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:
ηотн. = 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
Na-КМЦ [9 ,10] |
МФО [8 ] |
Отнесение полос |
|||
частота, см-1 |
интен- сивность |
Частота колебаний, ν, см -1 |
|||
линейно- разветв- ленный |
цикли- ческий |
интен-сив-ность |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
3450 |
ш.с.* |
- |
- |
- |
νas (OH) |
- |
- |
3430 |
3430-3450 |
пл.х |
νas (NH2) |
- |
- |
3330 |
3360 |
o.c.x |
νas (OH), ν (NH2) |
- |
- |
2960 |
2960 |
cp.x |
νs (CH2) |
2930 |
cp. |
- |
- |
- |
ν (CH2) |
1740 |
cp. |
- |
- |
- |
ν (OH) |
- |
- |
1650 |
1620-1650 |
o.c. |
Амид – I ν (CO) |
- |
- |
1560 |
1580-1600 |
o.c. |
Амид–II δ (NH2), ν(CN) |
1590-1620 |
cp. |
- |
- |
- |
ν (COO-) |
- |
- |
- |
1480 |
cp. |
δas(CH2), (CN) |
1435 |
cp. |
- |
- |
- |
ν (COO-) |
- |
- |
1400 |
1400 |
cp. |
δas(CN), (CH2) |
1380 |
o.c |
- |
- |
δs(CH2) |
|
1385 |
|||||
1340 |
o.c |
- |
- |
- |
γω (CH2) |
- |
- |
1250 |
1270-1290 |
cp.,cл |
Амид –III γω CH2, OCN, δNH |
1250 |
oл. |
- |
- |
- |
γω (CH2) |
1170 |
пл. |
- |
- |
- |
Маятн.метильной гр. |
- |
- |
- |
1130-1150 |
cp. |
ν(CN), δ(CH2), CH2-N-CH2 |
1150 |
o.c. |
- |
- |
- |
νas (COC) |
- |
- |
1130 |
- |
cp. |
γω (NH2) |
1090 |
o.c. |
- |
- |
- |
Асим.колеб.кольца |
- |
- |
1020 |
1020 |
cл. |
ν(CN), δ(C-О) |
920 |
сл. |
900 |
920 |
cл. |
Колебания кольца |
- |
- |
- |
800-815 |
cp. |
Скелет.кол.цикл.струк |
- |
- |
780 |
- |
cл. |
δ (CО) |
- |
- |
- |
765 |
cл. |
δ (CО) |
* – 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
Состав Свойства |
Na-КМЦ |
Na-КМЦ - Экстракт «Cynara scolymus L.» |
Экстракт «Cynara scolymus L.» |
|||
80:20 |
60:40 |
40:60 |
20:80 |
|||
Внешний вид |
Бело-желтоватая жидкость со своеоб-разным запахом |
Темно-зеленная жидкость со своеоб-разным запахом |
Светло- зеленная жидкость со своеоб-разным запахом |
Светло- зеленная жидкость со своеоб-разным запахом |
Светло-коричне-вая жид-кость со своеоб-разным запахом |
Коричневая жидкость со своеоб-разным запахом |
Показатель рН (1:10) |
7,2 |
7,0 |
6,48 |
6,30 |
6,52 |
6,70 |
Вязкость раствора η, Па•с |
0,075 |
55,4•10-6 |
27,7•10-6 |
3,5•10-6 |
3,2•10-6 |
15,10•10-6 |
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.
Библиографическая ссылка
Инагамов С.Я., Абзалов А.А., Мухамедов Г.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНКАПСУЛИРОВАННЫХ НАНОЧАСТИЦ CYNARA SCOLYMUS L. ПОЛИСАХАРИДОМ НАТРИЙКАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ // Научное обозрение. Химические науки. – 2020. – № 1. ;URL: https://science-chemistry.ru/ru/article/view?id=59 (дата обращения: 26.12.2024).