Научный журнал
Научное обозрение. Химические науки

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНКАПСУЛИРОВАННЫХ НАНОЧАСТИЦ CYNARA SCOLYMUS L. ПОЛИСАХАРИДОМ НАТРИЙКАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Инагамов С.Я. 1 Абзалов А.А. 1 Мухамедов Г.И. 2
1 Ташкентский фармацевтический институт
2 Чирчикский Государственный педагогический институт
Синтезированы наночастицы из экстракта лекарственного растения артишока колючего «Сynara scolymus L.» с помощью соли металлов. Введение натрийкарбоксиметилцеллюлозы в значительной степени предотвращает агрегацию и снижает средний размер наночастиц. При смешении раствора экстракта артишока колючего которые образовали наночастицы с растворами натрийкарбоксиметилцеллюлозы (С=0,1осн*моль/л) в различных объемных соотношениях в котором наночастицы стабилизированы с полисахарадом натрийкарбоксиметилцеллюлозы. Изучены структура, физико-химические свойства растворов натрийкарбоксиметилцеллюлозы с наночастицами «Сynara scolymus L.». Для выяснения взаимодействия натрийкарбоксиметилцеллюлозы наночастицами - «Сynara scolymus L.» применяли ИК-спектроскопический метод анализа. С увеличением содержания экстракта «Сynara scolymus L.» с наночастицами в смеси показывает смещение этих полос поглощения в высокочастотную область, т.е. при соотношении: натрийкарбоксиметилцеллюлозы: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 в области 1585 см-1 указывает на то, что карбонильная группа относящиеся полисахариду сильно адсорбирована на наночастиц металла магния, который приводит к стабилизации экстракта артишока колючего - «Сynara scolymus L.». Установлена, что с увеличением содержания экстракта «Сynara scolymus L.» с наночастицами в смеси показывает смещение полос поглощения в области 1585 см-1 относящиеся карбонильной группы натрийкарбоксиметилцеллюлозы в высокочастотную область, что указывает сильной адсорбции наночастицами «Сynara scolymus L.».
артишок колючий
натрийкарбоксиметилцеллюлоза
экстракт
наночастицы
структура
свойства
полисахарид
капсулирование
1. Mukhamedov G.I., Xafizov M.M., Inagamov S.Y. Interpolymer complexes: structure, properties, application. Монография. LAP LAMBERT Academic Publishing RU., (Германия). ISBN: 978-613-8-32681-6. 2018. 295 p.
2. Саримсаков А.А., Ли Ю.Б., Рашидова С.Ш. Глазные лекарственные пленки для лечения заболеваний вирусной этиологии // Фармацевтический журнал. Ташкент., 2012. №4. С.52-56.
3. Егорова Е.М. Наночастицы металлов в растворах: биохимический синтез, свойства и применение. Автореферат диссертации на соискание ученой степени докт. … хим. наук. 2012 г. 36 с.
4. Солихов Ф.Д., Аминов С.Н., Юнусходжаев А.Н. Реологические исследования крема «Мумийодин» // Фармацевтический журнал. 2013. №2. С.67-72.
5. Инагамов С.Я., Пулатова Ф.А., Абзалов А.А. Исследование структуры и свойств наночастиц Сynara Scolymus l. капсулированных полисахаридом натрийкарбоксиметилцеллюлозы //Фармацевтический журнал., 2020 г., №1., С. 60-64.
6. Inagamov S.Ya., Mukhamedov G.I. Structure and physical-mechanical properties of interpolymeric complexes based on sodiumcarboxymethylcellulose //«Journal of Applied Polymer Science». 2011. -V. 122, №3. - Р.1749-1757.
7. Batyrbekov E.O., Utelbaeva Z.T., Umerzakova M.V. Release of drugs from polymeric eyl films Fundamental research// j. Pharmaseutical sciences – Almaty – 2011. - №7. – С.233-234.
9. Мурзагулова К. Б., Арипжанова З. Ж., Мусабаева Б. Х. Диспергирование и синтез «зеленой химии» наночастиц металлов // Молодой ученый. - 2014.- №7. -С. 17-20.
10. Khafizov M.M. Structures of interpolymer complexes based on carboxymethylsellulose and urea-formaldehyde oligomers. // Crystallography Reports. 2005-V.50.- №1.-P.94-97.

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 0

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: 27.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074