Презентация лаборатории №4 - Институт Высокомолекулярных

Учебно-научная лаборатория
физико-химических методов
исследования полимерных
наносистем и биотехнологических
продуктов(лаб. № 4)
2008-2012 гг.
1
Структура доклада






Сведения о лаборатории.
Разработка методов регулирования селективности сорбции
биологически активных веществ на полимерных сорбентах.
Разработка и исследование свойств функциональных
растворимых и сшитых полимеров для создания эфферентных
методов удаления токсических веществ из организма человека.
Синтез и исследование биоспецифических полимеров с целью
разработки методов форочистки культуральных жидкостей и
нативных растворов антибиотиков. Разработка «down-stream»
процессов получения высокоочищенных субстанций
лекарственных веществ, соответствующих международным
фармакопейным требованиям (антибиотиков, ферментов и т.д.).
Исследование процессов образования и физико-химических
свойств гибридных полимерных нанокомпозитов на основе
наночастиц биогенных элементов. Разработка способов
иммобилизации ферментов с использованием наночастиц
биогенных элементов.
Учебная работа.
2
1. Сведения о лаборатории
3
Профиль лаборатории

Изучение равновесных, кинетических и динамических
закономерностей взаимодействия сшитых и растворимых
гидрофильных полимеров с биологически активными
веществами. Разработка на основе синтетических и природных
полимеров новых биотехнологических сорбентов и
биомедицинских материалов. Разработка биотехнологических
процессов получения высокоочищенных субстанций
лекарственных веществ, методов связывания биологически
активных веществ высокоселективными растворимыми и
сшитыми полимерами, методов иммобилизации ферментов.
Синтез нанокомпозитов биомедицинского назначения на
основе водорастворимых полимеров и наночастиц биогенных
элементов. Изучение процессов формирования и
морфологических характеристик наноструктур методами
молекулярной оптики и гидродинамики.

Осуществление и координация учебной и учебно-методической
деятельности базовой кафедры медицинской биотехнологии
СПбГПУ при ИВС РАН.
4
Состав лаборатории
Всего 10 человек, кандидатов наук -7,молодых сотрудников - 4
№ п/п
ФИО
Год рождения
Должность
Ученая степень,
ученое звание
1.
Писарев Олег
Александрович
1951
зав. лаб.
к.х.н., c.н.с.
2.
Полякова Ирина
Валериевна
1966
c.н.с.
к.т.н.
3.
Киппер Альберт
Иванович
1938
с.н.с.
к.ф.-м.н.
4.
Ежова Надежда
Михайловна
1948
c.н.с.
к.х.н.
5.
Матвеева Нина
Александровна
1937
н.с.
к.х.н.
6
Гаркушина Ирина
1980
н.с.
к.т.н.
к.т.н.
Сергеевна
7.
Лещинская Анастасия
Петровна
1983
н.с.
8.
Боровикова Людмила
Николаевна
1955
н.с.
9.
Ершов Дмитрий
Юрьевич
1982
м.н.с.
10.
Сверлова Нелли
Андреевна
1989
м.н.с.
5
Список молодых сотрудников (до 33 лет)
1. Лещинская Анастасия Петровна, н.с.,к.т.н.
2. Гаркушина Ирина Сергеевна, н.с.,к.т.н
3. Ершов Дмитрий Юрьевич, м.н.с.
4. Сверлова Нелли Андреевна, м.н.с.
6
ГРАНТЫ И ПРОГАММЫ

-Гранты РФФИ :

1. № 07-03-00786 (рук. О.А. Писарев) «Теория селективного разделения биологически активных
молекул во фронтально-вытеснительной хроматографии на сшитых полимерных сорбентах» ;
2. № 09-03-00516 (рук. И.В. Полякова) «Молекулярный импринтинг –фундаментальные основы
создания высокоселективных сорбентов со свойствами искусственных макромолекулярных
рецепторов» ;
3. № 10-03-00738 (рук. О.А. Писарев) « Регулирование селективности сорбции в препаративной
хроматографии биологически активных веществ на полимерных сорбентах»
- Грант Президента РФ по поддержке ведущих научных школ:
НШ –1823.2003.3 (2008 – 2009 гг.). «Биологически активные полимерные
системы (рук. Е.Ф. Панарин)
- ФЦП “Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг” «
Создание нового поколения растворимых и сшитых биополимеров для биотехнологии и
медицины» (рук. Е.Ф. Панарин)
-Программа отделения химии и наук о материалах № 7 «Разработка научных основ новых
химических технологий с получением опытных партий веществ и материалов» «Разработка
препаративных хроматографических методов получения гидролитических ферментов
медицинского назначения из поджелудочной железы крупного рогатого скота». (2008, рук. О.А.
Писарев)
- Программа Президиума РАН по поддержке базовой кафедры медицинской биотехнологии (20082011 гг.)
- Гранты правительства Санкт-Петербурга для молодых ученых – кандидатов наук и аспирантов и
студентов:
1.«Разработка новых подходов к выделению и очистке субстанций антибактериальных
антибиотиков»( Гаркушина И.С., 2008);
2.«Разработка фундаментальных основ синтеза селективных биотехнологических сорбентов»
(Гаркушина И.С., 2011) ;
3. «Разработка сорбционного метода лечения гиперурикемии и подагры» (Лещинская А.П., 2009) ;
4. «Разработка методов синтеза и изучение свойств полимерных сорбентов для селективной
сорбции мочевой кислоты», (Лещинская А.П. ,2012) ;
«Изучение свойств полимерных сорбентов, селективно сорбируюших лизин», (Небогатикова И.Л.,
2009) ;
5.«Равновесие и кинетика сорбции глюкозы на полимерных сорбентах» (Захарова М.А.. 2011) ;
Программа «Умник» .«Разработка сорбционного метода лечения гипеурикемии (Лещинская А.П.,
2008-2009).
















7
Публикации
3 учебных пособия, 6 патентов, 2
обзора, 31 статья в рецензируемых
журналах, 19 статей в научных
сборниках, 82 тезиса российских и
международных конференций
8
Подготовлено 2 кандидата наук
(научн. руководитель Писарев О.А.):
1. Гаркушина Ирина Сергеевна (2010).
«Сорбция эритромицина полимерными
сорбентами». Диссертация на соискание
ученой степени кандидата технических наук.
2. Лещинская Анастасия Петровна (2011).
«Молекулярно импринтированные сорбенты
для селективной сорбции мочевой кислоты»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук.
9
Студенты и аспиранты
Подготовлено 9 магистров, 2 специалиста, 6 бакалавров
















1. Гаркушина Ирина Сергеевна, аспирантка базовой кафедры медицинской биотехнологии
СПбГПУ при ИВС РАН, (2006-2008), защита кандидатской диссертации, в настоящее время
н.с. лаб.№4.
2. Лещинская Анастасия Петровна, аспирантка базовой кафедры медицинской
биотехнологии СПбГПУ при ИВС РАН, (2008-2011), ), защита кандидатской диссертации, в
настоящее время н.с. лаб.№4.
3.Сверлова Нелли Андреевна (2011-2012), защита магистерской диссертации, в настоящее
время м.н.с. лаб. № 4
3. Филаретов Дмитрий Алексеевич, студент СПбГПУ , (2005-2008, защита бакалаврской
работы и магистерской диссертации).
4. Вашунин Сергей Игоревич, студент СПбГПУ (2007---2008, защита бакалаврской работы и
магистерской диссертации).
5. Федосеева Вера Сергеевна, студентка СПбГПУ (2007---2008, защита магистерской
диссертации).
6. Лебедева Елена Сергеевна, студентка СПбГПУ (2008-2009, защита магистерской
диссертации).
7. Щербакова Светлана Борисовна, студентка СПбГПУ (2008 -2009, защита магистерской
диссертации).
8. Небогатикова Ирина Леонидовна, студентка СПбГПУ ( 2009-2010, защита бакалаврской
работы и магистерской диссертации).
9. Вилькевич Мария Валентиновна, студентка СПбГПУ (2009-2010, защита магистерской
диссертации).
10. Захарова Маргарита Александровна, студентка СПбГПУ ,( 2009-2012, защита
бакалаврской работы и магистерской диссертации).
11. Мартюшева Татьяна Игоревна, студентка СПФХА, (2009-2010, диплом специалиста).
12. Прокудина Галина Петровна, студентка СПФХА, (2009-2010, диплом специалиста).
13. Титова Анна Викторовна, студентка СПбГПУ, (2010 по настоящее время, защита
бакалаврской работы).
14. Чулков Евгений Борисович, студент СПбГПУ, (2009-2010, защита бакалаврской работы).
10
15. Годухина Екатерина Максимовна(2009-2010, защита бакалаврской работы).
Сотрудничество
Проводились совместные работы с:









лаб. 2, аналитическим центром ИВС РАН, патентноинфомационной лабораторией ИВС РАН;
Всероссийским центром экстремальной медицины им. А.М.
Никифорова ;
Санкт-Петербургским Государственным Политехническим
Университетом;
Санкт-Петербургской Химико-Фармацевтической Академией;
Центральным военно-клиническим госпиталем им. Бурденко;
Санкт-Петербургской государственной медицинской академией
им. И.И.Мечникова;
Санкт-Петербургской Мариинской больницей;
ЗАО «Самсон-Мед» (г. С.- Петербург),
ОАО «Восток» (пос. Восточный).
11
ЗАСЛУГИ КОЛЛЕКТИВА





Получена Золотая медаль Петербургской технической ярмарки
2012 года за лучший инновационный проект в области новых
материалов.
Молодые ученые (А.П. Лещинская, С.В Щербакова) становились
лауреатами первой премии среди дипломантов –химиков России
в секции «Химические науки, химическая технология,
биотехнология, биоинженерия, химическое машиностроение».
А.П. Лещинская награждена первой премией, а И.С . Гаркушина второй премией для молодых ученых СПбГПУ.
Небогатикова И.Л. – диплом первой степени Всероссийской
межвузовской научной конференции студентов и аспирантов,
проводимой в рамках 37 недели науки СПбГПУ.
Захарова М.А. - лауреат конкурса Национального
исследовательского университета «Санкт-Петербургский
государственный университет политехнический университет»
2011 г. «Студент года по достижениям в НИР».
12
2. Разработка методов регулирования
селективности сорбции
биологически активных веществ на
полимерных сорбентах
13
AV
Cобразца
образца
.
P
V
t
колонки
P – продуктивность процесса;
A – выход целевого компонента;
V2
 C dV
i
A
V1
CiVi
Собразца  концентрация образца;
- объём образца;
V
образца.
Vколонки - объём колонки;
t - время разделительного цикла
14
Сорбция рубомицина и дигидрорубомицина
на карбоксильном катионите БДМ-12 .
рН 4,0. 0.1 М ацетат аммония.
m, мг/г
2
80
1
60
40
рубомицин
дигидрорубомицин
1
2
20
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Сравн, мг/мл
СТАТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОБРАЩЕНИЯ СЕЛЕКТИВНОСТИ СОРБЦИИ
15
Изотермы сорбции БАВ , сочетающие эффект распределения между
неподвижной и подвижной фазами с ионообменным равновесием
Уравнение для распределения сорбтива между стационарной и мобильной
фазами:
 X i    j X j 
(1)
Уравнение ионного баланса:
RX 0  X i Y  RX i  X 0Y
(2)
RX i  X 0Y 
X iY  RX 0 
(3)
Константа ионного обмена:
Ki 
Уравнение материального баланса в подвижной фазе:


Vs RX i   Vm X j Y   Vm C m
(4)
Уравнение стационарного баланса в стационарной фазе:



Vs RX 0   X 0 Y  Vm X 0Y   Vs E 0
(5)
Уравнение относительно концентрации ионогенных групп в форме
X i RX i  :
x 2 ( L0  1)  xL0 (C m   E x )  Ls C m E x   0

(6)
Vm
– отношение объемов мобильной и
Vs
стационарной фаз;
Li  K i
(7)
 i ( 0  )
– играет роль константы
 0 ( i  )
обмена, осложненного распределением между
фазами. (8)
16
Условия обострения границ концентрационных профилей
в случае смешанных взаимодействий сорбент – сорбат и сорбат – сорбат
1
K 1 2
1
(1)
где 1 – степень ионизации сорбируемого иона (вытеснителя);  2 – степень ионизации
десорбируемого иона;  1 – степень ионизации сорбируемого иона в сорбенте; К –
n
коэффициент селективности сорбции: K  K 1  K , где К1 – константа образования
i 2
ион-ионных связей взаимодействующих с матрицей противоионов; Кi – константа,
соответствующая i-неионному взаимодействию сорбента с сорбатом; i = 2…n – число
неионных взаимодействий в системах сорбент – сорбат и сорбат – сорбат.
Соотношение (1) выполняется при условиях:
1  1; 1  0;  2  0; K  0
(2)
Из условий (2) следуют способы осуществления эффективных десорбционных
процессов в случае равновесной динамики.
17
Режимы селективной сорбции
1. Разделяемые компоненты перемещаются по cорбционной колонке в
равновесном динамическом режиме.
Порядок выхода зон веществ не может измениться.

Такой режим движения осуществляется при уменьшении скорости протекания
подвижной фазы до некоторой границы.

при
~
K 1

3
К1 D1d 2
1
при
~
K 1

3
К 2 D2d 2
1

Разделение веществ осуществляется согласно их величинам коэффициентов
распределения
К 
К2
К1
~ ГD
K 2 2
Г1D1
- равновесная константа селективности.
- кинетическая константа селективности.
18
18
Оптимизация селективной сорбции БАВ
1. Сорбция первого компонента происходит в равновесном режиме, а второго в неравновесном
динамическом режиме.
6
-необходимое условие инверсии селективности сорбции
КГ 2 D2 d  2
1
Достаточное условие инверсии селективности сорбции :
~  (2 K ) 1
при K  2
K
при 1  K  2
~  (4 K ) 1
K


2. Оба компонента сорбируются в неравновесных динамических режимах.

Необходимое условие существования данного режима селективной сорбции :
при
~
K 1
при
~
K 1

12
Г 1 D1 d 2
1
 12 Г D d 2
1 2 2
~
- достаточное условие осуществления инверсии селективности
K  K 1
Инверсия селективности сорбции в данном случае является следствием различия нерегулярных форм
движения разделяемых компонентов.
3. Сорбция первого компонента происходит в нерегулярном, а второго в регулярном режиме.
~
Тогда очевидно, что V1  V1  V2 , и, следовательно, порядок выхода зон из колонки не может измениться ни
при каких значениях ω .
19
Примеры оптимизации препаративных разделений БАВ
с использованием эффекта кинетической селективности сорбции
Разделение мелиттина (1) и фосфолипазы А2 (2) Разделение трипсина(1) и химотрипсина(2)
на катионите БДАМ-90-9
на катионите БДМ-12
Vi/ V0
350
300
50
~ ГD
K 2 2
Г1D1
2
Vi/ V0
~
K  K 1
~  (4 K ) 1
K
1
250
40
30
200
150
100
Инверсия селективности разделения мелиттина (1) и
фосфолипазы А(2) на карбоксильном катионите БДАМ-90-9 с
50
3
увеличением
скорости подачи
подвижной фазы ω .
Приведены величины относительных выходных объемов –
Vi/V0 (кр.1,2)
и дистанций между фронтами - ∆V/V0 (кр.3).
0
Параметры
0,0сорбции:
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 31,4
Г1 =112; Г2 =142;
*10 , s-1
2
  6 Г 2 D d  2
2
1   Г1
1
2
20
10
3
Кинетически селективное разделение свиного
инсулина (1) и проинсулина(2) на катионите БДМ12 0
Параметры сорбции:
Г1 =12.4; Г2 =18.2;
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12
12

Г 2 D2 d  2 x103,s-1
20
1
20
Кинетические параметры сорбции доксорубицина, рассчитанные по бидисперсной модели .
рН=3.5, R=0.01 см., I=0.1 М .
Содержание
а  10 3
b
T i  10 3
Ta
D i  10 7
Da  10 7
ДМЭГ, моль %
(с)
(c 2 )
▫(c)
(c)
(см 2 /c)
(см 2 /c)
1.0
0.32
0.11·10 5
0.32
0.35·10 5
3.15
2.87
3.0
0.48
0.21·10 5
(c)
0.48
0.44·10 5
2.08
2.26
5.0
1.35
1.86·10 5
1.35
1.38·10 5
0.74
0.79
7.5
0.64
0.018·10 3
0.61
0.03·10 3
1.62
0.34·10 6
9.0
0.48
0.032·10 3
0.39
0.09·10 3
2.53
0.11·10 6
12.0
0.49
0.059·10 3
0.22
0.27·10 3
4.44
0.38·10
t1 
1
(Ti  Ta )
15
t2 
4
2
2
(Ti  1.4Ti Ta  Ta )
315
Т i +Т a = 
7
R 2i
Ti 
Di
Т i Т a =b
Ta 
Ra
2
Da
21
3. Разработка и исследование
свойств функциональных
растворимых и сшитых полимеров
для создания эфферентных методов
удаления токсических веществ из
организма человека.(Отв. исп. –
с.н.с., к.т.н. Полякова И.В., совм. с
лаб. № 2).
22
Этапы синтеза молекулярно импринтированных сорбентов
функциональные
мономеры
молекула - шаблон
образование
предполимеризационного
комплекса
Полимеризация
Удаление молекулярного
шаблона из полимерной
матрицы
Полимер,
содержащий
молекулярный
отпечаток
+
молекула - шаблон
23
Сорбция мочевой кислоты и других компонентов из
сыворотки крови на контрольном (КП) и молекулярно
импринтированном (МК-МИП-16) полимерах
А, %
60
МК-МИП-16
КП
50
40
30
20
10
0
Мочевая
кислота
Общий
белок
Альбумин
Глюкоза
Холестерин
Креатинин
Мочевина
24
Термодинамические функции сорбции глюкозы на Гл-МИПах и
КП, синтезированных на основе ДМЭГ
Сорбент
Γ1
∆G, кДж/
моль
∆H,
кДж/
моль
T∆S,
кДж/
моль
Γ2
293 °К
КП
∆G,
кДж/м
оль
∆H,
кДж/м
оль
T∆S, ГГлМИП/
кДж/м
Гкп
оль
293 310
310 °К
°К
°К
_
1381,0
-17,58
-45,59
-28,01
493,9
-15,96
-45,59
-29,64
_
360,0
-14,31
-2,40
11,91
341,0
-15,0
-2,40
12,60
0,3 0,7
1347,8
-17,52
7,33
24,85
1590,1
-18,97
7,33
26,30
1,0 3,2
376,0
-14,41
4,06
18,47
412,0
-15,49
4,06
19,55
0,3 0,8
ГлМИП-2
ГлМИП-4
ГлМИП-8
25
Строение эндотоксина
1. Липид А – дисахарид, содержащий
глюкозамин и высокомолекулярные жирные
кислоты, остатки фосфорной кислоты, является
липофильной и гидрофобной частью молекулы
ЛПС.
2. Центральный олигосахарид – центральная
часть молекулы ЛПС, состоит из необычных
сахаров: кетодезоксиоктулозоната и гептозы.
3. О-антиген (О-специфическая
полисахаридная цепь) – представляет собой
полисахаридные цепи, которые соединены с
центральным олигосахаридом. Эта часть ЛПС
экспонирована в окружающую среду. Этот
участок молекулы придает ей гидрофильные
свойства, благодаря которым ЛПС хорошо
растворимы в воде.
Концентрация эндотоксина в крови:
Сепсис –
(25-700) нг/мл
Тяжелый сепсис –(700-10000) нг/мл
Септический шок – >10000 нг/мл
0.14 %
32 %
94%
26
Изотермы сорбции эндотоксина
на контрольном и функционализированных сополимерах ГМА и ДМЭГ
мкг/мл
С, мкг/мл
220
220
о
Т=293 К
200
180
1
2
3
160
140
1
2
3
180
КП
СПЛ-гуанидин
СПЛ-глюкозамин
3
Сорбционный сайт
о
200
Т=310 К
КП
СПЛ-гуанидин
СПЛ-глюкозамин
2
I
140
2
120
100
100
80
1
I
II
80
1
60
60
40
40
20
I
II
20
0
0
2
4
6
8
10
Сравн, мкг/мл
Сорбент
КП
СПЛ-гуанидин
СПЛ-глюкоз
амин
0
0
2
4
Г при Т = 310 °К
3
160
120
Г при Т = 293 °К
6
8
КП
11,2
СПЛ-гуанидин
19,95
13,21
СПЛ-глюкозамин
8,11
6,84
220,0
14,42
18,66
6,02
15,68
10
Сравн, мкг/мл
Γ1 ,
293 °К
9,02
27,1
Γ2 ,
310 °К
137,36
37,3
∆G,
кДж/моль
-5,35
-8,03
∆H
кДж/моль
120,76
14,10
T∆S
кДж/моль
126,11
22,13
19,77
29,13
-7,26
17,19
24,45
27
3. Синтез и исследование биоспецифических
полимеров с целью разработки методов
форочистки культуральных жидкостей и
нативных растворов антибиотиков. Разработка
«down-stream» процессов получения
высокоочищенных субстанций лекарственных
веществ, соответствующих международным
фармакопейным требованиям (Отв. исп.с.н.с., к.х.н. Ежова Н.М.)
28
Стратегия разработки метода выделения и очистки лекарственной субстанции
Исходные дисперсные системы
Культуральная жидкость –
дисперсная система с «твердой»
фазой – продуцентом БАВ
Суспензия в экстрагенте –
дисперсная система с «твердой»
фазой – измельченным органом
Концентрация, г/л
10-4- 5,0
Чистота, %
10-3- 1,0
Отделение «твердой» фазы
Нативный раствор, первичный экстракт
10-3- 5,0
10-2- 2,0
5 - 10
1,0 -10,0
200 - 500
50 - 80
Первичное
выделение
(концентрирование)
Концентрат
Очистка
Полупродукт, сырец
Окончательная (тонкая) очистка
-
90 - 100
Целевой продукт
29
Осаждение примесных белков из нативного раствора
противоопухолевого антибиотика рубомицина
(S.coeruleorubidus штамм 2679)
Наименование
№
полимерного звена и
образца состав полимера, мольн. %
Молекулярная Содержание Катионный
масса
полимера,
основного
вещества, %
заряд,
500
мг – экв/г
450
млн. Да
соли N, N, N, N –
3
400
Гомополимер метилсульфатной
1
G, mg
350
25,5
86
3,5
триметилметакрилоилоксиэтил-
1
300
250
аммония (СМС) (линейный)
200
Гомополимер метилсульфатной
2
соли N, N, N, N –
3,1
100
3,5
триметилметакрилоилоксиэтил-
триметилметакрилоилоксиэтиламмония (СМС)
(разветвленный)
C,%
50
0,02
Гомополимер метилсульфатной
соли N, N, N, N –
150
100
аммония (СМС) (линейный)
3
2
14,0
100
3,5
0,04
0,06
0,08
0,10
Флокуляция нативного раствора противоопухолевого
антибиотика рубомицина ( S. coeruleorubidus
штамм 2679) растворимыми полиэлектролитами.
Объем нативного раствора 20 мл.
30
Сорбция протеазы из нативного раствора штамма Coprinus rimosus.рН 3,75.
mV
Detector A Ch1:254нм
%
A.Конц.(Метод)
1750
90
1500
Табл. Физико-химические свойства полимерного сорбента БДМ-12.
80
Сорбент
pKα
n
70
БДМ-12
6,6
1,73
1250
ПОЕ по Na+,
мг-экв/г
6,6
Кнаб в Нформе
4,8
ρ,
г/см3
0,71
60
1000
50
750
40
500
30
Элюент
Протеолитическая
активность.ед/мг
5% Этанол
0
10
15% Этанол
1,5
0
30% этанол
7,4
40% Этанол
0
20
250
0
0
10
20
30
40
50
60
70
мин
ВЭЖХ нативного раствора штамма Coprinus
Подвижная фаза: метанол + вода.
Градиентное элюирование от 20% до 50% метанола
Табл. Активность протеазы во фракциях.
31
Технологическая схема выделения эритромицина из
культуральной жидкости Saccharopolyspora erythtreus
Условия десорбции эритромицина с
сополимеров МАК-ДМЭГ (БДМ)
Наименование
сорбента
БДМ-0
БДМ-5
БДМ-10
Сорбция
m,
рН
мг/г
5,35
5,35
5,35
50
90
80
Десорбция
Элюат
% выхода
антибиотика
0,2М фосфатный буфер рН
60
0,2М водн.9,2р-р CaCl2
30
0,4М водн. р-р CaCl2
70
0,2М фосфатный буфер рН
0,2М водн. р-р CaCl2
9,2
0,4М водн. р-р CaCl2
50
50
0,2М фосфатный буфер рН
60
0,2М водн.9,2р-р CaCl2
70
0,4М водн. р-р CaCl2
100
70
32

Влияние рН и ионной силы на сорбцию лизина
импринтированным и контрольным полимером
q, мг/г
350
300
250
200
1
Лиз-МИП-6
2
3
КП
150
100
I=0,05 M
I=0,1 M
I=0,2 M
I=0,2M
50
4
0
6
8
10
12
рН 14
33
4. Исследование процессов образования и
физико-химических свойств гибридных
полимерных нанокомпозитов на основе
наночастиц биогенных элементов. Разработка
способов иммобилизации ферментов с
использованием наночастиц биогенных
элементов.(Отв. исп.-с.н.с., к.ф.-м. н. Киппер А.И.,
н.с. Боровикова Л.Н.).
34
Уравнения реакций получения нанокомплексов
селена
H 2 SeO3  2C6 H 8O6  Se  3H 2O  2C6 H 6O6
XT
рН исх. р  ра  2, 6  3,5
Синтез нанокомпозитов селена с химотрипсином (ХТ) осуществлялся в ходе
реакции восстановления селенистой кислоты аскорбиновой кислотой в водной
среде при рН=2,8–3,5, Т=2930 К. В результате реакции в отсутствии ХТ
происходило образование золя нуль-валентного красного аморфного селена и
дегидроаскорбиновой кислоты. Золь был не устойчив в растворе и выпадал в
осадок через ~ 24 часа.
Введение в реакцию одновременно с другими компонентами ХТ приводило к
получению стабильных растворов красновато - оранжевого цвета. После
синтеза в присутствие ХТ наночастицы селена сохраняли стабильное
состояние в растворе в течение 6 месяцев.
35
Образцы исследуемых растворов.
36
Стабильные
в
растворе
нанокомплексы наблюдались в
кислой области (2.8-3.75) и при
щелочных значениях рН (7.110.5). В интервале от 3.75-4.0
до 6.5-7.0. наблюдалось полное
фазовое разделение системы.
Интервалы областей фазового
разделения
системы
не
зависели
от
концентрации
селена в растворе и лишь при
высоких концентрациях (при ν
=8 и ν =10) появлялась еще
одна область полного фазового
разделения
при
сильно
щелочных значениях рН.
Влияние соотношения селен –химотрипсин на агрегативную
стабильность нанокомплексов при различных рН.
CXT =
0.01вес.%; ν = CSe/CХТ
37
Увеличение концентрации белкастабилизатора
расширяло
интервалы стабильного состояния
наносистемы при изменении рН
среды.
Электростерический характер
стабилизации
Влияние концентрации белка – стабилизатора на агрегативную
стабильность нанокомплексов при различных рН. СSe = 0.01%,
СХТ=0,01, 0,05, 0,1%
38
Протеолитическая активность нанокомплексов
A, ед/мг
150
3
2
100
1
50
pH
0
2
4
6
8
10
12
Зависимость протеолитической активности
нанокомплексов от рН среды. 1 – ХТ, 2 – ν = 1, 3 – ν = 10.
39
ν = CSe/CХТ
5. УЧЕБНАЯ РАБОТА
40


Разработана магистерская программа
140400.68.17 «Физико-химические основы
создания новых материалов и технологий
в медицине и биотехнологии».
Эта программа носит авторский характер
и отражает научно-педагогическую школу,
существующую в ИВС РАН.
41
Краткая аннотация магистерской программы 140400.68.17
«Физико-химические основы создания новых материалов
и технологий в медицине и биотехнологии»
Основы химии высокомолекулярных соединений.
Медицинское материаловедение. Природные и
синтетические материалы для медицины, фармации и
биотехнологии. Теоретические и прикладные проблемы
получения полимерных биомедицинских материалов.
Химические и физические основы создания
биосовместимых материалов. Физические методы
исследования биотехнологических продуктов. Физическая
химия разделительных процессов, применяемых в
биотехнологии и медицине. Особенности культивирования
микророрганизмов, животных и растительных клеток.
Иммобилизованные системы в биотехнологии и медицине.
Физико-химические основы технологий получения
аминокислот, антибиотиков, ферментов, вакцин,
диагностических препаратов.
42
Создан учебно-методический комплекс
(УМК) магистерской специальности
кафедры.
С 2010 года базовая кафедра медицинской
биотехнологии СПбГПУ при ИВС РАН
является выпускающей кафедрой по
магистерской специальности «Физикохимические основы создания новых
материалов и технологий в
биотехнологии и медицине».
43
Учебные пособия
1.
2.
3.
Писарев О.А., Полякова И.В. «Фракционирование
биологически активных веществ». Часть 1: Аналитические
методы Санкт-Петербург. Из-во Политехнического
Университета. 2009. 105с.
Писарев О.А, Полякова И.В.«Фракционирование
биологически активных веществ».Часть 2: Препаративные
методы Санкт-Петербург. Из-во Политехнического
Университета. 2010. 141с.
Ганин П.Г., Писарев О.А. Физико-химические основы
культивирования микроорганизмов и выделения целевых
продуктов биосинтеза. Санкт-Петербург, Из-во
Политехнического Университета. 2010. 140с.
44
Преподавательствая деятельность, руководство бакалаврами
и магистрами












1. Писарев О. А.
Зам. зав. базовой кафедрой медицинской биотехнологии СПбГПУ.
Курс:«Медицинская биотехнология» - (магистры, 34 часа);
Курс:«Фракционирование биологически активных веществ» (магистры, 34 часа);
Руководство аспирантами и магистрами кафедры.
2. Полякова И. В.
Участие в разработке образовательных стандартов 3 поколения,
написании учебных пособий, руководство бакалаврами и
магистрами СПбГПУ, дипломантами СПФХА
3. Киппер А. И.
Курс: «Экспериментальные методы исследования биологически
активных веществ»- (магистры, 34 часа), руководство бакалаврами
и магистрами СПбГПУ, дипломантами СПФХА
4. Ежова Н.М, руководство бакалаврами и магистрами СПбГПУ,
дипломантами СПФХА.
5. Боровикова Л.Н., руководство бакалаврами и магистрами
СПбГПУ.
6. Ершов Д.Ю., руководство бакалаврами и магистрами СПбГПУ.
45
Спасибо за
внимание!
46