The present invention provides a process for the encapsulation of biologically important proteins into transparent, porous silica matrices by an alcohol-free, aqueous, colloidal sol-gel process, and to the biological materials encapsulated thereby. The process is exemplified by studies involving encapsulated cytochrome c, catalase, myoglobin, and hemoglobin, although non-proteinaceous biomaterials, such as active DNA or RNA fragments, cells or even tissues, may also be encapsulated in accordance with the present methods. Conformation, and hence activity of the biomaterial, is successfully retained after encapsulation as demonstrated by optical characterization of the molecules, even after long-term storage. The retained conformation of the biomaterial is strongly correlated to both the rate of gelation and the subsequent drying speed of the encapsulatng matrix. Moreover, in accordance with this process, gelation is accelerated by the use of a higher colloidal solid concentration and a lower synthesis pH than conventional methods, thereby enhancing structural stability and retained conformation of the biomaterials. Thus, the invention also provides a remarkable improvement in retaining the biological activity of the encapsulated biomaterial, as compared with those involved in conventional alkoxide-based processes. It further provides new methods for the quantitative and qualitative detection of test substances that are reactive to, or catalyzed by, the active, encapsulated biological materials.

Die anwesende Erfindung stellt einen Prozeß für die Verkapselung der biologisch wichtigen Proteine in die transparenten, porösen Silikonmatrizen von einem alkoholfreien, wäßrigen, kolloidalen Solenoid-Gel Prozeß und zu den biologischen Materialien zur Verfügung, die dadurch eingekapselt werden. Der Prozeß wird durch die Studien illustriert, die eingekapselten Zellfarbstoff c, Katalase, Myohämatin mit einbeziehen, und Hämoglobin, obgleich nicht-proteinartige Biosubstanzen, wie aktive DNA oder RNS-Fragmente, Zellen oder sogar Gewebe, kann in Übereinstimmung mit den anwesenden Methoden auch eingekapselt werden. Anpassung und folglich Tätigkeit der Biosubstanz, wird erfolgreich nach Verkapselung behalten, wie durch optische Kennzeichnung der Moleküle, sogar nach langfristiger Lagerung gezeigt. Die behaltene Anpassung der Biosubstanz wird stark mit der Rate der Gelierung und der folgenden trocknenden Geschwindigkeit der encapsulatng Matrix aufeinander bezogen. Außerdem in Übereinstimmung mit diesem Prozeß, wird Gelierung durch den Gebrauch von einer höheren kolloidalen festen Konzentration und einer niedrigeren Synthese pH als herkömmliche Methoden beschleunigt, dadurch erhöht man strukturelle Stabilität und behaltene Anpassung der Biosubstanzen. So stellt die Erfindung auch eine bemerkenswerte Verbesserung zur Verfügung, wenn sie die biologische Tätigkeit der eingekapselten Biosubstanz, verglichen mit denen behält, die in herkömmliche Alkoxid-gegründete Prozesse mit einbezogen werden. Sie stellt weiter neue Methoden für die quantitative und qualitative Abfragung der Testsubstanzen, denen zu reagierend seien Sie, oder vorbei katalysiert, die aktiven, eingekapselten biologischen Materialien zur Verfügung.