Biosilica particle generation via controlling of biomolecule-mediated silica formation and degradation
유기분자에 의한 생체모방 실리카 합성 및 응용에 관한 연구
- 주제(키워드) Silica-forming peptide , Silica forming protein , Silica particle , Biosilica coating , Cell encapsulation
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 백승필
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 생명정보공학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 67 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000270688
- UCI I804:11009-000000270688
- DOI 10.23186/korea.000000270688.11009.0001407
- 본문언어 영어
초록/요약
Silica nanoparticle (SNP) is multifunctional material, it is widely used from high-tech industries including various electronics and optics to biomedical materials, cosmetics, and coatings. Conventional SNP synthesis methods approached etching from bulk material to micro-scale particles or chemically nucleated atomic level to nanoparticles. Generally, physical and chemical synthesis involved harsh conditions and possessed disadvantage of producing by-products that are toxic to the environment. In addition, it is hard to fabricate sophisticated or pattered structure. Therefore, more eco-friendly approach for SNP is needed, biomimicking silica synthesis has gain attraction in few decades. Still, bio-mimetic silica synthesis is depended on certain composition or sequence of bio-inspired organic molecules, it is necessary introducing novel candidates for further application of bio-inspired SNP. In this study, we precipitated SNP using novel organic molecules. Novel organic molecules synthesized sphere shape SNPs, according to regulated reaction conditions. We further studied protection ability of artificial silica shell on bacterial cells against UV irradiation by silica forming peptide. In addition, we also explored silica degradation ability of bovine carbonic anhydrase, not only silica by controlling circumstances of biomolecule. This strategy suggests application possibility of the SNP by molecular interactions between biomolecules and SNP.
more초록/요약
실리카 나노 입자 (silica nanoparticle, SNP)는 다기능성 소재로서 각종 전자, 광학을 비롯한 첨단 산업 분야부터 생의학 소재, 화장품, 도료 분야에 이르기까지 광범위하게 활용되는 물질입니다. 전통적인 SNP의 합성 방식은 벌크 소재를 물리 화학적으로 미세 입자를 형성하거나, 화학 물질을 이용하여 나노 크기의 입자를 만드는 방식으로 형성됩니다. 일반적으로 화학 및 물리학적 접근 방식은 극한의 합성 조건을 요구하며 방식에 따라 환경에 유해한 부산물이 생성된다는 단점을 지니고 있습니다. 또한 입자 형성에 있어서 일정한 패턴이나 특정 구조를 형성하기 어려운 한계점 또한 가지고 있습니다. 따라서 SNP을 보다 친환경적인 방식으로 합성하는 연구가 필요하게 되었고, 생물이 silica를 형성하는 기전을 모방하여 합성하는 연구가 주목을 받아왔습니다. 하지만, 생체 유기물질이 특정 구조나 서열에 의존하여 실리카 형성을 유도하기 때문에 새로운 고분자 물질 발굴에 대한 연구가 필요합니다. 이번 연구에서는 새로운 생체 유기물질을 발굴해 SNP의 형성을 유도하였습니다. 추가적으로, SNP를 세균에 피포화하여 자외선에 대한 보호 효과를 얻을 수 있었습니다. 또한 유기물질의 주변 환경을 조절하여 SNP를 합성할 뿐만 아니라 분해를 유도하는 결과를 얻을 수 있었습니다. 이 연구는 생체 유기물질과 SNP 간 분자적 반응을 통해 SNP의 응용 가능성을 제시합니다.
more목차
CHAPTER 1. INTRODUCTION . 1
1.1. Biogenic silica precipitation. 1
1.2. Biomimetic silica precipitation. 3
1.3. Aim of this thesis 4
1.4. Reference 5
CHAPTER 2. SILICA PRECIPITATION BY SILICA FORMING PEPTIDES. 7
2.1 Introduction of Silica precipitation by Silica Forming Peptides 7
2.2 Material and Methods 10
2.2.1 Gene database searching. 10
2.2.2 Silica precipitation 10
2.2.3 Silica quantification analysis 11
2.2.4 Cell culture and encapsulation 11
2.2.5 Cyto-protection against UV-C irradiation 12
2.3 Result and discussion 13
2.3.1 New silica forming peptides (SFPs) . 13
2.3.2 Silica precipitation by SFPs 15
2.3.3 Morphological analysis of silica mediated SFPs 18
2.3.4 Silica encapsulation of E. coli cells Cell culture and encapsulation . 24
2.3.5 Tolerance of silica-coated cells to UV-C irradiation 31
2.4 Conclusion. 33
2.5 Reference. 34
CHAPTER 3. SILICA PRECIPITATION BY BOVINE CARBONIC ANHYDRASE 36
3.1 Introduction of Silica precipitation by Bovine carbonic anhydrase. 36
3.2 Material and Methods 36
3.2.1 Construction of expression plasmids 37
3.2.2 Protein expression and purification 37
3.2.3 Silica precipitation by BCAs 38
3.2.4 Silica degradation analysis . 38
3.2.5 Silica quantification analysis 38
3.3 Result and discussion 40
3.3.1. Protein purification of recombinant BCAs 40
3.3.2. Silica precipitation by BCAs . 42
3.3.3. Silica degradation by BCAs. 46
3.4 Conclusion. 50
3.5 Reference. 51
CHAPTER 4. CONCLUSION 53
