Functionalization of cerium oxide nanoparticles by simple biomolecules

Abstract

Nanočastice majú veľký potenciál pre medicínske aplikácie, ako napríklad diagnostika a liečba rôznych chorôb. Keďže biologické prostredie živého organizmu je veľmi komplexné, je potrebný rozsiahly výskum nových alternatív, aby ich bolo možné bezpečne uviesť do praxe. Jeden zo zaujímavých materiálov pre bioaplikácie je oxid ceričitý, ktorý má unikátne antioxidačné vlastnosti. V tejto práci sme charakterizovali tri systémy nepokrytých, histidínom- pokrytých a glycínom-pokrytých ceroxidových nanočastíc (Ce NPs) vo forme koloidných roztokov. Koloidná stabilita a reaktivita roztokov nanočastíc v rôznom pH boli študované použitím DLS. AFM zobrazovanie bolo využité na určenie distribúcie veľkostí klastrov nanočastíc a jej závislosti na postupe prípravy. Techniky využívajúce synchrotronové žiarenie (SRPES, RPES a NEXAFS), ako aj laboratórne XPS boli použité na preskúmanie elektronickej štruktúry systémov nanočastíc so zameraním na charakterizáciu väzby histidínu a glycínu s povrchom Ce NPs.

Nanoparticles show a great promise in medical applications such as diagnostics and treatment of various diseases. As the biological environment of the living organism is very complex, an extensive research is needed to put the novel alternatives into practise safely. One of the interesting materials for bioapplications is cerium oxide with its unique antioxidant properties. In this work we characterised three systems of bare, histidine-covered and glycine- covered cerium oxide nanoparticles (Ce NPs) in a form of colloid solutions. Colloid stability and reactivity of NPs solutions in various pH were studied using DLS. AFM imaging was utilized to determine the size distribution of NPs clusters and its dependence on the preparation procedure. Synchrotron radiation-based techniques (SRPES, RPES and NEXAFS) as well as laboratory XPS were implemented to investigate electronic structure of the NPs systems with the focus on characterisation of histidine and glycine bonding to Ce NPs surface.