Aplikasi Besi Magnetic Nanopartikel di Imobilisasi protein

Abstrak

Karena sifat mereka seperti superparamagnetis, luas permukaan yang tinggi, besar permukaan-ke-volume rasio, pemisahan mudah di bawah medan magnet eksternal, besi magnet nanopartikel telah menarik banyak perhatian dalam beberapa dekade terakhir. berbagai modifikasi metode telah dikembangkan untuk menghasilkan nanopartikel magnetik biokompatibel untuk protein imobilisasi. Ulasan ini memberikan fokus diperbarui dan terintegrasi pada fabrikasi dan karakterisasi besi magnet berbasis nanopartikel nano-aktif bahan yang cocok untuk imobilisasi protein.

Kata kunci: nanopartikel magnetik besi; modifikasi permukaan; imobilisasi protein; Aplikasi

1. PerkenalanReaksi enzim-dikatalisasi biasanya berlangsung dalam kondisi yang relatif ringan, yang membuat mereka alternatif yang ideal untuk berbagai reaksi kimia tradisional. Namun, enzim bebas biasanya memiliki miskin stabilitas terhadap pH, panas atau faktor lain dan sulit untuk pulih dan kembali [1,2]. Oleh karena itu, ada adalah permintaan yang besar cara untuk meningkatkan stabilitas enzim dan usabilitas. Teknik imobilisasi, sebagai alat yang sangat kuat, telah secara intensif dimanfaatkan untuk mempersiapkan berbagai kinerja tinggi dan biocatalysts ekonomi-layak dengan meningkatkan stabilitas dan resuability. Dengan tuning strategi imobilisasi dan hati-hati memilih bahan, enzim amobil dapat bekerja dalam lebih luas pH dan suhu jangkauan dan menunjukkan termal lebih tinggi stabilitas daripada yang asli, yang dapat dikaitkan dengan multipoint, multi-subunit imobilisasi atau generasi lingkungan yang menguntungkan. Beberapa jenis baru dari operator dan teknologi di imobilisasi telah dikembangkan pada masa lalu untuk meningkatkan beban, aktivitas dan stabilitas enzim [3-10], yang mengurangi biaya enzim biokatalis untuk aplikasi industri. Ini termasuk silang agregat enzim [11-13], mikrowave imobilisasi [14], klik kimia Teknologi [15], dukungan mesopori [16] dan yang terbaru imobilisasi berbasis nanopartikel dari enzim [17-19]. Nanopartikel logam magnetik telah digunakan dalam imobilisasi protein / enzim karena mereka sifat unik seperti superparamagnetis, luas permukaan yang tinggi, besar rasio permukaan-ke-volume, mudahpemisahan di bawah medan magnet eksternal [20-24]. Faktor lainnya untuk mengambil keuntungan penuh nanopartikel seperti nanopartikel magnetik adalah bagaimana idealnya mengatur orientasi protein / enzim pada dukungan. Dibandingkan dengan mendukung berpori, nanopartikel non-berpori seperti memiliki tidak ada masalah difusi eksternal, membuat mereka lebih kompetitif terutama untuk skala besar industry penggunaan dalam sistem padat-cair (misalnya, diendapkan protein). Namun, karena kelemahan dibandingkan dengan berpori mendukung, protein / enzim amobil pada nanopartikel non-pori mungkin menderita inaktivasi untuk protein larut / enzim, terutama melalui interaksi dengan gas gelembung yang dihasilkan oleh pengadukan yang kuat atau gelembung oksigen [25]. Inaktivasi tersebut dengan antarmuka

mungkin melanjutkan dan akhirnya menghasilkan hilangnya aktivitas ireversibel karena efek berkelanjutan seperti destabilisasi elektrostatik, ikatan hidrofobik dan hidrogen [26]. Nanopartikel magnetik sering digunakan adalah besi oksida, di antaranya nanopartikel Fe3O4 superparamagnetic adalah bahan yang paling umum karena mereka memiliki toksisitas rendah, biokompatibilitas baik [27-31]. Karena nanopartikel magnetik besi telanjang sering memiliki reaktivitas tinggi dan mudah mengalami degradasi pada langsung mengekspos ke lingkungan tertentu, menyebabkan stabilitas miskin dan dispersity [32,33]. Berbagai metode modifikasi telah dikembangkan untuk mendapatkan besi nanopartikel magnetik larut dan biokompatibel untuk imobilisasi protein [34]. Ini Ulasan memberikan fokus diperbarui dan terintegrasi pada fabrikasi dan karakterisasi besi cocok nanopartikel magnetik untuk imobilisasi protein. Selain itu, aplikasi amobil enzim berdasarkan nanopartikel magnetik besi di bidang-bidang tertentu termasuk immunoassay, biosensor, bioseparation, pengiriman obat yang ditargetkan, dan analisis lingkungan juga telah diringkas.

2. Metode Penyusunan Nanopartikel MagnetikNanopartikel magnetik dapat disintesis oleh fisik, kimia dan biologi metode: (I) metode fisik [35-38], seperti deposisi fase gas dan litografi sinar elektron; (Ii) metode persiapan kimia basah, seperti sintesis sol-gel [39,40], metode oksidasi [41,42], kimia kopresipitasi [43,44], reaksi hidrotermal [45,46], mengalir sintesis injeksi [47], Metode elektrokimia [48,49], aerosol / metode uap fase [50,51], dekomposisi SONOKIMIA reaksi [52,53], metode fluida superkritis [54,55], sintesis menggunakan nanoreactors [56,57] dan (iii) metode mikroba [58-60]. Seperti terlihat pada Tabel 1, masing-masing metode yang disebutkan di atas memiliki keuntungan mereka sendiri dan kelemahan. Meskipun metode fisik yang mudah untuk melakukan, itu agak sulit untuk mengontrol ukuran partikel dengan mereka. Dalam kasus metode persiapan kimia basah, beberapa dari mereka menghasilkan efisien kontrol ukuran partikel dengan hati-hati mengatur parameter yang terlibat, seperti metode sol-gel, kopresipitasi kimia, metode hidrotermal, metode injeksi aliran, metode elektrokimia, Metode sonokimia dekomposisi, metode fluida superkritis dan sintesis menggunakan nanoreactors. Di tertentu, teknik kopresipitasi kimia garam besi dalam media berair mungkin yang paling sederhana dan jalur yang paling efisien untuk mendapatkan nanopartikel magnetik besi. Ini telah dibuktikan partikelUkuran serta polidispersitas nanopartikel dapat disesuaikan secara bergantian terkait faktor-faktor seperti Fe2 + / Fe3 + rasio [43], dasar (NaOH, amonium hidroksida, dan CH3NH2) [61], ion Kekuatan (N (CH3) 4 +, CH3NH3 +, NH4 +, Na +, Li + dan K +) [62]. Beberapa faktor tampaknya kecil lainnya juga memiliki pengaruh pada ukuran nanopartikel [63]. Sebagai contoh, peningkatan tingkat pencampuran atau temperatur cenderung menurun ukuran partikel. Inlet nitrogen ke dalam sistem reaksi tidak hanya melindungi terhadap oksidasi kritis magnetit tetapi juga mengurangi ukuran partikel bila dibandingkan dengan metode tanpa penghapusan oksigen. Metode mikroba memastikan hasil tinggi, reproduktifitas baik, dan skalabilitas yang baik, serta biaya rendah, tetapi proses fementation agak memakan waktu.

3. Modifikasi Iron Magnetic NanopartikelNanopartikel magnetik besi umumnya stabil dalam larutan asam kuat dan saat menjalani pencucian, yang sangat membatasi penggunaan kembali dan mengurangi masa materi tersebut. Besar rasio luas permukaan dengan volume dan agregasi partikel membawa keterbatasan lain- dan dengan demikian minimisasi di terjadinya energi permukaan mereka karena atraksi magnet yang kuat antara partikel, membatasi penyebaran mereka dalam larutan air dan matriks. Eksposisi protein / enzim untuk interface tersebut akan mengakibatkan penurunan atau hilangnya aktivitas. Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, berbagai pendekatan yang digunakan untuk memodifikasi permukaan melalui pemuatan bahan kimia Target lain atau bahan biologis selama atau setelah proses sintesis. Teknik ini tidak hanya mengoptimalkan sifat permukaan seperti biokompatibilitas, dispersi dan biodegradabilitas besi nanopartikel magnetik, tetapi juga menyediakan lingkungan untuk mentransfer hidrofobik besi oksida nanopartikel ke dalam sistem

hidrofilik. Berbagai bahan telah terlibat dalam proses ini. Dispersan alam seperti kitosan secara ekstensif digunakan untuk melapisi dalam media berair . Permukaan silanization tidak diragukan lagi teknik yang paling banyak digunakan untuk memperkenalkan permukaan fungsional kelompok pada nanopartikel magnetik telanjang karena karakteristiknya seperti responsivitas memuaskan, rendah sitotoksisitas, stabilitas tinggi di bawah kondisi asam, inertness untuk redoks reaksi dan mudah untuk melakukan permukaan modifikasi kimia. Selanjutnya, reaksi dapat dilakukan baik dalam media air atau pelarut organik pada suhu moderat, dan tidak ada kondisi khusus atau peralatan mahal diperlukan, oleh karena itu, dianggap sebagai metode yang ideal untuk melindungi inti magnetik dalam. Mekanisme reaksi skematis ditunjukkan pada Gambar 1 [70]. Molekul silan yang pertama diaktifkan (Dihidrolisis) dan kemudian diikuti oleh reaksi kondensasi yang terjadi antara kelompok Si-OH dari yang silanol dan kelompok OH permukaan. Hal ini menyebabkan pembentukan ikatan stabil di permukaan. Karena sifat fisik dan kimia memiliki efek yang menentukan pada penerapan magnetic nanopartikel, teknik karakterisasi permukaan yang luas yang digunakan untuk yang lebih baik pemahaman tentang sifat permukaan seperti morfologi permukaan, komposisi kimia dan spasial distribusi kelompok fungsional. Teknik dasar [71-76] digunakan untuk menyelidiki nanopartikel magnetik terutama mencakup: Transformasi Fourier spektroskopi inframerah (FT-IR), scanning mikroskop elektron (SEM), mikroskop elektron transmisi (TEM), X-ray fotoelektron spektroskopi (XPS), mikroskop kekuatan atom (AFM), bergetar sampel magnetometry (VSM), X-ray difraksi (XRD) analisis dan analisis gravimetri termal (TGA). Gambar 1. Struktur kimia dari sebagian besar digunakan prekursor silan untuk fungsionalisasi permukaan dan mechnism reaksi silanization pada nanopartikel magnetik. Silan (A) Organo-fungsional struktur molekul mengandung dua gugus reaktif dasar yang berbeda: sebuah terhidrolisis organic Kelompok (OR) dan kelompok organo-fungsional (F); (B) Skema kondensasi reaksi antara molekul silan dan permukaan oksida. Si-OR obligasi menghidrolisis mudah dengan air untuk membentuk silanol kelompok Si-OH, yang kemudian dapat menyingkat dengan satu sama lain untuk membentuk struktur polimer dengan gugus hidroksil pada permukaan material.

4. Metode Imobilisasi Dibandingkan dengan metode imobilisasi konvensional, imobilisasi nanopartikel berbasis dapatdicirikan oleh dua fitur utama [77-81]: (i) komposisi, ukuran dan morfologi partikel dapat dengan mudah disetel dengan mengubah kondisi reaksi; (Ii) partikel seragam membuatnya mudah untuk melakukan imobilisasi enzim dalam skala besar tanpa menggunakan surfaktan dan reagen beracun. Itu Metode yang dikembangkan untuk imobilisasi protein ke nanopartikel magnetik besi terutama mencakup imobilisasi fisik, kovalen konjugasi dan biologis-dimediasi interaksi tertentu.

4.1. Imobilisasi fisikImobilisasi fisik dapat dianggap sebagai metode yang paling sederhana yang digunakan dalam fungsionalisasi imobilisasi protein, karena dapat dengan mudah dilakukan dengan hanya mencelupkan bahan ke dalam larutan mengandung biomolekul sasaran, dan tidak ada reagen kopling tambahan, pengobatan permukaan dan protein modifikasi yang diperlukan [82-84]. Sejumlah protein secara fisik bergerak berdasarkan besi nanopartikel magnetik telah dikembangkan. Misalnya, oksidase glukosa bergerak ke Nanopartikel magnetik Fe3O4 melalui metode fisik untuk deoksigenasi air, dan imobilisasi 78% diperoleh dengan aktivitas spesifik 640 U / g [85]. Dalam contoh lain, interaksi elektrostatik yang digunakan untuk melumpuhkan pektinase pada nanopartikel AOT-Fe3O4 bermuatan negatif, dan maksimum aktivitas spesifik

(1,98 U / mg enzim) dari pektinase amobil dan maksimum memuat enzim dari 610,5 mg enzim / g dukungan telah dicapai dan hilangnya aktivitas bergerak protein hanya 10% -20% setelah enam siklus [86]. Meskipun imobilisasi fisik sederhana dan ringan, metode ini umumnya melibatkan interaksi relatif lemah seperti interaksi elektrostatik [87,88], hydrogen obligasi [89], van der Waals pasukan [90-92], dan interaksi hidrofobik [93], dan stabilitas mengikat spesies terserap sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan (pH, suhu, kekuatan ionic dan konsentrasi biomolekul). Oleh karena itu, protein bergerak menggunakan metode ini cenderung untuk melepaskan diri dari dukungan, dan dengan demikian menyebabkan hilangnya aktivitas dan kontaminasi dari media reaksi, yang akan mempengaruhi ketahanan dan daur ulang dari protein bergerak, terutama bagi mereka dibangun untuk analisis dan detektif digunakan. Selanjutnya, protein adsorpsi langsung ke permukaan sering menyebabkan denaturasi protein dan kerugian dalam kegiatan protein yang dihasilkan dari konformasi perubahan yang disebabkan oleh interaksi sterik.

4.2. Kovalen KonjugasiImobilisasi kovalen sangat menarik, karena bisa diatur secara hati-hati dengan spesifik kelompok fungsional untuk mengikat protein. Beberapa protokol imobilisasi menggunakan pengikatan kovalen telah dikembangkan dan digunakan dalam imobilisasi protein . Agen kopling seperti hidroklorida carbodiimide (EDC) sering digunakan untuk kovalen cross-link yang dimodifikasi nanopartikel magnetik dan protein karena kelompok fungsional (misalnya, kelompok aldehida) sehingga dapat berinteraksi dengan kedua kelompok fungsional dari nanopartikel magnetik yang dimodifikasi dan protein enzim.

Sebagai contoh, glukosa oxidase (GOD) diamobilisasi pada CoFe2O4 / SiO2 NP melalui silang dengan glutaraldehid. Setelah imobilisasi, yang ALLAH dipamerkan ditingkatkan termal, penyimpanan dan stabilitas operasi. Imobilisasi tetap dipertahankan 80% aktivitas awal. Setelah penyimpanan pada suhu 4 ° C selama 28 hari, enzim amobil dan bebas dipertahankan 87% dan 40% dari kegiatan awal, masing-masing [98]. Dalam contoh lain, nanopartikel Fe3O4-kitosan yang digunakan untuk imobilisasi kovalen lipase dari Candida rugosa menggunakan N- (3-dimethylaminopropyl) -N'-ethylcarbodiimide (EDC) dan N-Hydroxysuccinimide (NHS) sebagai agen kopling. Kondisi imobilisasi optimum yang waktu imobilisasi 2.14 h, pH 6.37, dan enzim / dukungan rasio 0,73 (w / w); aktivitas tertinggi yang diperoleh adalah 20 U / g Fe3O4-chitosan. Lipase amobil mempertahankan lebih dari 83% dari aktivitas awal setelah dua puluh siklus berulang [103]. Namun, dalam banyak kasus, kehadiran agen kopling bisa menyebabkan perubahan konformasi protein, yang mengakibatkan penurunan aktivitas enzim. Sebagai contoh, enzim amobil ditahan 15% -23% dari oksidase glukosa asli. Daur ulang studi stabilitas menunjukkan sekitar 20% dari kerugian kegiatan untuk glukosa oksidase-magnetik nanopartikel bioconjugate [107]. Beberapa enzim lain telah berhasil bergerak ke nanopartikel magnetik besi menggunakan Metode kovalen ini, misalnya, lipase [108], Candida rugosa lipase [109], horseradish peroksidase [110-114], pektinase [115116], tripsin [117-120], α-chymotrypsin [121-127], adenosin siklik protein kinase monophosphatedependent [128], oksidase glukosa [129-

135], hexaarginine-tagged esterase [136], babi pankreas lipase papain [137], Saccharomyces cerevisiae alkohol dehidrogenase [138], kitosanase [139140], triasilgliserol lipase [141], lakase (a oksidoreduktase tembaga dari jamur yang sumber) [142-144], epoksida hidrolase [145146], dll Masalah utama dalam penggunaan praktis imobilisasi kovalen non-kekhususan, dan dimurnikan protein umumnya terlibat dalam imobilisasi kovalen. Namun, pemurnian protein dalam jumlah besar skala benar-benar memakan waktu dan sumber daya yang intensif, dan kotoran daripada protein target hadir dalam campuran mungkin juga memiliki kecenderungan yang kuat untuk berikatan dengan dukungan yang besar akan mempengaruhi aktivitasnya. Aspek lain yang berhubungan dengan imobilisasi kovalen sekali aktivitas bergerak protein / enzim meluruh, dukungan harus dibuang bersama-sama.

4.3. Biologis Mediated Interaksi TertentuBanyak aplikasi diperagakan sejauh ini mengandalkan metode lampiran protein yang mengakibatkan imobilisasi-non-situs tertentu, baik melalui adsorpsi atau attachment kovalen. Namun, non-kekhususan seperti sangat membatasi aplikasi mereka. Metode imobilisasi-situs tertentu berdasarkan reaksi biologis telah menawarkan rute baru untuk memecahkan masalah selektivitas, yang bisa dicapai dengan pembentukan ikatan antara kelompok yang aktif pada dukungan dan residu spesifik pada protein. Dengan modifikasi yang tepat dari dukungan dan protein rekayasa, lampiran tersebut dapat menyadari strategis dalam kondisi ringan, yang telah sangat mengurangi risiko degradasi protein atau denaturasi. The (strept) teknologi avidin-biotin mungkin peringkat di antara yang paling banyak diteliti dan Teknik imobilisasi sering digunakan protein-dimediasi yang mengandalkan biologis dimediasi metode imobilisasi [147] (Skema 1). The biotin dan (strept) avidin beberapa tidak hanya memiliki tinggi mengikat afinitas (Kd ≈ 10-15 M), tetapi juga menunjukkan spesifisitas yang tinggi, karena itu menemukan aplikasi potensial dalam imobilisasi protein. Keempat situs biotin mengikat diposisikan di pasang di seberang stretavidin dunia domain dapat berfungsi sebagai jembatan antara bagian terbiotinilasi amobil dan target nanopartikel. Protein difungsikan dengan (strept) avidin yang luar biasa stabil ekstrem seperti panas, denaturan, pH, dan proteolisis, menunjukkan mengikat pada dasarnya tidak dapat diubah. Misalnya, Kelompok Nidumolu melaporkan sintesis nanopartikel magnetik streptavidin-difungsikan dan penyelidikan mengikat terbiotinilasi SAM pada emas dan kaca untuk pengakuan biologis aplikasi [148]. Seluruh proses meliputi tiga langkah. Pertama, nanopartikel magnetik adalah disusun dengan menggunakan metode kopresipitasi kimia tradisional, yang kemudian diubah dengan protein FITC-label streptavidin menggunakan aktivasi carbodiimide. Kedua, emas dan kaca permukaan yang difungsikan dengan biotin SAM dengan menerapkan biotin-HPDP ke slide kaca dilapisi emas. Ketiga, nanopartikel difungsikan mengikat secara khusus untuk permukaan emas terbiotinilasi. Meskipun selektivitas telah memberikan kontribusi besar terhadap popularitas metode ini sebagai sarana imobilisasi protein, protein bunga pertama harus diberi label dengan biotin jika situs-selektif lampiran yang diinginkan.Skema 1. Skema ilustrasi dari imobilisasi protein ke besi magnet nanopartikel menggunakan (strept) avidin-biotin teknologi.

5. Aplications dari Magnetic Nanopartikel Imobilisasi ProteinNanopartikel magnetik tampak sangat menjanjikan untuk aplikasi mereka di bioseparation, medis ilmu pengetahuan, dan analisis lingkungan. Pada bagian ini, aplikasi ini akan dibahas secara singkat.

5.1. BioseparationKromatografi afinitas adalah salah satu strategi yang paling efisien untuk pemurnian efisienprotein rekombinan karena interaksi afinitas antara ion logam (misalnya, Ni2 +) dan polyhistidine tag afinitas (tag-Nya). Beberapa MNPs difungsikan telah dikembangkan untuk pemisahan tertentu protein yang berbeda (Tabel 2).

Setelah ditangkap, protein sasaran, dalam banyak kasus, bisa cepat dan benar-benar dielusi dengan menggunakan metode elusi yang tepat, umumnya, penyangga solusi dengan pH yang berbeda atau kekuatan ion. Perubahan pH dapat mengubah muatan listrik permukaan protein dan dukungan, dan dengan demikian mengurangi interaksi antara protein dan nanopartikel magnetik ligan-bergerak. Peningkatan kekuatan ion, biasanya diwujudkan dengan penambahan garam seperti Na +, bisa mengurangi reaksi elektrostatik antara protein dan nanopartikel magnetik ligan-bergerak. Oleh karena itu, dua parameter ini diambil mempertimbangkan untuk memilih penyangga yang tepat untuk elusi protein dari ligan-bergerak magnetic nanopartikel. Namun, penggunaan yang terlalu tinggi (> 10) atau rendah (<4) pH untuk elusi protein mungkinsecara signifikan berdampak pada bioaktivitas protein. Imidazol, sebagai bupati yang efisien dan lembut, sangat cocok untuk elusi protein target ion logam chelated nanopartikel magnetik. Ma, Liu, Guan, dan Liu [158160] digunakan solusi imidazol sebagai eluen untuk elusi dari terserap albumin serum sapi (BSA) dari Cu2 + chelated magnetic nanopartikel dan untuk elusi BHB dan BSA dari nanopartikel magnetik chelated Zn2 +. Sahu et al. [156] digunakan solusi imidazol untuk mengelusi protein rekombinan-Nya ditandai untuk Ni2 + chelated nanopartikel magnetik. Ion logam nanopartikel magnetik chelated ini biasanya diregenerasi oleh menggunakan EDTA untuk mengupas protein terserap dan ion logam dan kemudian reload dengan ion logam untuk penggunaan berulang. Sebagai perbandingan, beberapa protein terserap sulit untuk mengelusi dari ligan-amobil magnetic nanopartikel, yang dapat dianggap berasal dari interaksi kompleks antara ligan dan sasaran protein atau faktor lainnya. Zheng et al. siap magnetik inti-shell Fe3O4 @ SiO2 @ poli (styrene-alt-maleat anhydride) bola untuk pemisahan protein Nya-tag dari lisat sel [161]. Pengayaan kapasitas polimer magnetik ini empat kali lebih besar dari itu dengan Fe3O4 @ SiO2 / Ni-NTA. Juga, Bruening et al. disintesis-sikat dimodifikasi polimer MNPs

difungsikan dengan nitrilotriasetat-Ni2 + oleh ATRP untuk menangkap protein histagged selektif dari ekstrak sel [162]. Sikat polimer dapat secara dramatis meningkatkan kapasitas adsorpsi untuk ubiquitin-nya ditandai dan mampu protein tinggi pemulihan. Sebuah novel tiga komponen microsphere (Fe3O4 @ SiO2 @ Nial-LDH), yang memiliki besar luas permukaan dan mesochannels seragam, disiapkan oleh Wei et al. melalui metode pertumbuhan in situ [163].The Fe3O4 @ SiO2 @ mikrosfer Nial-LDH siap menunjukkan kapasitas pengikatan 239 ug manik-manik / mg untuk adsorpsi Nya-tag hijau protein fluorescent.

5.2. Ilmu Kedokteran5.2.1. Target Pengiriman ObatSistem pengiriman obat berdasarkan nanopartikel magnetik memiliki keunggulan besar ataskonvensional, metode non-target dari pemberian obat. Dalam sistem pengiriman obat konvensional, orang miskin spesifisitas untuk situs target dan difusi obat dikurangi melalui hambatan biologis sering menyebabkan aktivitas farmakologi suboptimal dan tingginya insiden efek samping. Sebaliknya, magnetic nanopartikel yang menjanjikan pembawa obat rangsangan-sensitif karena kemampuan retensi yang lebih baik dibandingkan molekul kecil. Medan magnet extracorporeal diterapkan dapat berkonsentrasi nanopartikel ini pada Situs diinginkan untuk menerima efisiensi obat cukup dan aktivitas terapeutik ditingkatkan, memastikan berkelanjutannamun rilis lengkap dari obat bergerak. Secara khusus, nanopartikel dalam kisaran 20-400 nmdiameter menunjukkan integrasi tumor selektif dikenal sebagai ditingkatkan permeabilitas dan retensi (EPR) efek. Obat yang dosis terapi yang rendah, tetapi memiliki afinitas elektrostatik yang kuat terhadap MNPs, dapat dimuat langsung oleh adsorpsi ke permukaan nanopartikel. Namun, pemuatan obat hanya dengan adsorpsi permukaan umumnya tidak cukup untuk mencapai konsentrasi obat terapi yang diperlukan pada situs target. Dengan demikian, struktur inti-shell termasuk inti magnetik dan biodegradable organik atau shell anorganik biasanya digunakan dalam sistem pengiriman obat magnetik [164] untuk mencapai obat yang cukuppayload. Setelah pembawa obat terkonsentrasi pada sasaran, obat dapat dilepaskan baik melaluiaktivitas enzimatik atau perubahan kondisi fisiologis seperti pH, osmolalitas, atau suhu, dandapat diinternalisasi oleh sel endotel dari jaringan target atau diambil oleh sel-sel tumor. UntukMisalnya, Jana et al. melaporkan pengiriman ditargetkan enzim serratiopeptidase amobil pada magnetic nanopartikel Fe3O4. Sistem pengiriman obat magnetik meningkatkan pengiriman obat melalui membran dalam penelitian in vitro dan meningkatkan efek anti-inflamasi pada tikus di in vivo studi [165].

5.2.2. BisensorNanopartikel magnetik besi dilapisi dengan bahan lain, seperti yang neon, logam, silika,atau polimer, digunakan sebagai sensor bioanalytical. Sebagai contoh, Fe / Fe2O3 inti / nanopartikel shell melekat dengan protein bioaktif seperti sitokrom P450, mioglobin (Mb), dan hemoglobin (Hb) yang selektif digunakan untuk mendeteksi kerusakan DNA [166167]. Nanopartikel magnetik telah juga menerapkan di biosensor glukosa yang menggunakan bergerak oksidase untuk konversi analit sasaran menjadi produk elektrokimia terdeteksi untuk penentuan

glukosa dalam sampel bahan makanan [149]. An-kitosan nanopartikel biosensor glukosa berdasarkan komposit besi oksida dikembangkan oleh Kaushik et al. [168]. Ini waktu respon biosensor dari 5 s, linearitas sebagai 0,1-4 mg / mL glukosa, sensitivitas 9,3 × 10-2 mA / (mg mL cm2) dan umur simpan sekitar 8 minggu di bawah didinginkan kondisi. Penggunaan komposit besi oksida nanopartikel-kitosan meningkatkan aktivitas enzimatik dan stabilitas oksidase glukosa, yang menghasilkan sensitivitas yang tinggi dan kehidupan rak panjang.

5.2.3. BioimagingMagnetic Resonance Imaging (MRI) adalah yang umum digunakan teknik pencitraan medis non-invasif di kedokteran klinis untuk memvisualisasikan struktur dan fungsi jaringan [169170], yang didasarkan pada perilaku, keselarasan dan interaksi proton dengan adanya medan magnet diterapkan. Disebabkan oleh prorpeties seperti biokompatibilitas, magnetisasi saturasi tinggi, superparamagetism, dan rendah toksisitas, protein bergerak pada nanopartikel magnetik besi telah berhasil diterapkan di MRI pencitraan [171]. Manusia holo-transferin konjugasi nanopartikel besi oksida menunjukkan bahwa kenaikan tingkat reseptor di permukaan sel dapat menyebabkan perubahan yang cukup besar dalam sinyal MRI. Ini nanopartikel besi oksida superparamagnetic relatif tidak beracun bila diberikan secara intravena, dan persiapan serupa digunakan secara klinis

5.3. Analisis MakananKeamanan pangan telah menarik perhatian meningkat oleh konsumen, pemerintah, dan produsen. Nanopartikel magnetik biasanya terintegrasi dengan teknik deteksi untuk analisis makanan dengan dua cara: elektroda pengubah dan sampel pra-konsentrator. Misalnya, protein A dilapisi magnetic mikropartikel berbasis metode immunosorbent assay enzim-linked dikembangkan untuk mendeteksi Ara h3 / 4 alergen kacang dalam makanan, yang memiliki batas deteksi serendah 0,2 mg / kg dan mencapai presisi yang sangat baik dan pengulangan [172].

6. Penutup dan ProspekNanopartikel telah muncul sebagai alat serbaguna untuk menghasilkan dukungan yang sangat baik untuk enzim stabilisasi karena ukurannya yang kecil dan luas permukaan yang besar. Dengan modifikasi permukaan yang tepat, berbagai besi nanopartikel magnetik telah disintesis dan berhasil dimanfaatkan untuk protein / enzim imobilisasi, yang sudah ditampilkan efek menjanjikan dalam aplikasi praktis. Kita punya diringkas dalam ulasan ini aplikasi nanopartikel magnetik besi di imobilisasi enzim, pemisahan protein / pemurnian, ilmu kedokteran dan analisis makanan. Amobil protein / enzim umumnya menunjukkan stabilitas yang lebih baik terhadap pH dan panas dari yang gratis dan dapat dipulihkan dan digunakan kembali beberapa kali. Namun, aktivitas beberapa enzim menurun sampai batas tertentu setelah imobilisasi, yang menunjukkan bahwa upaya yang lebih masih diperlukan untuk mengeksplorasi teknik imobilisasi.