, Liu Y, et al Compound Kushen injection attenuates angiotensin II‑mediated heart failure by inhibiting the PI3K/Akt pathway Int J Mol Med 2023;51(3) 51 Wang J LC, Xu B Basic Principle, Advance and Current Application Situation of Sol -Gel Method Chemical industry and Engineering 2009;3; 26 52 W K Ueber das Trypsin (Enzym des Pankreas) [About trypsin (enzyme of the pancreas)] In Naturhistorisch-medizinischen Verein (ed) Verhandlungen des Naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg [Negotiations by the Natural History Medical Association in Heidelberg] pp 1876-1877 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Quy trình tổng hợp nano PMO trung tính NPT Phụ lục 2: Quy trình tổng hợp nano PMO amin NPA Phụ lục 3: Quy trình tổng hợp vật liệu nanoPMO carboxylic: NPC1, NPC10, NPC50 Phụ lục 4: Quy trình tổng hợp micro PMO trung tính MPT Phụ lục 5: Quy trình tổng hợp micro PMO amin MPA3, MPA5 Phụ lục 6: Quy trình tổng hợp micro PMO cacboxylic MPC