Enzymkompatible Nanoreaktoren aus elektrostatisch verbrückten gleichgeladenen Tensiden und Polyelektrolyten

02.07.2018
  Photo von Martin Thiele und Mehdi D. Davari Urheberrecht: © Bio VI

Martin J. Thiele, Mehdi D. Davari, Isabell Hofmann, Melanie König, Carlos G. Lopez, Ljubica Vojcic, Walter Richtering, Ulrich Schwaneberg und Larisa A. Tsarkova, Angewandte Chemie, 2018, DOI: 10.1002/anie.201805021

 
 

In unserer neusten Veröffentlichung wird über die Entdeckung von Nanoreaktoren aus elektrostatisch verbundenen Tensiden und Polyelektrolyten gleicher Ladung berichtet. Der Einbau einer Protease in solche dynamischen Nanoreaktoren führt zu einer synergistisch verbesserten Reinigungsleistung aufgrund der verbesserten Solubilisierung und Zugänglichkeit für die Protease durch die Wechselwirkung mit den Nanoreaktor-Komponenten.

 
 

In der Publikation wird von einem völlig unerwarteten Mechanismus von sich anziehenden elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen vollständig neutralisierter Polyacrylsäure und gleich geladenen Tensiden berichtet. Amphiphile Polymer-Tensid-Komplexe mit hoher Grenzflächenaktivität und einer Solubilisierungskapazität, die die herkömmlicher Mizellen übersteigt, werden durch Brückenbildung mit Kalzium-Ionen gebildet. Der Einbau einer unspezifischen Protease in solche dynamischen Nanoreaktoren führt zu einer synergistisch verbesserten Reinigungsleistung aufgrund der verbesserten Solubilisierung von schlecht wasserlöslichen immobilisierten Proteinen. Konkurrierende Grenzflächen- und intermolekulare Wechselwirkungen wurden auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen mit kolorimetrischen Analysen, dynamischer Tensiometrie, Lichtstreuung und molekulardynamischen Simulationen untersucht. Der hier entdeckte Mechanismus der verbrückenden Assoziation schlägt eine Neugestaltung von Tensid / Polymer / Enzym-Formulierungen moderner Detergenzien vor und eröffnet neue Möglichkeiten bei der Entwicklung labiler Abgabesysteme.

 
  Schema des Mechanismus der Nanoreaktoren Urheberrecht: © Bio VI

Links: Schema des Mechanismus von anziehenden elektrostatischen Wechselwirkungen vollständig neutralisierter Polyacrylsäure (PAA) mit dem gleich-geladenen Tensid SLES. Amphiphile Polymer-Tensid-Komplexe mit hoher Grenzflächenaktivität und Solubilisierungskapazität werden durch Brückenbildung mit Ca 2+ -Ionen gebildet. Einbau einer Protease in solche dynamischen Nanoreaktoren führt aufgrund der verbesserten Solubilisierung von schlecht wasserlöslichen immobilisierten Proteinen zu verbesserter Reinigungsleistung.

 
 

Diese Forschung wurde teilweise von der Henkel AG & Co. KGaA, Düsseldorf, Deutschland, im Rahmen des Henkel Innovation Campus für Advanced Sustainable Technologies (HICAST) finanziert. Simulationen wurden mit Rechenressourcen durchgeführt, die von JARA-HPC der RWTH Aachen im Rahmen der Projekte RWTH0116 und JARA0169 erteilt wurden. L.A.T. würdigt die finanzielle Unterstützung der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung (RFBR) gemäß dem Forschungsprojekt Nr. 18-53-76005.