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Temperature- and pH-responsive poly(N-isopropylacrylamide-co-methacrylic acid) microgels as a carrier for controlled protein adsorption and release
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2021-09-28 , DOI: 10.1039/d1sm01197a Priyanshi Agnihotri 1 , Sangeeta 1 , Shikha Aery 1 , Abhijit Dan 1
Soft Matter ( IF 2.9 ) Pub Date : 2021-09-28 , DOI: 10.1039/d1sm01197a Priyanshi Agnihotri 1 , Sangeeta 1 , Shikha Aery 1 , Abhijit Dan 1
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Herein, we report controlled protein adsorption and delivery of thermo- and pH-responsive poly(N-isopropylacrylamide-co-methacrylic acid) (PNIPAM-co-MAA) microgels at different temperatures, pH values and ionic strengths by employing bovine serum albumin (BSA) as a model protein. For these dual-responsive microgels, we found that the BSA adsorption was driven by several of six competing contributions, viz., physical diffusion (PD), hydrophobic interactions (HI), electrostatic attraction (EA), hydrogen bonding (HB) and temperature or pH-induced seizing action (SAT or SApH), depending on the temperature and pH of the solution. Compared to the pure PNIPAM microgels, the higher swelling degree of the PNIPAM-co-MAA microgels allowed a large amount of BSA loading under any experimental conditions. A largest BSA adsorption of 45.1 μg mg−1 was achieved at 40 °C and pH 4 due to the presence of all six contributions. The BSA adsorption and delivery could be further tuned by changing the crosslinking density within the microgels. The BSA binding onto the microgels was found to be ionic strength dependent, which could be attributed to the charge shielding of Na+ ions, salting out of BSA and aggregate formation of the microgels. The adsorbed BSA could be controllably released by adjusting the temperature and pH of the experiment, and with the help of sodium dodecyl sulphate (SDS) addition so as to eliminate each interaction between BSA and the microgels. Thus, this study can be useful to design a stimuli-responsive microgel-based carrier for controlled release of proteins.
中文翻译：
温度和 pH 响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺-共聚-甲基丙烯酸）微凝胶作为控制蛋白质吸附和释放的载体
在此，我们报告了使用牛血清白蛋白在不同温度、pH 值和离子强度下对热和 pH 响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸）（PNIPAM- co- MAA）微凝胶的受控蛋白质吸附和递送。BSA) 作为模型蛋白。对于这些双响应微凝胶，我们发现 BSA 吸附是由六个竞争贡献中的几个驱动的，即。、物理扩散 (PD)、疏水相互作用 (HI)、静电引力 (EA)、氢键 (HB) 和温度或 pH 诱导的吸附作用（SA T或 SA pH)，取决于溶液的温度和 pH 值。与纯 PNIPAM 微凝胶相比，PNIPAM- co- MAA 微凝胶更高的溶胀度允许在任何实验条件下加载大量 BSA。由于所有六种贡献的存在，在 40 °C 和 pH 4 下实现了 45.1 μg mg -1 的最大 BSA 吸附。通过改变微凝胶内的交联密度，可以进一步调整 BSA 的吸附和传递。发现 BSA 与微凝胶的结合依赖于离子强度，这可能归因于 Na +的电荷屏蔽离子，盐析出 BSA 和微凝胶的聚集体形成。吸附的BSA可以通过调节实验温度和pH值可控地释放出来，并借助十二烷基硫酸钠（SDS）的添加来消除BSA与微凝胶之间的相互作用。因此，这项研究可用于设计一种基于微凝胶的刺激响应载体，用于控制蛋白质的释放。
更新日期：2021-10-12
中文翻译：
温度和 pH 响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺-共聚-甲基丙烯酸）微凝胶作为控制蛋白质吸附和释放的载体
在此，我们报告了使用牛血清白蛋白在不同温度、pH 值和离子强度下对热和 pH 响应性聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸）（PNIPAM- co- MAA）微凝胶的受控蛋白质吸附和递送。BSA) 作为模型蛋白。对于这些双响应微凝胶，我们发现 BSA 吸附是由六个竞争贡献中的几个驱动的，即。、物理扩散 (PD)、疏水相互作用 (HI)、静电引力 (EA)、氢键 (HB) 和温度或 pH 诱导的吸附作用（SA T或 SA pH)，取决于溶液的温度和 pH 值。与纯 PNIPAM 微凝胶相比，PNIPAM- co- MAA 微凝胶更高的溶胀度允许在任何实验条件下加载大量 BSA。由于所有六种贡献的存在，在 40 °C 和 pH 4 下实现了 45.1 μg mg -1 的最大 BSA 吸附。通过改变微凝胶内的交联密度，可以进一步调整 BSA 的吸附和传递。发现 BSA 与微凝胶的结合依赖于离子强度，这可能归因于 Na +的电荷屏蔽离子，盐析出 BSA 和微凝胶的聚集体形成。吸附的BSA可以通过调节实验温度和pH值可控地释放出来，并借助十二烷基硫酸钠（SDS）的添加来消除BSA与微凝胶之间的相互作用。因此，这项研究可用于设计一种基于微凝胶的刺激响应载体，用于控制蛋白质的释放。
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