Процессы самоорганизации и гелеобразования в цистеин-серебряном растворе с участием хитозана и электролита

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

В работе с помощью методов УФ-спектроскопии, динамического светорассеяния, рН-метрии, вискозиметрических испытаний, сканирующей электронной микроскопии изучены процессы самосборки и гелеобразования в низкоконцентрированных водных растворах на основе аминокислоты L-цистеин и нитрата серебра, так называемого цистеин-серебряного раствора, низкомолекулярного водорастворимого хитозана (ХЗ) и инициатора гелеобразования CuSO4. Установлено, что процесс гелеобразования в цистеин-серебряном растворе – гель-прекурсоре – под влиянием ХЗ и сульфата меди протекает в узком концентрационном диапазоне: Схз = 0.0100–0.0150 мг/мл, CCuSO4 = 0.4–0.6 мМ, при этом CL-Cys – 3.00 мМ, CAgNO3 – 3.75 мМ, молярное соотношение Ag+/Cys равняется 1.27. Гидрогели различного композиционного состава: ЦСР-ХЗ, ЦСР-ХЗ-CuSO4, ЦСР-CuSO4 – не обладают высокой механической прочностью, однако устойчивы во времени. Структурные элементы ЦСР – кластерные цепочки цвиттер-ионов меркаптида серебра – имеют положительный заряд, поэтому образование полиэлектролитных комплексов в ЦСР-ХЗ и ЦСР-ХЗ-CuSO4 гидрогелях не происходит, так как рН цистеин-серебряного раствора – 2.6. Введение в ЦСР-ХЗ образцы сульфата меди способствует формированию более прочного гидрогеля за счет ассоциации кластеров меркаптида серебра и молекул ХЗ с сульфат-анионом и координации ионов Cu(II) с депротонированными карбоксильными группами различных кластеров.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

Г. Зеников

ФГБОУ ВО “Тверской Государственный Университет”

Autor responsável pela correspondência
Email: zenikov.german@mail.ru
Rússia, 170100, Тверь, ул. Желябова, 33

С. Хижняк

ФГБОУ ВО “Тверской Государственный Университет”

Email: zenikov.german@mail.ru
Rússia, 170100, Тверь, ул. Желябова, 33

А. Иванова

ФГБОУ ВО “Тверской Государственный Университет”

Email: zenikov.german@mail.ru
Rússia, 170100, Тверь, ул. Желябова, 33

П. Пахомов

ФГБОУ ВО “Тверской Государственный Университет”

Email: zenikov.german@mail.ru
Rússia, 170100, Тверь, ул. Желябова, 33

Bibliografia

  1. Jagrosse M.L., Agredo P., Abraham B.L., Toriki E.S., Nilsson B.L. Supramolecular phenylalanine-derived hydrogels for the sustained release of functional proteins // ACS Biomater. Sci. Eng. 2023. V. 9. № 2. P. 784–796. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.2c01299
  2. Alam N., Sarma D. Thixotropic supramolecular metallogel with 2D sheet morphology: Iodine sequestration and column based dye // Soft Matter. 2020. V. 16. № 47. P. 10620–10627. https://doi.org/10.1039/D0SM00959H
  3. Du X., Zhou J., Shi J., Bing Xu B. Supramolecular hydrogelators and hydrogels: From soft matter to molecular biomaterials // Chem. Rev. 2015. V. 115. № 24. P. 13165–13307. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00299
  4. Pramanik B. Short peptide‐based smart thixotropic hydrogels // Gels. 2022. V. 8. № 9. P. 569. https://doi.org/10.3390/gels8090569
  5. Liangchun L., Rongqin S., Renlin Z., Yi H. Anions-responsive supramolecular gels: A review // Materials & Design. 2021. № 205. P. 109759. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109759
  6. Qin L., Wang P., Guo Y., Chen C., Liu M. Self-assembled soft nanomaterials via silver(I)-coordination: Nanotube, nanofiber, and remarkably enhanced antibacterial effect // Advanced Science. 2015. V. 2. № 11. P. 1500134. https://doi.org/10.1002/advs.201500134
  7. Ma Y., Shi L., Liu F., Zhang Y., Pang Y., Shena X. Self-assembled thixotropic silver cluster hydrogel for anticancer drug release // Chemical Engineering J. 2019. V. 362. P. 650–657. https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.01.096
  8. Vandera K-K.A, Pague C., Omar J., González-Gaitano G., Twana M.W, Khutoryanskiy V.V., Dreiss C.A. Formation of supramolecular gels from host-guest interactions between PEGylated chitosan and -cyclodextrin // Macromol. Mater. Eng. 2023. V. 308. № 6. P. 2200646. http://dx.doi.org/10.1002/mame.202200646
  9. Furlani F., Marfoglia A., Marsich E., Donati I., Sacco P. Strain hardening in highly acetylated chitosan gels // Biomacromolecules. 2021. V. 22. № 7. P. 2902–2909. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.1c00293
  10. Azam A., Ziafat S., Anjum F., Faseeh H., Ban, R., ur Rehman A., Bashir A. Application of chitosan-based polysaccharide biomaterials in tissue engineering: Chitosan-based polysaccharide biomaterials // Pakistan Journal of Health Sciences. 2023. V. 4. № 9. P. 10–16. https://doi.org/10.54393/pjhs.v4i09.1038
  11. Liu H., Wang C., Li C., et al. A functional chitosan-based hydrogel as a wound dressing and drug delivery system in the treatment of wound healing // RSC Advances. 2018. V. 8 № 14. P. 7533–7549. https://doi.org/10.1039/C7RA13510F
  12. Kaur M., Sharma A., Puri V., et al. Chitosan-based polymer blends for drug delivery systems // Polymers. 2023. V. 15. № 9. P. 2028. https://doi.org/10.3390/polym15092028
  13. Paradowska-Stolarz A., Milkulewicz M., Laskowska J, Karolewicz B., Owczarek A. The importance of chitosan coatings in dentistry // Mar. Drugs. 2023. V. 21. № 12. P. 613. https://doi.org/10.3390/md21120613
  14. García-Cabezón C., Godinho V., Salvo-Comino C., Torres Y., Martín-Pedrosa F. Improved corrosion behavior and biocompatibility of porous titanium samples coated with bioactive chitosan-based nanocomposites // Materials. 2021. V. 14. № 21. P. 6322. https:// doi.org/10.3390/ma14216322
  15. Bashir S., Teo Y.Y., Ramesh S., Ramesh K., Khan A.A. N-succinyl chitosan preparation, characterization, properties and biomedical applications: A state of the art review // Reviews in Chemical Engineering. 2015. V. 31. № 6. P. 563–597. http://dx.doi.org/10.1515/revce-2015-0016
  16. He R., Sun S., Wang Z., Hu S. Synthesis and performance study of pH/magnetic dual response chitosan based emulsifiers // 2023 9th International Conference on Applied Materials and Manufacturing Technology (ICAMMT-2023) 24/04/2023-26/04/2023 Qingyuan, China. 2023. V. 2587. P. 012019. https://doi.org/10.1088/1742–6596/2587/1/012019
  17. Lee S., Shanti A. Effect of exogenous pH on cell growth of breast cancer cells // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 18. P. 9910. https://doi.org/10.3390/ijms22189910
  18. Tenorio-Barajas A.Y., Olvera M.L., Romero-Paredes G., Altuzar V., Garrido-Guerrero E., Mendoza-Barrera C. Chitosan, chitosan/IgG-loaded, and N-trimethyl chitosan chloride nanoparticles as potential adjuvant and carrier-delivery systems // Molecules. 2023. V. 28. № 10. P. 4107. https://doi.org/10.3390/molecules28104107
  19. Begum R., Shenbagarathai R., Lavanya U., Bhavan K. Synthesis, characterization, and antimicrobial activity of extracted chitosan-based silver nanoparticles // Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. 2023. V. 12. № 5. P. e4215. https://doi.org/10.55251/jmbfs.4215
  20. Pakhomov P.M., Ovchinnikov M.М., Khizhnyak S.D., Roshchina O.A., Komarov P.V. A supramolecular medical hydrogel based on L-cysteine and silver ions // Polym. Sci. Ser. A. 2011. V. 53. № 9. P. 820–826. http://dx.doi.org/10.1134/S0965545X11090094
  21. Khizhnyak S., Komarov P., Ovchinnikov M., Zherenkova L., Pakhomov P. Mechanism of gelation in low-concentration aqueous solutions of silver nitrate with L-cysteine and its derivatives // Soft Matter. 2017. V. 30. № 13. P. 5168–5184. https://doi.org/10.1039/C7SM00772H
  22. Komarov P., Ovchinnikov M., Khizhnyak S., Alekseev V., Mikhailov I., Pakhomov P. On molecular gelation mechanism of L-cysteine based hydrogel // Nanoscience and Nanoengineering. 2013. V. 1. № 1. P. 23–35. http://dx.doi.org/10.13189/nn.2013.010104
  23. Бабуркин П.О., Комаров П.В., Малышев М.Д., Хижняк С.Д., Пахомов П.М. Компьютерное моделирование структурообразования в водных растворах L-цистеина и нитрата серебра под влиянием соли-инициатора // Коллоидн. журн. 2017. Т. 79. № 5. С. 534–543. https://doi.org/10.7868/S0023291217050020
  24. Овчинников М.М., Червинец В.М., Червинец Ю.В., Михайлова Е.С., Хижняк С.Д., Пахомов П.М. Новые катионные антисептики на основе композиций L-цистеин-серебряного раствора и хитозана // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2016. № 1. С. 140–151.
  25. Зеников Г.Р., Хижняк С.Д., Пахомов П.М. Супрамолекулярные гидрогели на основе аминокислоты L-цистеин, нитрата серебра и хитозана // Вестник Тверского государственного университета. Cерия: Химия. 2021. Т. 4. № 46. С. 131–141.
  26. Андрианова Я.В., Вишневецкий Д.В., Хижняк С.Д., Пахомов П.М. Исследование процессов гелеобразования в цистеин-серебряном растворе при добавлении сульфатов металлов // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2023. Т. 3. № 53. С. 21–29.
  27. Андрианова Я.В., Вишневецкий Д.В., Иванова А.И., Хижняк С.Д., Пахомов П.М. Процессы гелеобразования в водном растворе L-цистеин/AgNO3 под влиянием солей металлов различной валентности // Известия Академии Наук. Серия Химическая. 2023. Т. 72. № 9. С. 2171–2179.
  28. Brunel F., El Gueddari N.E., Moerschbacher B.M. Complexation of copper(II) with chitosan nanogels: Toward control of microbial growth // Carbohydrate Polymers. 2013. V. 92. № 2. P. 1348–1356. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.10.025
  29. Mekahlia S., Bouzid B. Chitosan-Copper (II) complex as antibacterial agent: Synthesis, characterization and coordinating bond- activity correlation study // Physics Procedia. 2009. V. 2. № 3. P. 1045–1053. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2009.11.061
  30. Malyshev M.D, Khizhnyak S.D., Zherenkova L.V., Pakhomov P.M., Komarov P.V. Self-assembly in systems based on L-cysteine–silver-nitrate aqueous solution: Multiscale computer simulation // Soft Matter. 2022. V. 18. № 39. P. 7524–7536. https://doi.org/10.1039/D2SM00846G
  31. Shen J.-S., Li D.-H., Zhang M.-B., Zhou J., Zhang H., Jiang Y.-B. Metal-metal-interaction-facilitated coordination polymer as a sensing ensemble: A case study for cysteine sensing // Langmuir. 2011. V. 27. № 1. P. 481–486. https://doi.org/10.1021/la103153e
  32. Odriozola I., Casuso P., Loinaz I., Cabanero G., Grande H.J. Designing neutral metallophilic hydrogels from di- and tripeptides // Org. Biomol. Chem. 2011. V. 9. № 14. P. 5059–5061. http://dx.doi.org/10.1039/c1ob05520h

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Structural formula of chitosan.

Baixar (49KB)
Metadados
3. Fig. 2. Photo of TsSR-ChZ-CuSO4 hydrogels 5 days after synthesis. Content of chitosan and CuSO4 in samples (V ml/1 ml TsSR): 0 – TsSR (control); 1 – Схз = 0.0075 mg/ml, CCuSO4 = 0.3 mM; 2 – Схз = 0.0100 mg/ml, CCuSO4 = 0.4 mmol; 3 – Схз = 0.0125 mg/ml, CCuSO4 = 0.5 mmol; 4 – Схз = 0.0150 mg/ml, CCuSO4 = 0.6 mmol; 5 – Схз = 0.0175 mg/ml, CCuSO4 = 0.7 mmol. Chilled oxide and electrolyte were added to the samples in equal volumes – 1:1.

Baixar (119KB)
Metadados
4. Fig. 3. Dependence of dynamic viscosity on storage time for hydrogels a, b – CSS-KhZ [25]; c, d – CSS-KhZ-CuSO4; d, e – CSS-CuSO4. Concentration of KhZ and CuSO4 in samples: a, c, d – Схз= 0.0100 mg/ml, CCuSO4=0.4 mM; b, d, e – Схз=0.0125 mg/ml, CCuSO4=0.5 mM. 1 – 30 min after synthesis, 2 – 3 days after synthesis, 3 – 6 days after synthesis, 4 – 10 days after synthesis.

Baixar (422KB)
Metadados
5. Fig. 4. Electronic spectra of samples depending on: composition (a) – CSS (1), CSS-KhZ (2), CSS-KhZ-CuSO4 (3), CSS-CuSO4 (4) Схз=0.0100 mg/ml, CCuSO4=0.4 mM, cuvette thickness – 1 mm, 2 days after synthesis; on the concentration of KhZ (b) – (0 (1), 0.0100 (2), 0.0150 (3) mg/ml) (3), cuvette thickness – 2 mm, 7 days after synthesis; on composition (c) – CSS (1), CSS-KhZ-CuSO4 (2), CSS-CuSO4 (4), Схз = 0.0150 mg/ml, CCuSO4 = 0.6 mM; cuvette thickness – 2 mm, 7 days after synthesis.

Baixar (247KB)
Metadados
6. Fig. 5. Distribution of scattering particles by size: a) CSS (1) after addition of sulfate anion depending on time: 2 – 5, 3 – 30, 4 – 120 min; CL-Cys – 0.750 mM, CAgNO3 – 0.953 mM, CCuSO4 – 0.025 mM. b) in CSS (1), 2 – KhZ (2), 3 – CSS-KhZ (3), CL-Cys – 0.750 mM, CAgNO3 – 0.938 mM, Схз=0.0019 mg/ml [25].

Baixar (187KB)
Metadados
7. Fig. 6. SEM micrographs of samples: a – CSR; b, d – CSR-CuSO4; c – CSR-KhZ-CuSO4; d – CSR-KhZ.

Baixar (548KB)
Metadados

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».