Kinetyka adsorpcji surowiczej albuminy z krwi wołu (BSA) na powierzchniach modelowych z zastosowaniem mikrowagi kwarcowej (QCM)

Materiały biomedyczne powinny cechować się wysoką biokompatybilnością, którą determinują oddziaływania pomiędzy molekułami białka i powierzchnią biomateriału. W niniejszej pracy badano wpływ zmian konformacji surowiczej albuminy z krwi wołu (BSA) na mechanizm procesu adsorpcji na powierzchniach modelowych (krzem, mika, złoto), a także określano wpływ sił determinujących proces adsorpcji białka. Kinetykę adsorpcji BSA, jego całkowitą ilość zaadsorbowanej masy oraz strukturę tworzonych filmów białkowych badano przy użyciu mikrowagi kwarcowej z monitorowaną dyssypacją (QCM-D). Wykonanie pomiarów kąta zwilżania pozwoliło na jakościową analizę modelowych powierzchni miki i krzemu modyfikowanych BSA metodą adsorpcji z roztworu. Z kolei obrazowanie techniką mikroskopii sił atomowych (AFM) posłużyło do określenia topografii filmów białkowych tworzonych na modelowej powierzchni krzemu. Badania ukazały związek pomiędzy formą konformacyjną a masą BSA zaadsorbowaną na modelowej powierzchni SiO2 techniką QCM-D, gdzie zmiana z naturalnej formy N na wydłużoną formę E białka spowodowała obniżenie masy zaadsorbowanej warstwy. Ponadto obrazowanie AFM potwierdziło obecność rozwiniętej oraz naturalnej formy białka w warunkach pH odpowiednio 3.0 i 5.0. Wyniki pomiarów kąta zwilżania wskazują, iż asymetryczny rozkład powierzchniowego ładunku BSA determinuje jego adsorpcję do ujemnie naładowanych powierzchni SiO2 oraz miki w badanych pH. Maksymalną wartość kąta zwilżania uzyskano w warunkach pH=5.0, któremu odpowiada maksymalna wartość masy BSA uzyskana techniką QCM-D.

Biomedical materials should be characterized by a high biocompatibility, which determines the interaction between protein molecules and the surface of the biomaterial. This study investigates the impact of changes in the conformation of the bovine serum albumin (BSA) on the mechanism of adsorption on model surfaces (silica, mica, gold), and also determined the impact of forces that determine protein adsorption process.The kinetics adsorption of BSA, the total amount of adsorbed mass and structure of the protein film formed was measured using the quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D). The contact angle measurements allowed for a qualitative analysis of the model surface of mica and silicon modified BSA by adsorption from solution. The imaging by atomic force microscopy technique allowed to determine the topography of the protein film formed on the silicon surface model. The study showed the relationship between conformational form of BSA and its mass adsorbed on the SiO2 surface by QCM-D technique, where the change from the natural N form in the extended E form of protein reduced the mass of adsorbed layers. In addition, AFM imaging confirmed the presence of the extended and natural form of the protein under conditions of pH 3.0 and 5.0 respectively. The results of contact angle measurements show that the asymmetric distribution of surface charge determines the BSA adsorption to the negatively charged surface of SiO2 and mica in the studied pH. The maximum value of contact angle were obtained under conditions of pH=5.0, which corresponds to the maximum value of the mass of BSA obtained by QCM-D technique.