Изучение влияния оптически-индуцированного лазерного пробоя на свойства белковых растворов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Изучение влияния оптически-индуцированного лазерного пробоя на свойства белковых растворов

Е.И. Нагаев, Р.М. Саримов, Т.А. Матвеева, А.В. Симакин, И.В. Баймлер

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, 119991 ГСП-1, г. Москва, ул.

Вавилова, д. 38

nagaev_e@kapella.gpi. ru

Исследование влияния лазерного излучения на свойства белковых растворов является актуальной прикладной задачей. Связано это с тем, что лазеры активно применяются в медицине [1], особенно в хирургии [2]. Лазерные скальпели позволяют проводить операции с меньшими последствиями для пациента, особенно в сравнении с обычными стальными скальпелями. Исследование влияния взаимодействия лазерного излучения с белковыми растворами может быть полезно как для улучшения уже существующего оборудования, так и для создания нового.

В данной работе исследуется влияние лазерно-индуцированного оптического пробоя на свойства бычьего сывороточного альбумина (БСА) и лизоцима, полученного из куриных яиц. Водные растворы белков облучали на установке, подробно описанной в [3]. Был использован наносеундный Nd:YaG лазер с генерацией второй гармоники с длительностью импульса т = 4 нс, энергией импульса E = 2 мДж и частотой следования импульсов и =1 кГц. Растворы облучали в течение 30 мин. После 5 и 30-минутных экспериментов по облучению растворы исследовали оптическими методами (абсорбционная спектроскопия, рефрактометрия, флуоресцентная спектроскопия, рефрактометрия и рамановская спектроскопия). В экспериментах с лизоцимом так же измеряли активность на микрококках, измеряли флуоресценцию тиофлавина-Т и снимали спектры кругового дихроизма.

Во время экспериментов были зарегистрированы акустические волны. Было показано, что в обоих случаях физико-химические параметры пробоя слабо коррелируют с концентрацией белков в растворах. Результаты оптических измерений показали, что после облучения уменьшается поглощение раствора БСА в спектральном диапазоне, соответствующему аминокислотным остаткам. В экспериментах по динамическому рассеянию света (ДРС) показано, что пик, соответствующий белковым молекулам, уменьшается, а пики, соответствующие крупным агрегатам (>100 нм), растут. Рамановская спектроскопия показала, что имеет место уменьшение интенсивности на длине волны 1570 см-1. Не было зарегистрировано существенных изменений в показателях преломления и форме флуоресцентных карт. В случае лизоцима интенсивность флуоресценции основного пика упала в ~2.7 раз. Наблюдался дополнительный пик флуоресценции, который связывают с образованием амилоидных фибрилл [4], но дальнейшие эксперименты по флуоресценции тиофлавина-Т и спектроскопии КД не показали наличия существенной концентрации фибрилл. Результаты ДРС не показали значительного сдвига первого пика распределения, однако, интенсивность пика, соответствующего агрегатам, выросла после 30-минутного воздействия. Данные позволяют предположить, что в обоих случаях имела место частичная денатурация белков.

[1] Tuchin V. V. Tissue optics and photonics: biological tissue structures //Journal of Biomedical Photonics & Engineering. - Т. 1. - №. 1. -С.3-21.(2015)

[2] Hillenkamp F. Laser radiation tissue interaction //Health physics. - Т. 56. - N°. 5. - С. 613-616. (1989)

[3] Nagaev E. I. et al. Effect of Laser-Induced Optical Breakdown on the Structure of Bsa Molecules in Aqueous Solutions: An Optical Study //Molecules. - 2022. - Т. 27. - №. 19. - С. 6752. (2022)

[4] Jesus C. S. H. et al. Using amyloid autofluorescence as a biomarker for lysozyme aggregation inhibition //Analyst. - Т. 146. - №. 7. - С. 2383-2391.(2021)