Hydrogeler är polymermaterial som kan absorbera en stor mängd vatten, gör dem flexibla som mänsklig vävnad. De används i ett antal medicinska tillämpningar, inklusive kontaktlinser, sårförband, och ansiktsrekonstruktion.

Hydrogeler kan också användas vid läkemedelstillförsel, till exempel, som beläggningar för läkemedel. Dock, Frågor kvarstår om läkemedelsleveransens effekt, eftersom det inte är klart hur proteiner i din kropp interagerar med hydrogelerna.

"Om du lägger en hydrogel i kroppen, det finns proteiner i din kropp som sedan kan interagera med det materialet, sa Lydia Kisley, en Beckman-Brown interdisciplinär postdoktor. "Helst vill man att proteiner ska behålla sin funktion och sin struktur, så det finns inga negativa effekter. "

Kisley, en kemist, och andra forskare vid Beckman Institute for Advanced Science and Technology vid University of Illinois använde nyligen Fast Relaxation Imaging (FReI) för att undersöka veckningsstabiliteten och dynamiken hos proteiner i polyakrylamidhydrogeler. Deras resultat publiceras i "Direct Imaging of Protein Stability and Folding Kinetics in Hydrogels" i ACS tillämpade material och gränssnitt .

"Vi försöker förstå hur proteiner beter sig i dessa materiella miljöer, "Kisley sa." Det finns inte många verktyg för att göra det. Detta papper var den första demonstrationen av den nya avbildningstekniken för att förstå proteiner i ett material."

Gruppen använde ett fluorescensmikroskop i Martin Greubeles labb, professor i kemi och medlem av Beckmans Nanoelectronics and Nanomaterials Group. FReI detekterar protein som utvecklas in situ genom att avbilda förändringar i fluorescensresonansenergiöverföring (FRET) efter temperaturhoppstörningar.

"Det unika som vi lägger till här med mikroskopet är en temperaturförändring. Genom att använda denna mycket snabba temperaturförändring, vi kan berätta hur proteinet svarar på temperaturen och hur stabilt det är. Och hur inneslutningen och kemin i hydrogelen också förändrar proteinstabiliteten, sa Kisley.

Proteinets funktion kommer från hur det är vikt, Kisley förklarade. För att förstå hur proteiner som utgör vissa läkemedel fungerar, det är viktigt att förstå hur de viker sig.

Gruppen bestämde att hydrogeln ökar proteinstabiliteten, påskyndar vikningsavslappning, och främjar irreversibel bindning vid lösning-gel-gränssnittet.

"Även om dessa material är mycket kompatibla, eftersom de har hög vattenhalt, vi fann att det är okej vid låga temperaturer när proteinet fälls ut, men när proteinet börjar veckla ut sig lite kommer det att börja fastna på materialet, och kan faktiskt främja fler proteiner att aggregera och hålla fast vid det, så det tyder på att proteinet är lite destabiliserat, sa Kisley.

"Det var ett mer komplicerat system än vi förväntade oss. Jag trodde att det skulle vara enkelt, men det är ganska vanligt inom vetenskap där saker och ting blir mer komplicerade än du förväntar dig. "

Kisleys stipendium vid Beckman Institute har gjort det möjligt för henne att koppla sin doktorandforskning inom diffusion och adsorption av proteiner i hydrogeler till proteinveckning i hydrogeler och ytterligare yt- och polymerborsteprover.

Hon planerar att undersöka om de beteenden vi ser i en större 3D-gel också inträffar på en mindre yta, nanoskala miljö.