Российские ученые разработали материал на основе наночастиц золота и специальной пористой керамики, который защищает молекулы ферментов от нагрева и при этом значительно увеличивает их эффективность.
Эта инновация позволит создавать долговечные и повторно используемые катализаторы, сообщает пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). «Мы видим значительный потенциал разработанной концепции как в медицине, так и в биотехнологиях и “зеленом переходе”. В будущем мы планируем продолжать исследования в этой области, а также развивать созданную технологию в промышленных целях для улавливания углекислого газа», — отметил старший научный сотрудник Научного центра генетики и наук о жизни Научно-технологического университета «Сириус» Андрей Дроздов, слова которого приводит пресс-служба РНФ.
Как подчеркивают Дроздов и его коллеги, уже известные в природе ферменты способны ускорять сотни и тысячи различных химических реакций, включая процессы, связанные с производством топлива, лекарств, пластмасс и других полезных материалов. Однако на практике их применение часто затрудняется тем, что молекулы ферментов обычно становятся нестабильными вне живых клеток и разрушаются при нагреве выше 50 градусов Цельсия.
Исследователи из Научно-технологического университета «Сириус» и их коллеги из МФТИ предположили, что обе проблемы можно решить, если поместить молекулы ферментов внутрь особой структуры, состоящей из наночастиц золота и пористого керамического материала на основе оксида алюминия. Последний стабилизирует биокатализаторы и предотвращает их разрушение под воздействием тепла, а наночастицы позволяют гибко контролировать активность ферментов с помощью инфракрасного излучения.
Для проверки этой гипотезы ученые «упаковали» молекулы фермента карбоангидразы, которая играет ключевую роль в клеточном «дыхании» — она ускоряет превращение молекул углекислого газа в угольную кислоту. Последующие эксперименты показали, что защитная оболочка почти удвоила устойчивость фермента к нагреву — он необратимо разрушался не при 67 градусах Цельсия, как это происходит обычно, а при 96–103 градусах Цельсия.
Облучение данного материала с помощью инфракрасного лазера увеличивает каталитическую активность фермента примерно в девять раз при наличии очень небольшого количества золотых наночастиц в керамике. При этом материал выдержал 11 циклов нагрева и охлаждения без потери активности, что указывает на возможность многократного использования таких «упакованных» ферментов для решения ключевых задач в химической и биофармацевтической промышленности, подытожили исследователи.
Фото: hi-tech.mail.ru