Из наночастиц берлинской лазури ученые синтезировали искусственный фермент, восстанавливающий перекись водорода. Этот аналог превосходит по активности природный белок и может быть использован в качестве меток в химических анализах или для создания ультрачувствительных покрытий. Данная технология может быть широко использована в медицинской диагностике и терапии. Работа опубликована в Journal of Electroanalytical Chemistry. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.
Ферменты — это специальные белки, катализирующие биохимические реакции, то есть ускоряющие их протекание на несколько порядков. Создание искусственных ферментов широко востребовано в современной медицине, и для него часто используются наночастицы, получившие название «нанозимы». Эта сравнительно новая методика быстро обрела большую популярность благодаря высокой стабильности и низкой стоимости искусственных аналогов ферментов. Последние могут быть использованы при создании сенсоров продуктов биохимических реакций. Такая технология применяется для химического анализа, в том числе для задач медицинской диагностики и терапии.
Пероксидаза — фермент, катализирующий реакцию восстановления пероксида водорода, наиболее часто используется в биотехнологии и биохимической сенсорике. Неудивительно, что наиболее перспективным является создание нанозимов именно с пероксидазной активностью. Ученые из МГУ имени М. В. Ломоносова предложили оригинальный подход для использования наночастиц гексацианоферрата железа — пигмента, известного еще со школы как берлинская лазурь. Наночастицы синтезировали в ходе катализируемой (ускоряемой) реакции и получали их суспензию. Затем ее капали на поверхность электрода и высушивали при нагревании. Такое покрытие линейно улучшает эффективность обнаружения перекиси по мере увеличения площади тонкого слоя наночастиц до сплошного. Кроме того, обнаружена и значительная каталитическая активность в отношении реакции восстановления перекиси водорода.
«Разработанные нанозимы на основе берлинской лазури — надежный, чувствительный, стабильный и простой в использовании аналог природного фермента пероксидазы. Такие нанозимы не обладают оксидазной, то есть окислительной, активностью и могут быть использованы в физиологических значениях рН, что немаловажно для биоанализа. Помимо того, что синтезированные нанозимы превосходят природный фермент по каталитической активности, они могут быть использованы для создания электрохимических биосенсоров. Установленная высокая электрокаталитическая активность нанозимов — ключевой момент для их применения в качестве электрохимических меток», — рассказывает Мария Комкова, кандидат химических наук, старший научный сотрудник химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.
В своем новом исследовании ученые заложили основы использования нанозимов на основе берлинской лазури в качестве электрокаталитических меток. Применение меток на основе такой «искусственной пероксидазы» особенно актуально для создания электрохимических ДНК-, РНК-сенсоров. Перекись водорода также является признаком таких опасных патологий, как онкологические заболевания и осложнения диабета. Мониторинг концентрации перекиси позволяет определять наличие и тяжесть ряда заболеваний дыхательной системы и контролировать эффективность проводимого лечения.