Jump to content

Биоадгезив

(Перенаправлено с Биоадгезивы )

Биоадгезивы – это природные полимерные материалы, действующие как клеящие вещества . Этот термин иногда используется в более широком смысле для описания клея, полученного синтетически из биологических мономеров , таких как сахара , или для обозначения синтетического материала, предназначенного для прилипания к биологической ткани .

Биоадгезивы могут состоять из множества веществ, но особое место занимают белки и углеводы . Белки, такие как желатин , и углеводы, такие как крахмал, использовались человеком в качестве клеев общего назначения в течение многих лет, но, как правило, из-за недостатков в их эксплуатационных характеристиках их заменяли синтетическими альтернативами. В настоящее время исследуются высокоэффективные клеи, встречающиеся в природе. Например, биоадгезивы, выделяемые микробами, морскими моллюсками и ракообразными исследуются с целью биомимикрии . [ 1 ] Кроме того, тиолирование белков и углеводов позволяет этим полимерам ( тиомерам ) ковалентно прикрепляться, особенно к богатым цистеином субдоменам белков, таких как кератины или гликопротеины слизи, посредством образования дисульфидных связей. [ 2 ] Тиолированный хитозан и тиолированная гиалуроновая кислота используются в качестве биоадгезивов в различных лекарственных средствах. [ 3 ] [ 4 ]

Биоадгезивы в природе

[ редактировать ]

Организмы могут выделять биоадгезивы для использования при прикреплении, строительстве и препятствовании, а также при хищничестве и защите. Примеры включают их использование для:

Некоторые биоадгезивы очень сильны. Например, взрослые ракушки достигают силы отрыва до 2 МПа (2 Н/мм). 2 ). Столь же прочный, быстро прилипающий клей, содержащий 171 различный белок и способный прилипать к влажным, влажным и загрязненным поверхностям, производится очень твердым материалом. [ 5 ] [ 6 ] вид блюдечек Patella vulgata ; этот клейкий материал является очень интересным предметом исследований при разработке хирургических клеев и некоторых других применений. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Шелковый пряд также может использоваться паукообразными и насекомыми в качестве клея .

Полифенольные белки

[ редактировать ]

Небольшое семейство белков, которые иногда называют полифенольными белками, вырабатывается некоторыми морскими беспозвоночными, такими как голубая мидия Mytilus edulis. [ 10 ] какими-то водорослями ' [ нужна ссылка ] и полихетой Phragmatopoma Californica . [ 11 ] Эти белки содержат высокий уровень посттрансляционно модифицированной — окисленной — формы тирозина, L-3,4-дигидроксифенилаланина (леводопы, L-ДОФА). [ 11 ] а также дисульфидная (окисленная) форма цистеина ( цистин ). [ 10 ] У дрейссены ( Dreissena polymorpha ) два таких белка, Dpfp-1 и Dpfp-2, локализуются в месте соединения между нитями биссуса и адгезивной бляшкой. [ соответствующий? ] [ 12 ] [ соответствующий? ] Присутствие этих белков, как правило, способствует повышению жесткости материалов, действующих как биоадгезивы. [ 13 ] [ нужна ссылка ] Присутствие дигидроксифенилаланинового фрагмента возникает в результате действия тирозингидроксилазы ; фермента типа [ нужна ссылка ] in vitro было показано, что белки можно сшивать (полимеризовать) с помощью грибной тирозиназы . [ соответствующий? ] [ 14 ]

Временная адгезия

[ редактировать ]

Такие организмы, как блюдечки и морские звезды, используют всасывание и слизеподобную слизь для создания адгезии по Стефану , что делает отрыв гораздо труднее, чем боковое сопротивление; это обеспечивает как крепление, так и мобильность. Споры, эмбрионы и ювенильные формы могут использовать временные клеящие вещества (часто гликопротеины ) для обеспечения первоначального прикрепления к поверхностям, благоприятным для колонизации. Липкие и эластичные выделения, действующие как чувствительные к давлению клеи , образующие немедленные прикрепления при контакте, предпочтительнее в контексте самообороны и нападения хищников . Молекулярные механизмы включают нековалентные взаимодействия и перепутывание полимерных цепей. Многие биополимеры – белки, углеводы , гликопротеины и мукополисахариды – могут использоваться для образования гидрогелей , которые способствуют временной адгезии.

Постоянная адгезия

[ редактировать ]

Многие перманентные биоадгезивы (например, оотекальная пена богомола ) производятся в результате процесса «смешивания для активации», который включает затвердевание посредством ковалентного сшивания. На неполярных поверхностях механизмы адгезии могут включать силы Ван-дер-Ваальса , тогда как на полярных поверхностях такие механизмы, как водородная связь и связывание (или образование мостиков) с металлов катионами , могут позволить достичь более высоких сил прилипания.

L-ДОФА представляет собой остаток тирозина , несущий дополнительную гидроксильную группу. Двойные гидроксильные группы в каждой боковой цепи хорошо конкурируют с водой за связывание с поверхностями, образуют полярные соединения посредством связей и хелатируют металлы водородных на минеральных поверхностях. Комплекс Fe(L-DOPA 3 ) сам по себе может обеспечивать значительную степень сшивки и сплоченности бляшек мидий . [ 16 ] но, кроме того, железо катализирует окисление L-ДОФА. [ 17 ] к реакционноспособным свободным хиноновым радикалам , которые затем образуют ковалентные связи. [ 18 ]

Приложения

[ редактировать ]

Биоадгезивы представляют коммерческий интерес, поскольку они, как правило, биосовместимы, т.е. полезны для биомедицинских применений, связанных с кожей или другими тканями тела. Некоторые работают во влажной среде и под водой, в то время как другие могут придерживаться низкой поверхностной энергии – неполярные поверхности, такие как пластик . В последние годы, [ когда? ] На индустрию синтетических клеев повлияли экологические проблемы , а также проблемы со здоровьем и безопасностью, связанные с опасными ингредиентами, выбросами летучих органических соединений , а также трудностями при переработке или восстановлении клеев, полученных из нефтехимического сырья. Рост цен на нефть может также стимулировать коммерческий интерес к биологическим альтернативам синтетическим клеям.

Шеллак — ранний пример биоадгезива, получившего практическое применение. В настоящее время существуют дополнительные примеры, а другие находятся в разработке:

В настоящее время исследуются несколько коммерческих методов производства:

Мукоадгезия

[ редактировать ]

Более специфический термин, чем биоадгезия, — мукоадгезия . Большинство поверхностей слизистой оболочки, например, в кишечнике или носу, покрыты слоем слизи . Поэтому адгезия вещества к этому слою называется мукоадгезией. [ 24 ] Мукоадгезивные агенты обычно представляют собой полимеры, содержащие группы водородных связей, которые можно использовать во влажных составах или в сухих порошках для доставки лекарств. Механизмы мукоадгезии еще полностью не выяснены, но общепринятая теория состоит в том, что сначала должен быть установлен тесный контакт между мукоадгезивным агентом и слизью, после чего происходит взаимопроникновение мукоадгезивного полимера и муцина и заканчивается образованием спутываний и слизи. химические связи между макромолекулами. [ 25 ] В случае сухого полимерного порошка первоначальная адгезия, скорее всего, достигается за счет перемещения воды из слизистой оболочки в состав, что, как также было показано, приводит к обезвоживанию и укреплению слоя слизи. Последующее образование ван-дер-ваальса, водорода и, в случае положительно заряженного полимера, электростатических связей между муцинами и гидратированным полимером способствует пролонгированной адгезии. [ нужна ссылка ] [ 24 ]

См. также

[ редактировать ]

Слизь

  1. ^ Смит, А.М. и Кэллоу, Дж.А., ред. (2006) Биологические клеи. Шпрингер, Берлин. ISBN   978-3-540-31048-8
  2. ^ Лейхнер, К; Йелькманн, М; Бернкоп-Шнурх, А (2019). «Тиолированные полимеры: биоинспирированные полимеры, использующие одну из наиболее важных мостиковых структур в природе». Обзоры расширенной доставки лекарств . 151–152: 191–221. doi : 10.1016/j.addr.2019.04.007 . ПМИД   31028759 . S2CID   135464452 .
  3. ^ Федерер, К; Курпирс, М; Бернкоп-Шнурх, А (2021). «Тиолированные хитозаны: универсальный класс полимеров для различных применений» . Биомакромолекулы . 22 (1): 24–56. doi : 10.1021/acs.biomac.0c00663 . ПМК   7805012 . ПМИД   32567846 .
  4. ^ Гриссер, Дж; Хетеньи, Г; Бернкоп-Шнурх, А (2018). «Тиолированная гиалуроновая кислота как универсальный мукоадгезивный полимер: от химии к разработке продуктов - каковы возможности?» . Полимеры . 10 (3): 243. doi : 10.3390/polym10030243 . ПМК   6414859 . ПМИД   30966278 .
  5. ^ Барбер, Аса Х.; Лу, Дун; Пуньо, Никола М. (2015). «У зубов блюдечка наблюдается чрезвычайная прочность» . Журнал интерфейса Королевского общества . 12 (105). дои : 10.1098/rsif.2014.1326 . ПМЦ   4387522 . ПМИД   25694539 . S2CID   1507479 .
  6. ^ Барбер, Аса Х.; Лу, Дун; Пуньо, Никола М. (2015). «У зубов блюдца наблюдается чрезвычайная прочность» . Журнал интерфейса Королевского общества . 12 (105). дои : 10.1098/rsif.2014.1326 . ПМЦ   4387522 . ПМИД   25694539 .
  7. ^ Канг, Виктор; Ленгерер, Биргит; Ваттиз, Радди; Фламманг, Патрик (2020). «Молекулярное понимание мощной адгезии блюд на основе слизи ( Patella vulgata L.)» . Открытая биология . 10 (6): 200019. doi : 10.1098/rsob.200019 . ПМЦ   7333891 . ПМИД   32543352 .
  8. ^ «Клеи: суперклейкая способность блюдечка» .
  9. ^ Канг, В.; Ленгерер, Б.; Ваттиз, Р.; Фламманг, П. (2020). «Молекулярное понимание мощной адгезии блюд на основе слизи ( Patella vulgata L.)» . Открытая биология . 10 (6): 200019. doi : 10.1098/rsob.200019 . ПМЦ   7333891 . ПМИД   32543352 .
  10. ^ Jump up to: а б Ржепецкий, Лешек М.; Хансен, Каролин М.; Уэйт, Дж. Герберт (август 1992 г.). «Характеристика богатого цистином семейства полифенольных белков из голубой мидии Mytilus edulis L». Биологический бюллетень . 183 (1): 123–137. дои : 10.2307/1542413 . JSTOR   1542413 . ПМИД   29304577 .
  11. ^ Jump up to: а б Дженсен, Ребекка А.; Морс, Дэниел Э. (1988). «Биоадгезив пробирок Phragmatopoma Californica : шелковистый цемент, содержащий L-ДОФА». Журнал сравнительной физиологии Б. 158 (3): 317–24. дои : 10.1007/BF00695330 . S2CID   25457825 .
  12. ^ Жепецкий, Л.М.; Уэйт, Дж. Х. (1993). «Биссус дрейссены, Dreissena polymorpha. II: Структура и полиморфизм семейств биссальных полифенольных белков». Молекулярная морская биология и биотехнология . 2 (5): 267–79. ПМИД   8180628 .
  13. ^ Жепецкий, Л.М.; Чин, СС; Уэйт, Дж. Х.; Лавин, МФ (1991). «Молекулярное разнообразие морских клеев: полифенольные белки пяти видов мидий». Молекулярная морская биология и биотехнология . 1 (1): 78–88. ПМИД   1845474 .
  14. ^ Бурцио, Луис А; Бурцио, Вероника А; Пардо, Джоэл; Бурцио, Луис О (2000). «Полимеризация in vitro полифенольных белков мидий, катализируемая грибной тирозиназой». Сравнительная биохимия и физиология Б . 126 (3): 383–9. дои : 10.1016/S0305-0491(00)00188-7 . ПМИД   11007180 .
  15. ^ Леонард Г.Х., Бертнесс, доктор медицины, Юндо П.О. Хищничество крабов, сигналы, передающиеся через воду, и индуцируемая защита у голубой мидии Mytilus edulis. Экология. 1999;80(1).
  16. ^ Север MJ; Вайссер, Дж. Т.; Монахан, Дж.; Шринивасан, С.; Уилкер, Дж.Дж. (2004)Металлоопосредованное сшивание при получении клея из морских мидий. Энджью. хим. Межд. Эд. 43 (4), 448-450
  17. ^ Монахан, Дж.; Уилкер, Дж. Дж. (2004) Сшивание белка-предшественника клеев морских мидий: объемные измерения и реагенты для отверждения. Ленгмюр 20 (9), 3724-3729
  18. ^ Деминг, TJ (1999) Биссус мидий и биомолекулярные материалы. Курс. Мнение. хим. Биол. 3 (1), 100-105
  19. ^ Комби Дж., Стил А. и Свейцер Р. (2004) Клей, созданный природой (и испытанный в Redstone Arsenal). Чистые технологии и экологическая политика 5 (4), 258-262. Абстрактный
  20. ^ Флаер USB [ постоянная мертвая ссылка ]
  21. ^ Шнуррер, Дж.; Лер, CM (1996)Мукоадгезивные свойства адгезивного белка мидий. Межд. Дж. Фармацевтика 141 (1-2), 251-256.
  22. ^ Ван, Чонхэ; Чен, Сяоюй; Ван, Лю; Макихата, Мицутоши; Лю, Сяо-Чуань; Чжоу, Тао; Чжао, Сюаньхэ (29 июля 2022 г.). «Биоадгезивный ультразвук для долговременной непрерывной визуализации различных органов» (PDF) . Наука . 377 (6605): 517–523. дои : 10.1126/science.abo2542 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   35901155 . S2CID   251158622 .
  23. ^ Хуанг, К.; Ли, БП; Инграм, доктор медицинских наук; Мессерсмит, П.Б. (2002)Синтез и характеристика самособирающихся блок-сополимеров, содержащих биоадгезивные концевые группы. Биомакромолекулы 3 (2), 397-406
  24. ^ Jump up to: а б Джей Ди Смарт. Основы и механизмы мукоадгезии. Adv Drug Deliv Rev. 57:1556-1568 (2005)
  25. ^ Хэгерстрем, Хелен (2003). «Полимерные гели как фармацевтические лекарственные формы: реологические характеристики и физико-химические взаимодействия на границе раздела гель-слизь для составов, предназначенных для доставки лекарственных средств через слизистую оболочку» . Дива .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9d86b4ceb79e6722fc94f77ff59e0290__1705061220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/9d/90/9d86b4ceb79e6722fc94f77ff59e0290.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bioadhesive - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)