Adsorption of proteins on the surface of polymers with different tactics

Zjawisko adsorpcji protein do powierzchni ciał stałych jest bardzo istotnym procesem z perspektywy wielu dziedzin nauki, natomiast kontrola pozycjonowania molekuł na powierzchni cienkich warstw polimerowych przyczynia się dla rozwoju testów immunologicznych, biosensorów czy biomateriałów.Na proces adsorpcji białek niewątpliwy wpływ mają własności podłoża, do którego białko zostaje zaadsorbowane. Własności te można zmieniać poprzez zmianę taktyczności polimeru, czyli przestrzennego usytuowania grup bocznych względem łańcucha głównego, do którego białko zostaje zaadsorbowane. Można wyróżnić trzy typy taktyczności polimerów: ataktyczny, izotaktyczny oraz syndiotaktyczny. Polimer izotaktyczny charakteryzuje jednakowe rozmieszczenie grup bocznych w cząsteczce. Polimer syndiotaktyczny charakteryzuje się naprzemiennym usytuowaniem grup bocznych, po obu stronach płaszczyzny łańcucha głównego, natomiast polimer ataktyczny nie posiada regularności w rozmieszczeniu grup bocznych względem łańcucha głównego.W niniejszej pracy sprawdzano wpływ taktyczności polimeru Poly (metakrylanu tert –butylu) (PtBMA) na proces adsorpcji białek jak również na ich orientacje. Praca ta ma na celu sprawdzenie możliwości selektywnego osłabiania lub wzmacniania adsorpcji białek do powierzchni poprzez zmianę taktyczności polimeru, a także sprawdzenie wpływu taktyczności na orientacje zaadsorbowanych molekuł.W celu określenia wpływu taktyczności polimeru na ilość zaadsorbowanego białka w pierwszej kolejności sprawdzono właściwości powierzchni polimeru za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM), pomiaru kąta zwilżania wody, spektrometrii masowej jonów wtórnych (TOF-SIMS) oraz spektroskopii fotoelektronów (XPS). Następnie sprawdzono różnice w zaadsorbowanym białku za pomocą mikroskopii sił atomowych (AFM) oraz spektrometrii masowej jonów wtórnych (TOF-SIMS). Ilość zaadsorbowanego białka zbadano za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej oraz spektroskopii fotoelektronów (XPS). Orientacja białka (IgG) zaadsorbowanego do polimeru o równej taktyczności została sprawdzona za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej i przeprowadzonej geometrii całkowej oraz za pomocą spektrometrii masowej jonów wtórnych (TOF-SIMS), a wyodrębnienie różnic było możliwe dzięki zastosowaniu analizy głównych składowych PCA.

The phenomenon of protein adsorption to the solid surface is a very important process from the perspective of many fields of science, while the control of the positioning of molecules on the surface of thin polymer films contributes to the development of immunoassays, biosensors or biomaterials.The process of protein's adsorption undoubtedly depends on substratum's features to which the protein is being adsorbed. These properties can be modified by changing the tacticity of the polymer, i.e. the spatial positioning of the side groups relative to the main chain into which the protein is adsorbed. Three types of polymers' tacticity can be distinguished: atactic, isotactic and syndiotactic. The isotactic polymer is characterized by the same arrangement of side groups in the molecule. The syndiotactic polymer is characterized by an alternate positioning of the side groups on both sides of the main chain plane, whereas the atactic polymer does not have regularity in the arrangement of side groups relative to the main chain.In this work, the impact of Poly (tert-butyl methacrylate) tacticity (PtBMA) on the protein adsorption process as well as their orientation was verified to check the possibility of selective weakening or enhancing protein adsorption to the surface by changing the tacticity of the polymer. In addition, the effect of tacticity to orientations of adsorbed molecules was studied.In order to determine the effect of polymer tacticity on the amount of adsorbed protein, the properties of the polymer surface were first examined by atomic force microscopy (AFM), water contact angle measurement, secondary ion mass spectroscopy (TOF-SIMS) and photoelectron spectroscopy (XPS). Next, the differences in the adsorbed protein were checked using atomic force microscopy (AFM) and secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). The amount of adsorbed protein was examined by fluorescence microscopy and photoelectron spectroscopy (XPS). The orientation of the protein (IgG) adsorbed to the polymer of different tacticity was checked by means of fluorescence microscopy and integral geometry as well as by secondary ion mass spectroscopy (TOF-SIMS) combined with principal component analysis (PCA).