Функционализация клеток микроорганизмов с использованием полиэлектролитов и наночастиц

• Автор: Фахруллин, Равиль Фаридович
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 340 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Современные биоаналитические системы, основанные на 21 микроорганизмах

1.2. Биоимитирующие системы на основе клеток 27 микроорганизмов

1.3. Наномодифицированные микроорганизмы.

Функционализация единичных клеток и их применение в качестве компонентов функциональных устройств
1.4. Характеристика метода послойного нанесения пленок 53 полиэлектролитов как эффективного способа функционализации поверхностей и коллоидных частиц
1.5. Применение метода послойного нанесения пленок 67 полиэлектролитов для поверхностной модификации клеток

1.6. Искусственные многоклеточные кластеры из клеток 75 микроорганизмов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
II. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
II. 1. Материалы и аналитические методы
II. 1.1. Материалы и реактивы
II. 1.2. Микр оорганизмы
II. 1.2.1. Дрожжи
II. 1.2.2 Бактерии
II. 1.2.3. Одноклеточные водоросли
II. 1.3. Физико-химические методы исследования
II. 1.3.1. Динамическое светорассеяние (ДСР) для определения

размеров и поверхностного потенциала (^-потенциала) клеток и частиц
II. 1.3.2. Кварцевый микрогравиметрический анализ динамики
адсорбции полимеров
П.1.3.3. Ультразвуковая обработка
II. 1.3.4. Микроскопические методы
II. 1.3.5. Спектроскопические методы
II. 1.3.6. Рентгеноструктурный анализ
II. 1.3.7. Магнитометрические исследования
II. 1.3.8. Методы определения жизнеспособности клеток
П.2. Синтез, очистка, функционализация и характеристика
наночастиц, углеродных нанотрубок и микрокристаллов
И.2.1. Синтез золотых наночастиц
П.2.2. Синтез серебряных наночастиц
П.2.3. Синтез и стабилизация магнитных наночастиц
П.2.4. Солюбилизация многостенных углеродных нанотрубок
П.2.5. Синтез и характеристика микрокристаллов карбоната
кальция
П.З. Функционализация клеточных стенок микроорганизмов при помощи полиэлектролитов и наноматериалов П.3.1. Функционализация клеточных стенок микроорганизмов полиэлектролитами
П.3.2. Функционализация клеточных стенок микроорганизмов полиэлектролитами и наночастицами (нанотрубками)
П.З.З. Функционализация клеточных стенок микроорганизмов полиэлектролит-стабилизированными наночастицами оксида железа (биосовместимым магнитными наночастицами)
И.3.4. Инкапсуляция микроорганизмов с помощью
мезопористых оболочек из карбоната кальция
П.4. Клеточные биосенсоры на основе клеток микроорганизмов,
функционализированных при помощи магнитных наночастиц и углеродных нанотрубок
11.4.1. Микрофлюидные системы (микрочипы) — дизайн, 102 создание микрочипов и оптимизация их операционных характеристик
11.4.2. Электрохимические биосенсоры на основе живых клеток 105 микроорганизмов, функционализированных углеродными нанотрубками или магнитными наночастицами
11.4.2.1. Электрохимический биосенсор на основе клеток 106 пекарских дрожжей, функционализированных углеродными нанотрубками и стеклоуглеродных электродов
11.4.2.2. Электрохимический биосенсор на основе магнитно- 107 модифицированных клеток водорослей Chlorella pyrenoidosa, и печатных электродов
11.4.3. Клеточные биосенсоры на основе магнитно- 109 модифицированных ГМ-биорепортерных клеток бактерий Acinetobacter baylyi
11.4.4. Многоклеточные трехмерные кластеры (цитозомы) - 112 техника формирования и характеристика
11.4.4.1. Методы получения цитозом
11.4.4.2. Сферические (изотропные) цитозомы
11.4.4.3. Анизотропные цитозомы иглообразной, планарной и 113 кубической формы
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
III. ХАРАКТЕРИСТИКА СИНТЕЗИРОВАННЫХ
НАНОМАТЕРИАЛОВ И МИКРОКРИСТАЛЛОВ
III. 1. Наночастицы благородных металлов (золота и серебра)
111.2. Суперпарамагнитные наночастицы оксида железа
111.3. Характеристика многостенных углеродных нанотрубок
111.4. Характеристика микрокристаллов карбоната кальция

Иммуноиммобилизация, однако, имеет некоторые существенные недостатки. Основной из них - это высокая стоимость получения моноклональных антител, а также необходимость хранения антител, равно как и поверхностей, функционализированных антителами, в особых условиях. Поэтому, для создания упорядоченных двумерных структур из клеток бактерий были описаны и другие методические подходы, основанные, например, на микроконтактной печати (Weibel et al., 2007). Термин «микроконтактная печать» обозначает совокупность методов модификации поверхностей, основанных на переносе некоего узора при помощи нанесения какого-либо вещества с использованием полимерной микроматрицы. Фактически, микроматрицу погружают в жидкость, содержащую наносимое высокомолекулярное соединение и затем прикладывают к модифицируемой поверхности. По аналогии с процессом типографской печати или, что более соответствует описанной выше технике, использованию обыкновенных печатей для документов, наносимое вещество часто называют «чернилами» (калька от англ. ink - чернила), а микроматрицу - штампом (Lange et al., 2004). Разрешение микроматрицы (расстояние между отдельными элементами, формирующими узор) чаще всего не превышает 50 мкм. Микроконтактная печать активно используется для модификации поверхностей при помощи полимеров и микрочастиц (Santhanam, Andres, 2004; Quist et al., 2005). Также опубликовано значительное количество работ, описывающих нанесение узоров из живых клеток микроорганизмов с помощью микроконтактной печати. Например, описано формирование структурированных островков роста клеток E. coli на поверхности агарозного геля, после нанесения клеток при помощи микроштампа. Клетки E. coli в определенных концентрациях первоначально наносили на 3% агарозный гель, после поглощения избытков среды агарозой клетки переносили на поверхность микроштампа (как показано на Рис. I.4.), переносили клетки при помощи микроштампа на более плотный 4% агарозный гель и выращивали их в питательной среде. Визуализацию микроструктурированного