Directed Hydrothermal Synthesis of Aluminosilicates of Various Structural Types and Prospects for Their Use in Medicine

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of analysis and experimental studies of the possibilities of using synthetic aluminosilicates (montmorillonites, kaolinites, zeolites) in medicine, in particular in the field of entero- and hemosorption, in the development of targeted drug delivery systems with prolonged and pH-controlled release of the active substance in various environments, as well as components of wound dressings are presented. Montmorillonites, aluminosilicates of the kaolinite subgroup with different particle morphologies and zeolites of structural types Beta, Rho and Y were obtained under hydrothermal conditions and characterized by a complex of physicochemical research methods. The results of studying the adsorption and desorption of model drugs (thiamine hydrochloride, 5-fluorouracil) from porous aluminosilicate matrices of various chemical compositions in various media simulating body environments, adsorption of markers of endogenous intoxication (methylene blue), the ability of aluminosilicates to biodegrade in body environments, and also studies of biological activity, in particular cytotoxicity and hemolytic activity of synthetic aluminosilicates are presented. The results obtained show significant prospects for the use of synthetic aluminosilicates to obtain non-toxic, highly effective sorbents for medical use and drug carriers.

Full Text

Restricted Access

About the authors

O. Yu. Golubeva

Institute of Silicate Chemistry of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: olga_isc@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

Yu. A. Alikina

Institute of Silicate Chemistry of Russian Academy of Sciences

Email: olga_isc@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

E. Yu. Brazovskaya

Institute of Silicate Chemistry of Russian Academy of Sciences

Email: olga_isc@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

N. Yu. Ulyanova

Institute of Silicate Chemistry of Russian Academy of Sciences

Email: olga_isc@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Физикохимия силикатов и оксидов: к 50-летию Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова / Отв. ред. Шульц М.М. СПб.: Наука, 1998. ISBN 5-02-024867-3.
  2. Шульц М.М. // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 8. С. 45.
  3. Лазаренко Е.К. Курс минералогии. М.: Высшая школа, 1963. С. 559.
  4. Li Y., Yu J. // Nat. Rev. Mater. 2021. V. 6. P. 1156. https://doi.org/10.1038/s41578-021-00347-3
  5. Zhang H., Samsudin I., Jaenicke S. et al. // Catal. Sci. Technol. 2022. V. 12. P. 6024. https://doi.org/10.1039/D2CY01325H
  6. Kantevari S., Vuppalapati V.N., Nagarapu L. // Catal. Сommun. 2007. V. 8. № 11. P. 1857. https://doi.org/10.1016/j.catcom.2007.02.022
  7. Mitsudome T., Nose K., Mizugaki T. et al. // Tetrahedron Lett. 2008. V. 49. № 38. P. 5464. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2008.07.011
  8. Chankeshwara S.V., Chakraborti A.K. // J. Mol. Catal. A: Chem. 2006. V. 253. № 1–2. P. 198. https://doi.org/10.1016/j.molcata.2006.03.042
  9. McCusker L.B., Baerlocher C. // Stud. Surf. Sci. Catal. 2001. V. 137. P. 37. https://doi.org/10.1016/S0167-2991(01)80244-5
  10. Zhou C., Tong D., Yu W. // Micro and Nano Technologies, Nanomaterials from Clay Minerals / Eds. Wang A., Wang W. Elsevier, 2019. P. 335. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814533-3.00007-7
  11. Шапкин Н.П., Ермак И.М., Разов В.И. и др. // Журн. неорган. химии. 2014. T. 59. № 6. C. 766. https://doi.org/10.1016/10.7868/S0044457X14060191
  12. Гордиенко П.С., Шабалин И.А., Супонина А.П. и др. // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. № 8. С. 993.
  13. Воловичева Н.А., Королькова С.В., Везенцев А.И. // Научные ведомости. Серия: Естественные науки. 2016. Т. 25. № 246. С. 63.
  14. Гордиенко П.С., Ярусова С.Б., Шабалин И.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. T. 67. № 9. C. 1258. https://doi.org/10.31857/S0044457X22090045
  15. Паничев А.М., Богомолов Н.И., Бгатова Н.П. и др. Цеолиты в хирургии. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2004. 120 с.
  16. Ghadiri M., Chrzanowski W., Rohanizadeh R. // RSC Adv. 2015. V. 5. № 37. P. 29467. https://doi.org/10.1039/C4RA16945J
  17. Везенцев А.И., Трубицын М.А., Кормош Е.В. // Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12. № 6. С. 998.
  18. Паничев А.М., Гульков А.Н. Природные минералы и причинная медицина будущего. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2001. 210 с.
  19. Park J.H., Shin H.J., Kim M.H. et al. // J. Pharm. Invest. 2016. V. 46. № 4. P. 363. https://doi.org/10.1007/s40005-016-0258-8.
  20. Golubeva O.Yu., Pavlova S.V., Yakovlev A.V. // Appl. Clay Sci. 2015. V. 112–113. P. 10. https://doi.org/10.1016/j.clay.2015.04.013.
  21. Joshi G.V., Patel H.A., Kevadiya B.D. et al. // Appl. Clay Sci. 2009. V. 45. № 4. P. 248. https://doi.org/10.1016/j.clay.2009.06.001.
  22. Голубева О.Ю., Ульянова Н.Ю., Жаркова М.С. и др. // Физика и химия стекла. 2018. Т. 44. № 6. С. 57. https://doi.org/10.7868/S0132665118060082
  23. Jana S., Kondakova A.V., Shevchenko S.N. et al. // Colloid Surf., B. 2017. V. 151. P. 249. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2016.12.017
  24. Галкина Г.А., Грибкова Е.И., Курашов М.М. и др. // Фармация. Организация и экономика. 2017. Т. 66. № 6. С. 38.
  25. Маркелов Д.А., Ницак О.В., Геращенко И.И. // Хим.-фарм. журн. 2008. Т. 42. № 7. C. 30. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2008-42-7-30-33
  26. Голубева О.Ю., Ульянова Н.Ю., Костырева Т.Г. и др. // Физика и химия стекла. 2013. Т. 39. № 5. С. 753.
  27. Голубева О.Ю., Масленникова Т.П., Ульянова Н.Ю. и др. // Физика и химия стекла. 2014. Т. 40. № 2. С. 343.
  28. Голубева О.Ю., Павлова С.В. // Физика и химия стекла. 2016. Т. 42. № 2. C. 291.
  29. Golubeva O.Yu., Alikina Yu.A., Brazovskaya E.Yu. et al. // J. Nanomater. 2023. V. 13. № 9. P. 1470. https://doi.org/10.3390/nano13091470
  30. Golubeva O.Yu., Alikina Y.A., Brazovskaya E.Y. et al. // J. Chem. Eng. 2022. V. 6. № 5. P. 78. https://doi.org/10.3390/chemengineering6050078
  31. Ul’yanova N.Y., Brazovskaya E.Y., Golubeva O.Y. et al. // Pet. Chem. 2023. https://doi.org/10.1134/S096554412305002X
  32. Sciascia L., Calabrese I., Cavallaro G. et al. // Minerals. 2021. V. 11. № 12. P. 1315. https://doi.org/10.3390/min11121315
  33. Kryuchkova M., Batasheva S., Akhatova F. et al. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 18. P. 9670. https://doi.org/10.3390/ijms22189670
  34. Santos A.C., Ferreira C., Veiga F. et al. // Adv. Colloid Interface Sci. 2018. V. 257. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.cis.2018.05.007
  35. Lisuzzo L., Cavallaro G., Milioto S. et al. // J. Nanostruct. Chem. 2021. V. 11. № 4. P. 663. https://doi.org/10.1007/s40097-021-00391-z
  36. Golubeva O.Yu., Alikina Yu.A., Khamova T.V. et al. // Inorg. Chem. 2021. V. 60. № 22. P. 17008. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c02122
  37. Golubeva O.Y., Alikina Y.A., Brazovskaya E.Y. // Nanomaterials (Basel). 2022. V. 12. № 15. P. 2559. https://doi.org/10.3390/nano12152559.
  38. Golubeva O.Yu, Alikina Yu.A., Brazovskaya E.Yu. et al. // Appl. Clay Sci. 2020. V. 184. P. 105401. https://doi.org/10.1016/j.clay.2019.105401
  39. Hovhannisyan V., Siposova K., Musatov A. et al. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 5528. https://doi.org/10.1038/s41598-021-84927-x
  40. Loiola A.R., Bessa R.A., Oliveira C.P. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2022. V. 560. P. 169651. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169651.
  41. Голубева О.Ю., Бразовская Е.Ю., Ульянова Н.Ю. и др. // Физика и химия стекла. 2018. Т. 44. № 2. С. 138.
  42. Голубева О.Ю., Бразовская Е.Ю., Аликина Ю.А. и др. // Физика и химия стекла. 2019. Т. 45. № 1. C. 74. https://doi.org/10.1134/S0132665119010037
  43. Brazovskaya E.Yu., Golubeva O.Yu. // Pet. Chem. 2020. V. 60. № 8. P. 857. https://doi.org/10.1134/S0965544120080046
  44. Маркова М.Н., Гармаева Д.К., Баландина И.А. // Современные проблемы науки и образования. 2018. № 6. https://science-education.ru/ru/article/view?id=28250 (дата обращения: 13.09.2023).
  45. Дрозд В.А., Мартыненко Е.Е., Митряшов К.В. и др. // Успехи современного естествознания. 2013. № 8. С. 44.
  46. Ульянова Н.Ю., Куриленко Л.Н., Шамова О.В. и др. // Физика и химия стекла. 2020. Т. 2. С. 174. https://doi.org/10.31857/S0132665120020110
  47. Бородин Ю.И., Бгатова Н.П., Паничев А.М. и др. // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2007. № 4. Т. 56. С. 41.
  48. Бояринцев В.В., Самойлов А.С., Юдин А.Б. и др. // Инфекции в хирургии. 2011. № 2. С. 43.
  49. Буханов В.Д., Шапошников А.А., Покровский М.В. и др. // МНИЖ. 2013. № 10. Ч. 1. С. 86.
  50. Благитко Е.М., Благитко Е.М., Родионов П.П. и др. Пат. RU № 2245151. 2004.
  51. Буханов В.Д., Везенцев А.И., Соколовский П.В. и др. // Научные ведомости Бел. ГУ. Серия: Естественные науки. 2014. Т. 26. № 3. С. 98.
  52. Horue M., Cacicedo M.L., Fernandez M.A. et al. // Mater. Sci. Eng., C: Mater Biol Appl. 2020. V. 116. P. 111152. https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111152
  53. Zhang Y., Chen Y., Zhang Y. et al. // J. Inorg. Biochem. 2013. V. 118. P. 59. https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2012.07.025
  54. Golubeva O.Yu., Brazovskaya E.Yu., Shamova O.V. // Appl. Clay Sci. 2018. V. 163. P. 56. http://doi.org/10/1016/j.clay.2018.07.015
  55. Голубева О.Ю., Яковлев А.В., Шамова О.В. и др. // Физика и химия стекла. 2016. Т. 42. № 1. С. 123.
  56. Golubeva O.Yu., Ulyanova N.Yu., Vladimirova E.V. et al. // Langmuir. 2021. V. 37. № 42. P. 12356. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.1c01899
  57. Eisenwagen S., Pavelić K. // Arch. Phys. Med. Rehabil. 2020. V. 3. № 2. P. 029. https://doi.org/10.26502/fapr0011
  58. Zarkovic N., Zarkovic K., Kralj M. et al. // Anticancer Res. 2003. V. 23. P. 1589.
  59. Golubeva O.Yu. // Microporous Mesoporous Mater. 2016. V. 224. P. 271. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2015.12.057
  60. Бразовская Е.Ю., Голубева О.Ю. // Физика и химия стекла. 2017. Т. 43. № 4. С. 401. https://doi.org/10.1134/S1087659617040046
  61. Голубева О.Ю., Ульянова Н.Ю., Яковлев А.В. // Физика и химия стекла. 2015. Т. 41. № 4. С. 552.
  62. Moshoeshoe M., Nadiye-Tabbiruka M.S., Obuseng V. // Am. J. Med. Sci. 2017. V. 7. № 5. P. 196. https://doi.org/10.5923/j.materials.20170705.12
  63. Аликина Ю.А., Калашникова Т.А., Голубева О.Ю. // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47. № 1. С. 56. https://doi.org/10.31857/S0132665121010029
  64. Голубева О.Ю., Ульянова Н.Ю. // Физика и химия стекла. 2015. Т. 41. № 5. С. 726.
  65. Tang T., Zhang L., Dong H. et al. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 7711. https://doi.org/10.1039/C6RA27129D
  66. Пирютко М.М., Бенедиктова Н.В., Корсак Л.Ф. // Стекло и керамика. 1981. № 8. С. 3.
  67. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. М.-Л.: Химия, 1965. C. 360.
  68. Tas A.C., A Cuneyt Tas. // J. Funct. Biomater. 2000. V. 21. № 14. P. 1429. https://doi.org/10.1016/S0142-9612(00)00019-3
  69. Brazovskaya E.Yu., Golubeva O.Yu. // Pet. Chem. 2023. V. 63. P. 820. https://doi.org/10.1134/S0965544123050055
  70. Аликина Ю.А., Голубева О.Ю., Хамова Т.В. // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47. № 4. С. 1. https://doi.org/10.31857/S0132665121040028

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Table 1_Fig. 1

Download (142KB)
Indexing metadata
3. Table 1_Fig. 2

Download (161KB)
Indexing metadata
4. Fig. 1. Electron micrographs of samples of synthesized aluminosilicates: a, b - montmorillonites obtained under different conditions; c, d, e, f - aluminosilicates of kaolinite subgroup with spherical, sponge, tubular and lamellar morphology, respectively; g, h - zeolites Beta and Rho.

Download (513KB)
Indexing metadata
5. Fig. 2. X-ray diffractograms of MT samples synthesized under hydrothermal conditions for 3 h at 350C and 70 MPa: 1 - MT-Al0.2, 2 - MT-Al0.5, 3 - MT-Al0.6, 4 - MT-Al0.8, 5 - MT-Al1.0, 6 - MT-Al1.8 (sample designations are presented in Table S1).

Download (107KB)
Indexing metadata
6. Fig. 3. Dependence of cation exchange capacity (■) and ζ-potential (▲) of MT samples on the degree of substitution of magnesium for aluminum in octahedral layers.

Download (90KB)
Indexing metadata
7. Fig. 4. Desorption profile of thiamine hydrochloride from MTs of different compositions in model gastric medium (pH 1.2).

Download (129KB)
Indexing metadata
8. Fig. 5. Desorption profile of thiamine hydrochloride from MTs of different compositions in a model intestinal environment (pH 7.4).

Download (140KB)
Indexing metadata
9. Fig. 6. Release profiles of 5-FU from zeolite matrices: 1 - Beta-Fe3O4 at pH 5.2; 2 - Beta-Fe3O4 at pH 7.4; 3 - Beta at pH 5.2; 4 - Beta at pH 7.4

Download (83KB)
Indexing metadata
10. Fig. 7. X-ray diffractograms of Beta-Fe3O4 sample after treatment in synthetic biological fluid for: 1 - 0; 2 - 1; 3 - 2; 4 - 3; 5 - 4 weeks. Bar diagrams of standards: ○ - magnetite nanoparticles;  - SiO2; ■ - Al2O3; ● - NaCl; ▲ - KCl.

Download (86KB)
Indexing metadata
11. Fig. 8. Integral kinetic curves of MG sorption by aluminosilicate samples with different particle morphology: ● - spheres, ▲ - nanosponges, ■ - nanotubes, - plates.

Download (108KB)
Indexing metadata
12. Fig. 9. Hemolytic activity of aluminosilicate samples. 1 - Gal tubes, 2 - MT-Al1.0, 3 - Kaol plates, 4 - MT-Al0.2, 5 - Rho, 6 - Kaol sponges, 7 - Kaol spheres, 8 - Beta, 9 - MT-Al0, 10 - Y.

Download (82KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».