수열 합성한 티올 기능화 실리카 나노스피어(SiO₂-SH) 플랫폼을 후속적으로 SnO₂ 양자점(QDs)으로 장식해 SnO₂/SiO₂ 복합 나노스피어(NSs)를 제조했습니다. 결과 NSs는 강한 가시광 반응형 형광을 나타내 단백질 포획 실시간 추적이 가능합니다. 환원형 글루타티온(GSH) 기능화로 SnO₂/SiO₂-GSH로 전환해 글루타티온 S-트랜스퍼라제(GST)-태그 단백질을 특이적으로 포획합니다. 대장균 용해액 적용 시 비특이적 흡착이 거의 없고, 단백질 결합 용량 7.4 mg g⁻¹을 보이며, 분리된 글루타티온 퍼옥시다제 3(GPX3)의 산화환원 상태와 퍼옥시다제 활성을 유지합니다. 이 특성들은 SnO₂/SiO₂-GSH NSs를 GST-태그 단백질 신속 고수율 정제 유망 도구로 자리매김시킵니다.
효율적 단백질 정제는 약물 대사, 구조생물학, 백신 개발 발전을 뒷받침합니다. 기존 크로마토그래피와 침전법은 노동 집약적이고 단백질 무결성 손상 우려가 있습니다. GST와 리간드 천연 상호작용을 이용한 친화성 정제는 GST 태그 재조합 단백질에 골드 스탠다드이나, 기존 GST-친화성 레진(예: Glutathione Sepharose 4B)은 결합 용량 제한, 고비용, 고유 시각적 보고 기능 부재 등의 한계가 있습니다.
나노물질은 높은 비표면적, 조절 가능 화학성, 적절히 설계 시 광학적 신호 제공으로 이런 한계 극복 가능합니다. SnO₂ QDs는 화학적 안정성, 생체적합성, 결함 유도 형광으로 바이오 응용에 매력적입니다. SnO₂ QDs를 실리카 나노스피어에 고정해 친화성 포획과 형광 모니터링을 결합한 이중 기능 플랫폼을 구축했습니다.
모든 시약은 분석급으로 추가 정제 없이 사용했습니다. 주요 시약: CTAB, SnCl₄·5H₂O, TEOS, MPS, GSH. SnO₂ QDs는 수열법으로 제조 후 SiO₂-SH NSs 표면에 부착하고 이후 GSH 접합 수행했습니다.
SnCl₄·5H₂O(3.5 g)를 50 mL 물에 녹이고 암모니아(5 mL) 첨가해 Sn(OH)₄ 침전시켰습니다. 세척 후 30 mL 물에 재분산시켰습니다. pH를 2 M NH₄OH로 12 조절한 후 테플론 라이닝 오토클레이브로 옮겨 150°C에서 24시간 가열했습니다. 생성물을 수집해 에탄올-이소프로판올(1:1)로 세척하고 건조해 SnO₂ QDs(약 5 nm 직경)를 얻었습니다.
SnO₂ QDs(0.2 g)와 CTAB(0.09 g)를 물-에탄올 혼합물(42.5 mL + 7 mL)에 분산시켰습니다. TEA(2.7 mL) 첨가 후 TEOS(3.5 mL)와 MPS(0.35 mL)를 60°C에서 5시간 교반하며 첨가했습니다. 혼합물을 원심분리, HCl-에탄올과 물로 세척, 재분산해 SnO₂/SiO₂-SH NSs(약 460 nm 직경)를 제조했습니다.
SnO₂/SiO₂-SH NSs(4 mL, 0.12 g mL⁻¹)를 GSH(16.7 mg mL⁻¹)와 PBS(pH 7.4) 중 37°C 24시간 배양했습니다. 원심분리 세척 후 SnO₂/SiO₂-GSH NSs를 25% 에탄올, 4°C에 보관했습니다.
GST-태그 GPX3, OST1, ABI2를 pGEX-6p1 구조물로 대장균 BL21(DE3)에서 발현했습니다. 세포 용해액(pH 7.4, 0.01 M)을 SnO₂/SiO₂-GSH NSs(1 mL)와 혼합해 4°C에서 2시간 회전 배양했습니다. 원심분리 세척 후 0.5 M GSH로 결합 단백질을 용리, BCA 분석법으로 정량, SDS-PAGE로 분석했습니다.
PreScission 프로테아제로 탈태그한 정제 GPX3을 티오레독신, 티오레독신 환원효소, H₂O₂ 존재 하 NADPH 소모량 340 nm 모니터링으로 퍼옥시다제 활성 측정했습니다.
GPX3 시료를 H₂O₂와 DTT 처리 후 비환원 15% SDS-PAGE로 산화형과 환원형 분화했습니다.
형태와 조성은 TEM(JEM-2010)과 SEM(JSM 5600LV)으로 관찰했습니다. XRD 패턴은 X'Pert Philips 회절계로 기록했습니다. 형광 스펙트럼은 FluoroSENS 분광계(여기 260 nm)로 측정했습니다. 단백질 순도는 SDS-PAGE(Power PAC 300)로 평가했습니다. BCA 분석은 베이징 CoWin 키트로 수행했습니다.
SnO₂ QDs는 단분산 ~5 nm 구형 형태, 0.29 nm 격자 간격(110면)으로 높은 결정성 확인(그림 1). XRD는 카시테라이트 상(JCPDS 41-1445)과 일치했습니다. 복합 SnO₂/SiO₂-GSH NSs는 구형(약 430 nm) 유지, SEM과 TEM 이미지에서 적당히 거친 표면 관찰(그림 2). TEM(그림 2c,d)으로 SiO₂ 위 SnO₂ QDs 존재 확인했습니다.
형광 분석에서 산소 공공 결함 기인 368 nm 강한 방출 피크 관찰(그림 3b). 단백질 포획 후 NSs 형광 이미징(그림 3c)에서 발광 유지돼 결합 복합체 시각적 추적 가능 입증.
SnO₂/SiO₂-GSH NSs로 포획한 GST-GPX3 SDS-PAGE에서 표적 단백질 명백한 농축 확인(그림 4a). 용리 GSH 농도 증가(10-100 mM)에 따라 결합 단백질 점진적 방출로 GSH-GST 상호작용 특이성 확인. 나노흡착제는 대장균 용해액 주성분에 비특이적 결합 거의 없었습니다.
재사용성 테스트에서 NSs가 3회 연속 포획 주기 후 결합 용량 유지(그림 4b)해 견고함 입증.
다른 GST-태그 단백질(OST1, ABI2)로 확장 시 유사 결과(그림 5). 결합 용량: GPX3 7.4 mg g⁻¹, OST1 7.1 mg g⁻¹, ABI2 6.8 mg g⁻¹로 상업용 Glutathione Sepharose 4B(각각 7.1, 6.9, 5.6 mg mL⁻¹) 능가.
GST 제거 후 GPX3이 산화형과 환원형 모두 유지, 비환원 SDS-PAGE에서 명확한 이동도 차이로 확인(그림 6a). 퍼옥시다제 활성 분석(그림 6b)에서 SnO₂/SiO₂-GSH NSs 분리 GPX3 활성이 상업용 레진 분리품과 동등해 나노흡착제가 효소 기능 보존함 확인.
실리카 보호 SnO₂ 양자점 나노흡착제를 개발해 GST-태그 단백질을 고특이성, 고용량으로 포획하면서 천연 산화환원 상태와 효소 활성 보존. 플랫폼의 견고한 재사용성, 우월한 결합 성능, 고유 형광은 기존 친화성 레진 대안으로 신속 단백질 정제에 매력적입니다.
나노물질
초록 속이 빈 나노구조체는 많은 과학적 노력의 최전선에 있습니다. 이들은 나노박스, 나노케이지, 나노프레임, 나노튜브로 구성됩니다. 본 연구에서는 나노박스의 원자 배위에 대한 수학을 탐구합니다. 이러한 구조체는 n개의 쉘과 t개의 외부 층을 가진 속이 빈 상자로 이루어집니다. 우리가 유도한 마법의 공식들은 n과 t 모두에 의존합니다. t = 2 또는 3인 나노박스, 또는 몇 개의 층만 가진 벽을 가진 나노박스는 일반적으로 벌크 배위 원자를 가집니다. 나노구조체에서 낮은 배위의 이점은 벽 두께가 일반적으로 합성되는 것보다 훨씬 얇을
애니브리드 GmbH(Anybrid GmbH, 독일 드레스덴)는 TU 드레스덴 경량 엔지니어링 및 폴리머 기술 연구소(ILK)의 스핀오프 기업이다. ILK는 강화 폴리머 복합소재에 초점을 맞춰 산업계와 새로운 경량 기술 개발 협력을 한다. 미하엘 슈테겔만(Michael Stegelmann) 애니브리드 CCO는 2년 전 하이브리드 부품 생산을 위해 이 로봇화 사출 성형 기계를 개발했다고 말했다. 하이브리드 부품은 구조물(예: 복합소재 튜브 또는 금속 전기차 섀시)을 사출 성형 플라스틱으로 기능화해 국부 체결점, 보강 리브 등을 만드는
