Development and characterization of bioartificial polysulfone membranes for proton transport applications

Abstract

En aquesta tesi, una membrana de polisulfona bioartificial que conté la biomolècula Gramicidina va ser dissenyada i preparada per tres tècniques diferents: dos mètodes físics i un químic. La caracterització dels materials consisteix en l'avaluació de la morfologia, la interacció de l'aigua i les propietats del transport de ions de la membrana. També es va realitzar la prova de l'activitat biològica de la proteïna immobilitzada, així com la caracterització de membranes que contenien micel·les immobilitzades. Els resultats mostren que la immobilització física de la gramicidina amb l'ús de nanopartícules magnètiques i micelles de proteïnes / surfactants, així com la immobilització químic per l'acoblament de glutaraldehid, permet obtenir membranes amb propietats de transport de ions millorades confirmades per experiments de permeabilitat i mesures de voltatge actual. La proteïna manté la seva activitat biològica quan es troba atrapat dins de la micel·la proteica / tensioactiva en ambdós, la solució i després d'immobilitzar-se en la membrana de polisulfona. Les membranes amb gramicidina immobilitzada físicament exhibeixen propietats antibacterianes millorades, confirmades per assaig de bioactivitat, mesuraments de densitat òptica i anàlisi microscòpica. Les membranes obtingudes són fàcils de preparar, químicament i mecànicament estables i presenten un potencial per a la seva aplicació en el transport de protons.

En esta tesis, se diseñó y preparó una membrana de polisulfona bioartificial que contiene biomolécula Gramicidina mediante tres técnicas diferentes: dos métodos físicos y uno químico. La caracterización de materiales consiste en la evaluación de la morfología, la interacción con el agua y las propiedades de transporte de iones de membrana. También se realizó actividad biológica de proteína inmovilizada así como caracterización de micelas inmovilizadas que contenían proteína. Los resultados muestran que la inmovilización física de gramicidina con el uso de nanopartículas magnéticas y micelas de proteína / surfactante, así como la inmovilización de proteína por acoplamiento de glutaraldehído, conducen a obtener membranas con propiedades mejoradas de transporte de iones confirmadas por experimentos de permeabilidad y mediciones de voltaje-corriente. La proteína mantiene su actividad biológica cuando queda atrapada dentro de la micela de proteína / surfactante tanto en la solución como después de la inmovilización en la membrana de polisulfona. Las membranas con gramicidina inmovilizada físicamente exhiben propiedades antibacterianas mejoradas, confirmadas por ensayo de bioactividad, mediciones de densidad óptica y análisis microscópico. Las membranas obtenidas son fáciles de preparar, químicamente y mecánicamente estables y presentan un potencial para ser utilizadas en la aplicación de transporte de protones.

In this thesis a bioartificial polysulfone membrane containing biomolecule Gramicidin was designed and prepared by three different techniques: two physical and one chemical method. Materials characterization consists in evaluation of morphology, water interaction and membrane ion transport properties. Also biological activity of immobilized protein as well as characterization of immobilized micelles containing protein was performed. Results show that physical gramicidin immobilization with use of magnetic nanoparticles and protein/surfactant micelles, as well as chemical protein immobilization by glutaraldehyde coupling, lead to obtain membranes with enhanced ion transport properties confirmed by permeability experiments and Current-Voltage measurements. Protein maintains its biological activity when entrapped within protein/surfactant micelle in both, solution and after immobilization on polysulfone membrane. Membranes with physically immobilized gramicidin exhibits improved antibacterial properties, confirmed by bioactivity assay, optical density measurements and microscopic analysis. Obtained membranes are easy to prepare, chemically and mechanically stable and present a potential to be used in proton transport application.