Связывание флуоресцеина хитозаном и полиэлектролитным комплексом на его основе в водных растворах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Получены и охарактеризованы полиэлектролитные комплексы хитозана с k-каррагинаном как потенциальные адсорбенты наномаркера флуоресцеина в водных средах при различных значениях pH. Спектроскопическими методами изучено связывание флуоресцеина с хитозаном и комплексом ê-каррагинан–хитозан. С помощью анализа равновесных изотерм исследованы эффективность и механизм адсорбции флуоронового красителя на синтезированных комплексах. Изотерма адсорбции флуоресцеина на частицах полиэлектролитного комплекса адекватно описана в рамках модели Фрейндлиха. На основе данных тушения флуоресценции определены эффективные константы Штерна–Фольмера флуоресцеина с хитозаном и комплексом ê-каррагинан–хитозан и показано, что связывание наномаркера с биополимерами осуществляется за счет разных механизмов взаимодействия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. М. Миргалеев

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: s_shilova74@mail.ru
Россия, 420015, Казань, ул. Карла Маркса, 68

С. В. Шилова

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: s_shilova74@mail.ru
Россия, 420015, Казань, ул. Карла Маркса, 68

Список литературы

  1. Jain T., Kumar S., Dutta P.K. Teranostics: A way of modern diagnostics and the role of chitosan // J. Mol. Genet. Med. 2015. V. 9. № 1. P. e1000159. https://doi.org/10.4172/1747-0862.1000159
  2. Wu X., Yang H., Yang W., Chen X., Gao J., Gong X., Wang H., Duan Y., Wei D., Chang J. Nanoparticle-based diagnostic and therapeutic systems for brain tumors // J. Mater. Chem. B. 2019. V. 31. № 7. P. 4734–4750. https://doi.org/10.1039/C9TB00860H
  3. Wu Y., Zhang R., Tran H.D., Kurniawan N.D., Moonshi S.S., Whittaker A.K., Ta H.T. Chitosan nanococktails containing both ceria and superparamagnetic iron oxide nanoparticles for reactive oxygen species-related theranostics // ACS Applied Nano Materials. 2021. V. 4. № 4. P. 3604–3618. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c00141
  4. Slyusareva E., Gerasimova M., Plotnikov А., Sizykh A. Spectral study of fluorone dyes adsorption on chitosan-based polyelectrolyte complexes // J. Colloid Interface Sci. 2014. V. 417. № 1. P. 80–87. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.11.016
  5. Aladesuyi O.A., Lebepe T.C., Maluleke R., Oluwafemi O.S. Biological applications of ternary quantum dots: A review // Nanotechnology Reviews. 2022. V. 11. № 1. P. 2304–2319. https://doi.org/10.1515/ntrev-2022-0136
  6. Yuan D., Wang P., Yang L., Quimby J.L., Sun Y.P. Carbon “quantum” dots for bioapplication // Exp. Biol. Med. 2022. V. 247. № 4. P. 300–309. https://doi.org/10.1177/15353702211057513
  7. Buck S.T.G., Bettanin F., Orestes E., Homem-de-Mello P., Imasato H., Viana R.B., Perussi J.R., da Silva A.B.F. Photodynamic efficiency of xanthene dyes and their phototoxicity against a carcinoma cell line: A computational and experimental study // J. Chem. 2017. V. 2017. ID: 7365263. https://doi.org/10.1155/2017/7365263
  8. Bongard R.D., Lepley M., Gastonguay A., Syrlybaeva R.R., Talipov M.R., Lipinski R.A.J., Leigh N.R., Brahmbhatt J., Kutty R., Rathore R., Ramchandran R., Sem D.S. Discovery and characterization of halogenated xanthene inhibitors of DUSP5 as potential photodynamic therapeutics // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2019. V. 375. P. 114–131. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2019.01.005
  9. Власова И.М., Власов А.А., Кулешова А.А., Гордеева Ю.А., Салецкий А.М. Константы комплексообразования наномаркеров семейства флуоресцеина с бычьим сывороточным альбумином в водных растворах // Журнал физ. химии. 2020. Т. 94. № 1. С. 114–120. https://doi.org/10.31857/S0044453720010343
  10. Zhao D., Yu S., Sun B., Gao S., Guo S., Zhao K. Biomedical applications of chitosan and its derivative nanoparticles // Polymers. 2018. V. 10. № 4. P. 462–479. https://doi.org/10.3390/polym10040462
  11. de Sousa Victor R., Marcelo da Cunha Santos A., Viana de Sousa B., de Araújo Neves G., Navarro de Lima Santana L., Rodrigues Menezes R. A review on сhitosan’s uses as biomaterial: Tissue engineering, drug delivery systems and cancer treatment // Materials. 2020. V. 13. № 21. P. 4995. https://doi.org/10.3390/ma13214995
  12. Kou S.G., Peters L., Mucalo M. Chitosan: A review of molecular structure, bioactivities and interactions with the human body and micro-organisms // Carbohydr. Polym. 2022. V. 282. P. 119132. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119132
  13. Краюхина М.А., Самойлова Н.А., Ямсков И.А. Полиэлектролитные комплексы хитозана: формирование, свойства и применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 9. С. 854–869
  14. Zhang W., Jin X., Li H., Zhang R., Wu C. Injectable and body temperature sensitive hydrogels based on chitosan and hyaluronic acid for pH sensitive drug release // Carbohydr. Polym. 2018. V. 186. P. 82–90. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.01.008
  15. Quadrado R.F.N., Fajardo A.R. Microparticles based on carboxymethyl starch/chitosan polyelectrolyte complex as vehicles for drug delivery systems // Arab. J. Chem. 2020. V. 13. № 1. P. 2183–2194. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.004
  16. Mahdavinia G.R., Mosallanezhad A., Soleymani M., Sabzi M. Magnetic- and pH-responsive -carrageenan/chitosan complexes for controlled release of methotrexate anticancer drug // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 97. P. 209–217. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.01.012
  17. Kumar R., Najda A., Duhan J.S., Kumar B., Chawla P., Klepacka J., Malawski S., Kumar Sadh P., Poonia A.K. Assessment of antifungal efficacy and release behavior of fungicide-loaded chitosan-carrageenan nanoparticles against phytopathogenic fungi // Polymers. 2022. V. 14. № 1. P. 41. https://doi.org/10.3390/polym14010041
  18. Шилова С.В., Миргалеев Г.М., Барабанов В.П. pH-чувствительные микросферы альгината кальция, модифицированные хитозаном, для иммобилизации антибиотика цефотаксима // Высокомолек. соед.2022. Т. 64А. № 5. С. 348–357. https://doi.org/10.31857/S2308112022700109
  19. Миргалеев Г.М., Шилова С.В., Барабанов В.П. Межмолекулярные взаимодействия цефотаксима с биополимером альгинатом натрия в водных растворах // Журнал прикладной химии. 2023. Т. 96. № 4. С. 350–357. https://doi.org/10.31857/S0044461823040047
  20. Langmuir I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids. Part I. Solids // J. Am. Chem. Soc. 1916. V. 38. № 11. P. 2221–2295.
  21. Freundlich H.M.F. Uber die adsorption in losungen // J. Phys. Chem. 1906. V. 57A. P. 385–470.
  22. Hall K.R., Eagleton L.C., Acrivos A., Vermeulen T. Pore- and solid-diffusion kinetics in fire-bed adsorption under constant-pattern conditions // Ind. Eng. Chem. Fund. 1966. V. 5. P. 212–223.
  23. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М.: Мир, 1986.
  24. Ельчищева Ю.Б. Спектрофотометрические методы анализа: учебное пособие. Пермь: ПГНИУ, 2023. С. 106–119.
  25. Щипунов Ю.А. Структура полиэлектролитных комплексов на примере гидрогелей хитозана с лямбда-каррагинаном // Высокомолек. соед. 2020. Т. 62А. № 1. С. 57–64. https://doi.org/10.31857/S2308112020010101
  26. Галаев И.Ю. “Умные” полимеры в биотехнологии и медицине // Успехи химии. 1995. Т. 64. № 5. С. 505–524.
  27. Kulikov S., Tikhonov V., Blagodatskikh I., Bezrodnykh E., Lopatin S., Khairullin R., Philippova Y., Abramchuk S. Molecular weight and pH aspects of efficacy of oligochitosan against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) // Carbohydr. Polym. 2012. V. 87. № 1. P. 545–550. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.08.017
  28. Пчедлов-Петросян Н.О. Флуоресцеиновые красители в растворах – хорошо изученные системы? // Вестник Харьковского национального университета. 2004. № 626. Химия. Вып. 11. № 34. С. 221–313.
  29. Brugnerotto J., Lizardi J., Goycoolea F.M., Argüéelles-Monal W., Desbriéres J., Rinaudo M. An infrared investigation in relation with chitin and chitosan characterization // Polymer. 2001. V. 42. № 8. P. 3569–3580. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00713-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структурные формулы повторяющихся звеньев ХТЗ (а) и к-КРГ (б).

Скачать (95KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость удельной электропроводимости смесей КРГ и ХТЗ от их состава [КРГ] : [ХТЗ].

Скачать (57KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения частиц ФЛЦ–ХТЗ при pH 5.6, полученные на люминесцентном микроскопе (сФЛЦ = = 20 мкг/мл, сХТЗ = 12.5 мМ).

Скачать (68KB)
Метаданные
5. Рис. 4. ИК-спектры ФЛЦ (1), ХТЗ (2) и комплекса ФЛЦ–ХТЗ (3), выделенного из водного раствора при pH 5.6.

Скачать (84KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры поглощения растворов ФЛЦ (1) в присутствии ХТЗ (2) и ПЭК (3) (сФЛЦ = 20 мкг/мл, сХТЗ = 12.5 мМ, отношение концентраций в ПЭК [КРГ] : [ХТЗ] = 1.5, pH 7.0).

Скачать (73KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры флуоресценции ФЛЦ (3 мкМ) (1) в растворах с различными концентрациями ХТЗ: 1 (2), 3 (3), 5 (4) мМ. Справа – тушение флуоресценции ФЛЦ добавлением ХТЗ, [Q] – концентрация ХТЗ (а); спектры флуоресценции растворов ФЛЦ (3 мкМ) (1) в присутствии ХТЗ (2) и ПЭК (3) (сХТЗ = 1 мМ, отношение концентраций полиэлектролитов в ПЭК [КРГ] : [ХТЗ] = 1.5). Справа – тушение флуоресценции ФЛЦ добавлением ПЭК, [Q] – концентрация ПЭК (б). (λвозб = 440 нм, pH 7.0).

Скачать (180KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024