Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1...

38
Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičius Fizikinės Chemijos katedra, Vilniaus Universitetas NanoBioTechnologijų laboratorija, VMTI Fizinių ir Technologijos Mokslų Centras

Transcript of Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1...

Page 1: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičius

Fizikinės Chemijos katedra,

Vilniaus Universitetas

NanoBioTechnologijų laboratorija,

VMTI Fizinių ir Technologijos

Mokslų Centras

Page 2: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

NanoTechnas – Nanotechnologijų ir

Medžiagotyros Centras

Chemijos Fakultetas, Vilniaus Universitetas

Center of

NanoTechnology and

Material science -

NanoTechnas

NanoTechnas - Center of

NanoTechnology and

Materials Science

Page 3: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Ką reiškia

„mažas”

Page 4: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Svarbesnės mūsų grupės tyrimų kryptys

Jutikliai

ir

Biojutikliai

Kuro

elementai

ir

Biokuro

elementai Kataliziniai

Fermentiniai

Jutikliai

DNR

Jutikliai Immuno-

Jutikliai

Molekulių

įspaudais

modifikuotių

polimer ų

taikymas

Jutikliuose

Elektrai laidūs

polimerai

Biomedicina:

Implantai;

Vaistų

pernašos

sistemos

Page 5: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Pradžia:

1977 metais, polimerinant acetileną naudojant Ciglerio-Natta katalizatorius ir

oksidavus chloro, bromo arba jodo garais buvo susintetintas elektrai laidus

poliacetilenas.

Šiuo metu elektrai laidūs polimerai (ELP) jau taikomi:

1. Elektronikos elementuose (dioduose, tranzistoriuose, lauko tranzistoriuose);

2. Akumuliatoriuose, galvaniniuose elementuose, kondensatoriuose ir “super”

kondensatoriuose;

3. Šviesolaidžiuose;

4. Dirbtiniuose “raumenyse”;

5. Ekranuose apsaugančiuose nuo elektromagnetinio spinduliavimo (“STELS”

technologija);

6. Šviesos dioduose (LED, PLED...);

7. Kompiuterių ir mobiliųjų telefonų displėjuose;

8. Įvairiuose struktūriniuose elementuose;

9. Jutikliuose (Elektromagnetinių bangų, chemo-, bio-, imuno-, DNR- ir. kt...).

Perspektyvos: Ten kur reikalingas superlaidumas; “Molekuliniuose” kompiuteriuose;

Apšvietimo prietaisuose (šviečiančiose sienose ir kt.); Neuronų – puslaidininkinių lustų

jungtyse; Naujos kartos lazeriuose; Naujos kartos jutikliuose ir biologiniuose

Page 6: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Elektrai laidūs polimerai

Izoliatoriai Puslaidinin-

kiai

Metalai

Krūvio pernašos

mechanizmas

Kvarcas Deimantas

Laidumas

Silicis Varis

Page 7: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Nn

Sn

Polipirolas Politiofenas

n

Poliacetilenas

H

Polianilinas

N

n

On

Polifuranas

H

Kai kurių elektrai laidžių polimerų

cheminės struktūros

Gali būti elektrochemiškai

susintetintas ant elektrai laidžių

paviršių.

Elektrocheminė sintezė galima

esant neutraliems pH.

Suformuoja pakankamai stabilų

ir elastingą sluoksnį.

Gali būti legiruotas

biologiniais objektais

pvz.: baltymais.

Page 8: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Katalizatorius

Signalo vertiklis

Registruojantis,

valdymo

įrenginys

Labai svarbu,

kad “kontaktas

būtų geras”.

Analitė

Produktai

Page 9: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

K. Leonavicius, A. Ramanaviciene, A. Ramanavicius, Polymerization Model for

Hydrogen Peroxide Initiated Synthesis of Polypyrrole Nanoparticles. Langmuir 2011, 17,

10970–10976.

H2O2 + 2H+2H2O

Page 10: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

AFM vaizdai

į Ppy inkapsuliuota

GOx

Page 11: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas
Page 12: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 20 40 60

t, s

I, n

A

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0

4 0 0

4 5 0

5 0 0

5 5 0

6 0 0

6 5 0

7 0 0

7 5 0

8 0 0

8 5 0

I,

n

A

I m p u l s u s k a i c i u s ( n )

y=(Z-K)/(1+(L*x)D)+K; kur

Z=441.08.1;

K=825.02.45;

L=0.37510.0112;

D=2. (1,95 0,03)

Impulsinė

chronoamperograma,

registruota potencialo

impulsais inicijuotos polipirolo

polimerizacijos metu.

Anodinės srovės smailių

verčių priklausomybė nuo

impulsų skaičiaus nuo

elektrocheminės Ppy

polimerizacijos pradžios.

Ppy Sintezės

impulsinės

amperogramos

Page 13: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Įskiepyti (angl.: Grafted) elektrai

laidūs polimerai

Y. Oztekin, A. Ramanaviciene, N., Ryskevic, Z., Yazicigil, Z., Ustundag, A.O. Solak, A. Ramanavicius, 1,10-Phenanthroline

modified glassy carbon electrode for voltammetric determination of cadmium(II) ions Sensors and Actuators B Chemical

2011, 157, 146– 153

Y. Oztekin, A. Ramanaviciene, Z. Yazicigil, A.O. Solak, A. Ramanavicius Direct electron transfer from glucose oxidase

immobilized on polyphenanthroline modified-glassy carbon electrode, Biosensors and Bioelectronics, 2011, 26, 2541–

2546..

Įskiepyti (angl.: Grafted) elektrai

laidūs polimerai

Page 14: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

.

gp5

1

gp51

gp51

gp5

1 gp5

1

gp51

gp5

1

Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais

formuojant polipirolo sluoksnį

P

Pt

ele

ktr

od

as

p y gp5

1

P

gp5

1

p y

E, mV

t

950

0

Page 15: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Kovalentinis

baltymų

imobilizavimas ant

susintetintų elektrai

laidžių polimerų

sluoksnių

Pt

ele

ctr

od

ePPy

Pt

ele

ctr

od

e

+PirolasElektrocheminė

polimerizacijaElectrochemical

polymerisation

+Cu(NO )3 2

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

–NO2

–NO2

–NO2

–NO2

–NO2

-

Attachment of

nitrogroups

+

Electrochemical

reduction

-

-H O2

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

–NH2

–NH2

–NH2

–NH2

–NH2

+H +e

Electrochemical

reduction

2

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

+EDC

–NH2

–NH–CO–

–NH–CO–

–NH

–NH2

QH-

ADH

QH-

ADH-H O

2

HO

OC

QH-

ADH

Activation of HOOC-

by EDC

Page 16: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Polypyrrole

Hemas-c

PQQ

Hemas-c

Hemas-c

Hemas-cI II

IIIActo r. Aldehidas

eeee

ee

e

Page 17: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Katalizatorius

Signalo vertiklis

Registruojantis,

valdymo

įrenginys

Labai svarbu,

kad “kontaktas

būtų geras”.

Analitė

Produktai

Page 18: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Glc

Gluconolactone 2H O 2 2

GODM

M

ox.

red.

2e-2e

-2e

-

Ele

ctro

de

O 2

2H O2

+

M=PMS; K3[Fe(CN)6];

ferocene derivates …

Glc

Gluconolactone

GDHM

M

ox.

red.

2e-2e

-2e

-

Ele

ctro

de

+

2NADH

2NAD+

NAD-

Glc

Gluconolactone

GDHM

M

ox.

red.

2e-2e

-2e

-

Ele

ctro

de

PQQ-

M=PMS; DCPIP; BQ

Alcohol

Aldehyde

HQ-ADH

e-

2e-

Ele

ctro

de

PQQ

e-

e-

e-

e-

hem

e chem

e c

hem

e c

hem

e c

Fermentų taikymas kataliziniuose biologiniuose

jutikliuose

Page 19: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Biokuro elementai

Potentials of (1) MP-8 functionalized cathode as function of

hydrogen peroxide concentration; (2) MP-8/GOx

functionalized carbon rod electrode as a function of hydrogen

peroxide concentration; (3) MP-8/GOx functionalized carbon

rod electrode as a function of glucose concentration; (4) QH-

ADH functionalized anode as a function of ethanol

concentration. Investigations performed in 50 mM Na acetate

solution, pH 6,

Page 20: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Signalo vertiklis

Registruojantis

įrenginys

Atpažinimo elementai

Analitė

Analitė

Analitė Analitė Analitė

Page 21: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Imuninio atsako į infekciją susidarymo schema

Antikūnai prieš

infekciją

Page 22: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Antikūnas

Page 23: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

V

i

r

u

s

a

s

gp51/gp3

0 RNR

p15

Integraz

ė

lipidinis sluoksnis

Atvirkštinė transcriptazė

p24

GLV (Retroviruso struktūra)

ŽIV modelis

Page 24: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Baltymo gp51 imobilizuoto glutaro aldehidu

sąveikos su specifiniais antikūnais schema.

An

glin

is e

lek

tro

da

s

NH

–C

O–

(CH

) –

CO

–N

H

gp51

gp51

An

glin

is e

lek

tro

da

s

gp51

Y

YY

Y

++

++

++

++

++

++

+

++

++

++

++

++

++

+

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -Inkubacija

gp51 – GLV glikoproteinas

(antigenas) Y – Specifiniai antikūnai

- - -

NH

–C

O–

(CH

) –

CO

–N

H

- -

gp51

– C

O–

NH

-

-NH

–C

O–

(CH

)

-NH

–C

O–

(CH

) –

CO

–N

H-

3 3

Page 25: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

.

gp5

1

gp51

gp51

gp5

1 gp5

1

gp51

gp5

1

Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais

formuojant polipirolo sluoksnį

P

Pt

ele

ktr

od

as

p y gp5

1

P

gp5

1

p y

E, mV

t

950

0

Page 26: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

PPyP

t e

lek

tro

da

s

BAM

BAM

PPy

Pt

ele

ktr

od

as

Y

YY

Y

++

++

++

++

++

++

+

++

++

++

++

++

++

+

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

BAM

BAMInkubavimas

Baltymų gp51 ir p24 įterptų į polipirolą

sąveikos su specifiniais antikūnais schema.

Page 27: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

+Cu(NO )3 2

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

–NO2

–NO2

–NO2

–NO2

–NO2

+

-

El. reduction

-

-H O2

2

Pt

ele

ctr

od

e

+Pyrrole

Electrochemical

polymerization

PPyP

t e

lek

tro

da

sPPy

Pt

ele

ktr

od

as

–NH2

–NH2

–NH2

–NH2

–NH2

+EDC

–NH2

–NH–CO–

–NH–CO–

–NH

–NH2

gp51

gp51-H O2

HO

OC

–gp51

+H +e

El. reduction aktivation of

HOOC-

gp51 – Glicoprotein from bovine

leukemia virus (antigen)

Kovalentinis

baltymų

imobilizavimas

ant elektrai

laidžių polimerų

sluoksnių

Page 28: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

2

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

–NH2

–NH–CO

–NH–CO

–NH

–NH2

gp51

gp51

2

PPy

Pt

ele

ctr

od

e

–NH2

–NH–CO

–NH–CO

–NH

–NH2

gp51

gp51

Y

Y

Y

Y

++

++

++

++

++

++

+

++

++

++

++

++

++

+

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -

- -Incubation

gp51 – Glicoprotein from bovine

leukemia virus (antigen) Y – Specific antibodies

Kovalentiškai imobilizuotų baltymų

taikymas analizinėje chemijoje

Page 29: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

NanoTechnas

Real Impedance (Z'), KOhm

0 20 40 60 80 100 120

Ima

gin

ary

Im

pe

da

nc

e (

Z"),

KO

hm

0

20

40

60

80

100

120

i ii-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120

Before incubation

After incubation

Impulsinė voltamperometrija

200 mV/s

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

0 100 200 300 400 500 600 700 800

prieš inkubavimą po inkubavimo

After incubationBefore incubation

Ciklinė voltamperometrija

Ramanaviciene A. Ramanavicius A. (2004) Pulsed amperometric detection of DNA with an

ssDNA/polypyrrole modified electrode Journal of Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2004; 379 (2): 287-

293.

Impedanso spektroskopija

prieš

inkubaciją

Page 30: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

NanoTechnas

Elektrocheminio impedanso

spektroskopijos taikymas

elektrocheminiuose imunojutikliuose

Page 31: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Matrica

susijungimas

Matrica

Polimerizacija

Matrica

Matricos

pašalinimas

Atpažinimo vieta

Molekulių įspaudų technologija

Page 32: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

PPy

Pt

ele

ktr

od

as BAM

PPy

Pt

ele

ktr

od

as

BAM

BAM

BAM

Pt

ele

ktr

od

as

PPy

BAM

BAM

InkubavimasPlovimas

Molekulių įspaudai elektrai laidžiuose

polimeruose

Page 33: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Signalo vertiklis

Registruojantis

įrenginys

DNR

taikinys

DNR-sensorius

Page 34: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Šviesa indukuota polipirolo sintezė ir

kvantinių taškų spektro stabilizavimas

(CdSe )ZnS polipirolu

Page 35: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas
Page 36: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Polipirolo biologinis suderinamumas in vivo

Page 37: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

NanoTechnas

Page 38: Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičiuslaidūs polimerai . gp5 1 gp51 gp51 gp5 gp5 1 1 gp51 gp5 1 Baltymų imobilizavimas potencialo impulsais formuojant polipirolo sluoksnį P trodas

Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičius

Fizikinės Chemijos katedra, Vilniaus Universitetas

NanoBioTechnologijų laboratorija, VMTI Fizinių ir

Technologijos Mokslų Centras .

e-mail: [email protected].

Dėkoju už dėmesį!