Перестройка конформационной структуры полиэлектролитов на поверхности сплюснутой сфероидальной металлической наночастицы в переменном электрическом поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлена математическая модель формирования конформационной структуры звеньев цепи полиэлектролита, адсорбированного на сплюснутом проводящем заряженном наносфероиде, поляризующемся во внешнем гармонически изменяющемся электрическом поле с частотой много меньшей плазменной частоты металла. Методом молекулярной динамики исследована перестройка конформационной структуры однородно заряженных полипептидов, адсорбированных на поверхности противоположно заряженной сплюснутой сфероидальной золотой наночастицы, находящейся во внешнем переменном электрическом поле, вектор напряженности которого изменялся вдоль оси вращения наночастицы. Построены зависимости одномерной вдоль оси вращения, а также радиальной плотности атомов полипептидов, адсорбированных на поверхности наносфероида. При низкой температуре в экваториальной области сплюснутого металлического наносфероида образовывалась узкая кольцеобразная полиэлектролитная опушка, плотность которой увеличивалась при увеличении полного заряда наносфероида и количества заряженных звеньев в макроцепи. При высокой температуре происходили периодические смещения образовавшегося узкого макромолекулярного кольца вдоль оси вращения наносфероида около экватора вслед за изменением направления вектора поляризующего электрического поля, а амплитуда таких колебаний была тем выше, чем меньше был полный заряд наночастицы и больше доля заряженных звеньев в полиэлектролите.

Об авторах

Н. Ю. Кручинин

Центр лазерной и информационной биофизики Оренбургского
государственного университета

Email: kruchinin_56@mail.ru
Россия, 460018, Оренбург, пр. Победы 13

М. Г. Кучеренко

Центр лазерной и информационной биофизики Оренбургского
государственного университета

Автор, ответственный за переписку.
Email: kruchinin_56@mail.ru
Россия, 460018, Оренбург, пр. Победы 13

Список литературы

  1. Szekeres G.P., Montes-Bayón M., Bettmer J., Kneipp J. Fragmentation of proteins in the corona of gold nanoparticles as observed in live cell surface-enhanced Raman scattering // Analytical Chemistry. 2020. V. 92. P. 8553–8560.
  2. Franco D., De Plano L.M., Rizzo M.G. et al. Bio-hybrid gold nanoparticles as SERS probe for rapid bacteria cell identification // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2020. V. 224. P. 117394.
  3. Fuller M.A., Köper I. Biomedical applications of polyelectrolyte coated spherical gold nanoparticles // Nano Convergence. 2019. V. 6. P. 11.
  4. Bavelaar B.M., Song L., Jackson M.R. et al. Oligonucleotide-functionalized gold nanoparticles for synchronous telomerase inhibition, radiosensitization, and delivery of theranostic radionuclides // Molecular Pharmaceutics. 2021. V. 18. P. 3820.
  5. Li X., Zhu Q., Xu F. et al. Lateral flow immunoassay with peptide-functionalized gold nanoparticles for rapid detection of protein tyrosine phosphatase 1B // Analytical Biochemistry. 2022. V. 648. P. 114671.
  6. Farcas A., Janosi L., Astilean S. Size and surface coverage density are major factors in determining thiol modified gold nanoparticles characteristics // Computational and Theoretical Chemistry. 2022. V. 1209. P. 113581.
  7. Ma F., Wang Q., Xu Q., Zhang C. Self-assembly of superquenched gold nanoparticle nanosensors for lighting up BACE-1 in live cells // Anal. Chem. 2021. V. 93. P. 15124–15132.
  8. Aljabali A.A.A., Lomonossoff G.P., Evans D.J. CPMV-polyelectrolyte-templated gold nanoparticles // Biomacromolecules. 2011. V. 12. P. 2723–2728.
  9. Nguyen Q.K., Hoang T.H., Bui X.T. et al. Synthesis and application of polycation-stabilized gold nanoparticles as a highly sensitive sensor for molecular cysteine determination // Microchemical Journal. 2021. V. 168. P. 106481.
  10. Chen S., Mock J.J., Hill R.T. et al. Gold nanoparticles on polarizable surfaces as Raman scattering antennas // ACS Nano. 2010. V. 4. P. 6535–6546.
  11. Huang B., Wen J., Yu H. et al. Polyelectrolyte wrapped methylation morpholine-phthalocyanine gold nanorod for synergistic photodynamic therapy and photothermal therapy photodegradation of DNA // Journal of Molecular Structure. 2022. V. 1256. P. 132510.
  12. Lee J.W., Choi S., Heo J.H. Simultaneous stabilization and functionalization of gold nanoparticles via biomolecule conjugation: progress and perspectives // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 42311–42328.
  13. Penninkhof J.J., Moroz A., van Blaaderen A., Polman A. optical properties of spherical and oblate spheroidal gold shell colloids // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 4146–4150.
  14. Norton S.J., Vo-Dinh T. Spectral bounds on plasmon resonances for Ag and Au prolate and oblate nanospheroids // J. Nanophotonics. 2008. V. 2. P. 029501.
  15. Firoozi A., Khordad R., Mohammadi A. et al. Plasmon-exciton interactions in a spheroidal multilayer nanoshell for refractive index sensor application // Eur. Phys. J. Plus. 2021. V. 136. P. 1073.
  16. Chandra S., Doran J., McCormack S.J. Two step continuous method to synthesize colloidal spheroid gold nanorods // Journal of Colloid and Interface Science. 2015. V. 459. P. 218.
  17. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. Перестройка конформационной структуры полипептидов на поверхности металлического нанопровода во вращающемся электрическом поле: молекулярно-динамическое моделирование // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 1. С. 57–65.
  18. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г., Неясов П.П. Конформационные изменения однородно заряженных цепей полиэлектролитов на поверхности поляризованной золотой наночастицы: молекулярно-динамическое моделирование и теория гауссовой цепи в поле // Журнал физической химии. 2021. Т. 95. № 2. С. 262–271.
  19. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. Rearrangement of the conformational structure of polyampholytes on the surface of a metal nanowire in a transverse microwave electric field // Eurasian Physical Technical Journal. 2021. V. 18. № 1. P. 16–28.
  20. Кручинин Н.Ю., Молекулярно-динамическое моделирование однородно заряженных полипептидов на поверхности заряженной металлической наночастицы в переменном электрическом поле // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 3. С. 302–310
  21. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. Молекулярно-динамическое моделирование конформационных изменений макромолекул полиэлектролитов на поверхности заряженной или поляризованной вытянутой сфероидальной металлической наночастицы // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 5. С. 557–571.
  22. Kruchinin N.Yu., Kucherenko M.G. Rearrangements in the conformational structure of polyampholytic polypeptides on the surface of a uniformly charged and polarized nanowire: molecular dynamics simulation // Surfaces and Interfaces. 2021. V. 27. P. 101517.
  23. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. Моделирование перестройки конформационной структуры полиамфолитов на поверхности вытянутой сфероидальной металлической наночастицы в переменном электрическом поле // Химия высоких энергий. 2021. Т. 55. № 6. С. 423–435.
  24. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. Конформации однородных полипептидов на поверхности поляризованного вытянутого металлического наносфероида при изменении водородного показателя: молекулярно-динамическое моделирование // Журнал физической химии. 2022. Т. 96. № 3. С. 416–425.
  25. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. Статистическое и молекулярно-динамическое моделирование электрически индуцированных изменений конформационной структуры полиамфолитов на поверхности сплюснутого металлического наносфероида // Коллоидный журнал. 2022. Т. 84. № 2. P. 171–185.
  26. Кручинин Н.Ю., Кучеренко М.Г. Конформационные изменения макромолекул полиэлектролитов на поверхности заряженного металлического вытянутого наносфероида в переменном электрическом поле // Высокомолекулярные соединения (серия А). 2022. Т. 64. № 3. С. 223–238.
  27. Гросберг А.Ю., Хохлов А.P. Статистическая физика макромолекул. М.: Наука, 1989.
  28. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука, 1982.
  29. Климов В.В. Наноплазмоника. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.
  30. Jiang K., Pinchuk P. Temperature and size-dependent Hamaker constants for metal nanoparticles // Nanotechnology. 2016. V. 27. P. 345710.
  31. Genzel L., Kreibig U. Dielectric function and infrared absorption of small metal particles // Z. Phys. B Cond. Matter. 1980. V. 37. P. 93–101.
  32. Kucherenko M.G., Nalbandyan V.M. Formation of the spectral contour width of nanoparticles plasmon resonance by electron scattering on phonons and a boundary surface // Eurasian Physical Technical Journal. 2018. V. 15. № 2(30). P. 49–57.
  33. Phillips J.C., Braun R., Wang W. et al. Scalable molecular dynamics with NAMD // J. Comput. Chem. 2005. V. 26. P. 1781–1802.
  34. MacKerell A.D. Jr., Bashford D., Bellott M. et al. All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics studies of proteins // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. P. 3586–3616.
  35. Huang J., Rauscher S., Nawrocki G. et al. CHARMM36m: an improved force field for folded and intrinsically disordered proteins // Nature Methods. 2016. V. 14. P. 71–73.
  36. Heinz H., Vaia R.A., Farmer B.L., Naik R.R. Accurate simulation of surfaces and interfaces of face-centered cubic metals using 12−6 and 9−6 Lennard-Jones potentials // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 17281–17290.
  37. Walsh T.R. Pathways to structure–property relationships of peptide–materials interfaces: challenges in predicting molecular structures // Acc. Chem. Res. 2017. V. 50. P. 1617–1624.
  38. Verde A.V., Acres J.M., Maranas J.K. Investigating the specificity of peptide adsorption on gold using molecular dynamics simulations // Biomacromolecules. 2009. V. 10. P. 2118–2128.
  39. Cannon D.A., Ashkenasy N., Tuttle T. Influence of solvent in controlling peptide–surface interactions // J. Phys. Chem. Lett. 2015. V. 6. P. 3944–3949.
  40. Bellucci L., Corni S. Interaction with a gold surface reshapes the free energy landscape of alanine dipeptide // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 11357–11364.
  41. French W.R., Iacovella C.R., Cummings P.T. The influence of molecular adsorption on elongating gold nanowires // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 18422–18433.
  42. Tang M., Gandhi N.S., Burrage K., Gu Y. Adsorption of Collagen-like peptides onto gold nanosurfaces // Langmuir. 2019. V. 35. P. 4435–4444.
  43. Darden T., York D., Pedersen L. Particle mesh Ewald: An N⋅log(N) method for Ewald sums in large systems // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 10089.
  44. Jorgensen W.L., Chandrasekhar J., Madura J.D., Impey R.W., Klein M.L. Comparison of simple potential functions for simulating liquid water // J. Chem. Phys. 1983. V. 79. P. 926.
  45. Shankla M., Aksimentiev A. Conformational transitions and stop-and-go nanopore transport of single-stranded DNA on charged grapheme // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 5171.
  46. Humphrey W., Dalke A., Schulten K. VMD: Visual molecular dynamics // J. Molec. Graphics. 1996. V. 14. P. 33–38.

Дополнительные файлы


© Н.Ю. Кручинин, М.Г. Кучеренко, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».