Scientific journal

Scientific Review. Chemical sciences

Введение. В развитии современных нанотехнологий значительную роль играют исследования наночастиц, полученных из экстрактов лекарственного растения с помощью растворов солей металлов. Это обусловлено широким спектром возможностей их практического применения, в которых используются специфические свойства как самих наночастиц полученных из экстрактов лекарственных растений, так и модифицированных ими материалов [1].

Цель исследования. Основной целью данной работы является изучение физико-химических, структурных свойств и стабильности инкапсулированных наночастиц полученных из лекарственного растения артишока колючего - «Сynara scolymus L.» и разработка новых эффективных нанолекарственных препаратов на их основе.

Материал и методы исследования. В данной работе в качестве объекта исследований выбраны наночастицы полученные из лекарственного растения артишока колючего-«Сynara scolymus L.». Для получения наночастицы из «Сynara scolymus L.» приготовили водно-спиртовый экстракт из листьев артишока колючего в соотношении: сухой артишок: 70% -ный этиловый спирт = 1:10. Из экстракта получены наночастицы с введением соли металлов различной концентрации (от 0,1 % до 5 %). Синтез наночастиц из экстракта артишока колючего - «Сynara scolymus L.» проводили при комнатной температуре при перемешивании экстракта до изменения света. В процессе исследований наблюдали образование мутности раствора экстракта и в дальнейшем осаждение частиц в течение определенной времени методом спектрофотометрии, что свидетельствуют об образовании наночастиц металлов магния. В качестве соли металлов использовали магний сульфат – Mg SO4. Магния сульфат («Magnesii sulfatis», другое название – английская соль, магнезия и др.) является лекарственным средством, которое содержит в качестве действующих компонентов ионы магния и ионы снльфатной группы. Бесцветные ромбические кристаллы с молекулярной массой (в а.е.м) – 120,36.

В полученных экстрактах из артишока колючего с течением времени происходит агрегация. Для предотвращения агрегации полученных наночастиц во всех случаях используются стабилизаторы, которые обеспечивают устойчивость системы. Стабилизаторами обычно служат полимеры природного происхождения - полисахариды, желатин, крахмал, агар-агар и др. или полимеры синтетического происхождения и поверхностно-активные вещества (ПАВ).

В работе для усиления агрегативной устойчивости использовали полисахарид натрийкарбоксиметилцеллюлоза (Na-КМЦ). Для этого приготовили растворы в различных соотношениях Na-КМЦ:экстракт «Сynara scolymus L.» = 80:20; 60:40; 40:60; 20:80.

Введение Na-КМЦ в значительной степени предотвращает агрегацию и снижает средний размер наночастиц. При смешении раствора экстракта артишока колючего которые образовали наночастицы с растворами Na-КМЦ (С=0,1осн*моль/л) в различных объемных соотношениях в котором наночастицы стабилизированы полисахаридом Na-КМЦ.

Структуру полученных продуктов устанавливали, используя методы ИК–спектроскопии и электронной микроскопии. ИК–спектры в интервале 400–4000 см-1 регистрировали на спектрофотометрах «NIKOLET Magna- 560 IR» и «Specord–75IR» (Карл Цейс, ГДР). Образцы для ИК–спектроскопии готовили в виде таблеток с КВr, пленок на пластинке KRS–5 и пленок толщиной 8–12 мкм. Пленки на пластинке KRS–5 получали испарением растворителя при комнатной температуре (22–24°С).

Потенциометрическое титрование и измерение рН растворов электролитов и их смесей проводили на универсальном иономере ЭВ-74 с использованием стеклянного (измерительный) и хлоросеребристого (сравнительный) электродов. Точность измерения рН – 0,2 ед. рН. Перед измерением прибор настраивали по стандартным растворам. Титрование проводили при постоянном перемешивании и при температуре 22-24°С.

Вязкость растворов поликомплексных композитов определяли на вискозиметре Уббеллоде (d = 2 мм), при различных температурах в термостатированных условиях и определяли время истечения раствора.

Относительная вязкость рассчитывали по формуле:

η_отн. = τ₁ /τ₀

где, τ₁ – время истечения раствора, с

τ₀ – время истечения растворителя ,с

Ошибка эксперимента не превышала 5%.

Результаты исследования и их обсуждение. Возможности исследования свойств наночастиц металлов, разработки вариантов их практического применения, а также выяснения механизмов их биологического действия в значительной степени зависят от способа получения, который во многих случаях определяет их структуру, размеры, физические и химические свойства и, главное, стабильность – время жизни в наноразмерном состоянии. Среди способов получения наночастиц большую группу образуют методы химического синтеза, основанные на восстановлении ионов металла до атомов в растворах, в условиях, благоприятствующих последующей агрегации атомов и ионов с образованием наночастиц. Одним из таких методов является метод осаждение или так называемый метод «зеленной химии», на основе которого возникло новое направление в области синтеза, исследований свойств и разработки вариантов применения наночастиц металлов [2]. Скорость формирования, выход, размеры и стабильность наночастиц зависят от различных факторов — состава соли металла, концентраций соли металла и флавоноида, степени гидратации и др.

Для выяснения взаимодействия Na-КМЦ наночастицами - «Сynara scolymus L.» применяли ИК-спектроскопический метод анализа. Были сняты ИК-спектры экстракта «Сynara scolymus L.» с наночастицами так и растворов наночастиц соли металлов в присутствии полисахарида Na-КМЦ различных соотношений. Следует отметить, что ИК-спектры всех соотношений Na-КМЦ и экстракт с различными соотношениями имели практически одинаковый набор полос поглощения и отличались в значительной степени интенсивностью друг от друга и смещением некоторых полос поглощения. Структуру использованных продуктов Na-КМЦ устанавливали, используя методы ИК-спектроскопии и основываясь на литературных данных [3,4].

Теперь остановимся на некоторых особенностях строения Na-КМЦ, объясняющих ее свойства (табл.1). В качестве основного объекта исследования использовали очищенную Na-КМЦ Наманганского химического завода, полученную методом гетерогенной твердофазной этерификации сульфитной древесной целлюлозы монохлоруксусной кислотой (МХУК) следующего строения [1, и схема]:

со степенью замещения (СЗ) 70 и степенью полимеризации (СП) 450, по ГОСТ 5.588-79. При использовании Na-КМЦ повторно очищали от низкомолекулярных солей по методике, приведенной в работе [1].

Na-КМЦ – слабая поликислота, константа диссоциации ее зависит от СЗ. При изменении СЗ от 10 до 80 константа диссоциации изменяется от 5,25·10^-7 до 5·10^-5 . Na-КМЦ представляют собой белый или слегка желтоватый порошкообразный или волокнистый продукт без запаха с насыпной массой 400 – 800 кг/м3, плотностью 1,59 г/см3. Показатель преломления равен 1,515. Температура размягчения Na-КМЦ 170°С, при более высокой температуре она разлагается. Na-КМЦ растворима в холодной и горячей воде. Образуют высоковязкие водные растворы. В водных растворах является полиэлектролитом. Na-КМЦ разрешена для широкого применения в медицине и фармации [1].

Известно, что Na-КМЦ, помимо обычной для высокомолекулярных соединений полидисперсности, обладает значительной композиционной химической неоднородностью [5], т.е. имеет различное количественное соотношение функциональных групп в цепи и разный характер распределения этих групп в звене. Поэтому она может рассматриваться как сополимер, состоящий из двух типов звеньев: D – глюкопиранозы с глюкопиронозогликолиевой кислотой. В нейтральных средах при рН около 7 в макромолекуле Na-КМЦ присутствуют как незамещенные гидроксильные группы, так и смесь ионизованные карбоксильные группы [6, и схема]:

Количественный анализ спектров Na-КМЦ с использованием данных о характеристических частотах отдельных функциональных групп [6-10], позволил провести отнесение всех полос поглощения и установить структурные закономерности (табл.1).

Таблица 1

Отнесение полос поглощения в ИК – спектрах Na-КМЦ

* – ш.с. – широкая слабая; пл. – плечо; о.с. – очень слабая; ср. – средняя; сл. – слабая.

Таким образом, вышеизложенные результаты исследования исходного Na-КМЦ показывают [7], что он являются полифункциональными, присутствии в их макромолекулах СОО-, СООН групп придает этим полимерам характерные свойства полиэлектролитов.

Таблица 2

Физико-химические свойства наночастиц из экстракта артишока колючего - «Cynara scolymus L.» капсулированного натрийкарбоксиметилцеллюлозой

В полученных ИК-спектрах Na-КМЦ: «Сynara scolymus L.» различных соотношений показали наличие -ОН групп расположенные в области 3240 см-1 , а также 1585 см-1 и 1410 см-1 которые относятся к карбонильным группам Na-КМЦ. С увеличением содержания экстракта «Сynara scolymus L.» с наночастицами в смеси показывает смещение этих полос поглощения в высокочастотную область , т.е. при соотношении: Na-КМЦ : экстракт «Сynara scolymus L.» = 20:80 - 1593 см-1; при соотношении 40:60 - 1597 см-1; а при соотношении 60:40 - 1600 см-1. По-видимому смещение полос поглощения расположенные вобласти 1585 см-1 указывает на то, что карбонильная группа относящиеся Na-КМЦ сильно адсорбирована на наночастиц металла магния, который приводит к стабилизации экстракта артишока колючего - «Сynara scolymus L.».

Вышеизложенные экспериментальные данные подтверждаются микроскопическими снимками смесей растворов Na-КМЦ: экстракт «Сynara scolymus L.» различных соотношений, который приведен на рис.1. Из рис.1 определяли размеры наночастиц который колеблется от 120 нм до 280 нм. Следует отметить, что введение Na-КМЦ в значительной степени предотвращает агрегацию и снижает средний размер наночастиц (рис.1).

Рис.1. Микроскопические снимки инкапсулированные наночастиц экстракта

«Сynara scolymus L.» полисахаридом натрийкарбоксиметилцеллюлозой (а) и схема образования наночастиц экстракта «Сynara scolymus L.» (b).

При смещении раствора наночастиц экстракта артишока колючего с растворами Na-КМЦ в различных объемных соотношениях получен нанокомпозит, в котором наночастицы стабилизированы полисахаридом Na-КМЦ (рис.1). Приведем коротко результаты исследования физико-химических свойств синтезированных нанокомпозитов (табл. 2). А также с ростом концентрации соли магния сульфата наблюдается увеличение размера наночастиц.

Выводы. Таким образом, проведен синтез наночастиц из экстракта лекарственного растения «Cynara scolymus L.» с введением соли металов. Путем варьирования концентрации полисахарида Na-КМЦ получен агрегативно устойчивый нанокомпозит, в котором наночастицы стабилизированы полисахаридом Na- КМЦ.