Российские нанотехнологии. 2019; 14: 39-46
Модификация матрицы арабиногалактана в процессе формирования металлополимерных нанобиокомпозитов
https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-1-2-39-46Аннотация
Исследованы превращения макромолекулярной структуры полисахарида арабиногалактана под воздействием формирующихся в его матрице наночастиц благородных металлов в процессе образования металлсодержащих нанобиокомпозитов. Методом эксклюзионной жидкостной хроматографии с комплексным трехканальным детектированием определены молекулярно-массовые характеристики арабиногалактана в составе металлополимерных нанобиокомпозитов, самоорганизованных путем специфического взаимодействия полисахарида с поверхностью формирующихся в водном растворе нульвалентных наночастиц серебра, золота и платины. С помощью трансмиссионной электронной микроскопии установлены размеры наночастиц металлов, а также макромолекулы арабиногалактана, что позволило классифицировать полисахарид как наноразмерный. Показано, что изменение полидисперсности арабиногалактана происходит вследствие его редокс-взаимодействия с ионами благородных металлов и одновременно происходящим процессом щелочной деструкции. Установлено, что при щелочной деполимеризации, имеющей место при синтезе нанокомпозитов, более значимо снижается среднечисловая молекулярная масса арабиногалактана. Процесс стабилизации растущих наночастиц при формировании дисперсной фазы, сопровождаемый возникновением новых связей между полисахаридом и образующимися in situ наночастицами серебра и золота, вызывает агрегацию макромолекул арабиногалактана.
Список литературы
1. Pomogailo A.D., Kestelman V.N. Metallopolymer Nanocomposites. Berlin; Heidelberg; New Ybrk: Springer, 2005. 563 p.
2. DanielM.-C, Astruc D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology // Chem. Rev. 2004. V. 104. № 1. P. 293.
3. Lucky S., Soo K., Zhang Y. Nanoparticles in Photodynamic Therapy // Chem. Rev. 2015. V. 115. № 4. P. 1990.
4. Chen G., Qiu H, Prasad P, Chen X. Upconversion Nanoparticles: Design, Nanochemistry, and Applications in Theranostics // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 10. P. 5161.
5. Yamada M, Foot M, Prow T. Therapeutic gold, silver, and platinum nanoparticles // WIREs Nanomed. Nanobiotechn. 2015. № 7. P. 428.
6. Kobayashi Y., Ishida S, Ihara K. etal. Synthesis of metallic copper nanoparticles coated with polypyrrole // Colloid. Polym. Sci. 2009. V. 287. P. 877.
7. Литманович O.E., Паписов И.М. Влияние длины макромолекул на размер частиц металла, восстановленного в растворе полимера // Высокомолекуляр. соед. А. 1999. Т. 41. № 11. С. 1824.
8. Литманович О.Е., Мармузов Г.В., Елисеева Е.А., Литманович А.А. Закономерности взаимодействий макромолекул с наночастицами металлов и псевдоматричный синтез золей полимер-метал-лических нанокомпозитов // Высокомолекуляр. соед. 2008. Т. 50. № 7. С. 1370.
9. Джумадилов Т.К., Торебеков О.Т., Бектуров Е.А. Влияние молекулярной массы ПВПД на размеры микро- и наночастиц меди // Хим. журн. Казахстана. 2010. № 2. С. 168.
10. Zheng Y, Monty J., Linhardt R. Polysaccharide-based nanocomposites and their applications // Carbohydr. Res. 2015. P. 405. P. 23.
11. Медведева С.А., Александрова Г.П. Стратегия модификации и биопотенциал природного полисахарида арабиногалактана // Синтез и модификация полимеров. М.: Химия, 2003. С. 328.
12. Дубровина В.И., Витязева С.А., Коновалова Ж.А. и др. Иммуномодулирующее действие металлсодержащих нанокомпозитов. Иркутск: Мегапринт, 2017. 77 с.
13. Грищенко Л.А., Медведева С.А., Александрова Г.П. и др. Окислительно-восстановительные реакции арабиногалактана с ионами серебра и формирование нанокомпозитов // Журн. орган. химии. 2006. Т. 76. № 7. С. 1111.
14. Сухов Б.Г., Александрова Г.П., Грищенко Л.А. и др. Нанобиокомпозиты благородных металлов на основе арабиногалактана: получение и строение // Журн. структур. химии. 2007. Т. 48. № 5. С. 979.
15. Боймирзаев А.С. Стерическая эксклюзионная хроматография водорастворимых полисахаридов // Химия раст. сырья. 2009. № 2. С. 19.
16. Boymirzaev A.S., Shomurotov Sh., Turaev A.S. Secondary effects in Aqueous Size-Exclusion Chromatography of plant polysaccharides // Химия раст. сырья. 2013. № 2. С. 51.
17. Boymirzaev A.S., Turaev A.S. Non-Exclusion effects in Aqueous Size-Exclusion Chromatography of Polysaccharides // Chinese Medicine. 2010. № 1. P. 28.
18. Александрова Г.П., Сапожников А.Н., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. Размерные кристаллографические эффекты наночастиц серебра и золота, диспергированных в биополимерной матрице // Журн. орган. химии. 2017. Т. 87. № 10. C. 1712.
19. Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. СПб.: Лань, 1999. 628 с.
20. Арифходжаев А.О. Галактаны и галактансодержащие полисахариды высших растений // Химия природных соединений. 2000. Т. 3. С.185.
21. Simson B.W., Cote W.A., Timell T.E. Studies of larch arabinogalactan. Molecular properties // Svensk Pa-perstidn. 1968. B. 71. № 19. S. 699.
22. Robinson R., Caysey J., Slavin J.L. Nutrial benefits of Larch arabinogalactan // Advanced dietary fibre techn. Blacwell Science, USA, 2001. P. 443.
23. Mikhailenko M.A., Sharafutdinova M.R., Kozlov A.S. et al. Study of arabinogalactan supramolecular structure using synchrotron radiation SAXS and terahertz laser ablation methods // Physics Procedia. 2016. V 84. P. 382.
24. Фазилова С.А., Югай С.М., Рашидова С.Ш. Структурные исследования полисахаридов и нанокомпозиций на их основе // Химия раст. сырья. 2010. № 1. С. 13.
25. Александрова Г.П., Грищенко Л.А., Фадеева Т.В. и др. Особенности формирования нанобиокомпозитов серебра и золота с антимикробной активностью // Нанотехника. 2010. № 3. С. 34.
26. Gasilova E, Khripunov A., Toropova A. et al. Light scattering from aqueous solutions of colloid metal nanoparticles stabilized by natural polysaccharide arabinoga-lactan // J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114. № 12. P. 4204.
27. Aleksandrova G.P., Sukhov B.G., Trofimov B.A. Kinetics of silver nanoparticles formation in the biopolymer matrix // Phys. Chem. Appl. Nanostruct. 2015. V. 1. P. 492.
28. Liu T., Guo L, Tao Y. et al. Bondlength alternation of nanoparticles Fe2O3 coated with organic surfactants probed by EXAFS // Nanostruct. Mater. 1999. V. 11. № 8. P. 1329.
29. Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Получение, динамика структуры объема и поверхности металлических наночастиц в конденсированных средах // Успехи химии. 2011. Т. 80. № 7. С. 635.
30. Gasilova E.R., Matveeva G.N., Aleksandrova G.P. et al. Colloidal aggregates of Pd nanoparticles supported by larch arabinogalactan // J. Phys. Chem. B. 2013. V. 117. № 7. P. 2134.
31. Gasilova E., Aleksandrova G. Influence of gold content on colloidal structure of gold nanoparticles capped with arabinogalactan // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 50. P. 24627.
32. Laurent S, Forge D, Port M. et al. Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterizations, and biological applications // Chem. Rev. 2008. V. 108. № 6. P. 2064.
Title in english. 2019; 14: 39-46
Alteration of the arabinogalactan matrix in the process of metallpolymer nanobiocomposite formation
https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-1-2-39-46Abstract
Transformation of arabinogalactan matrix in the process formation of metal containing nanobiocomposites has been investigated. Molar mass characteristics of arabinogalactan in content of metal polymer nanobiocomposities were determined by method of Size-Exclusion Chromatography (SEC). It was shown that change of polydispersity of the arabinogalactan is occuring due to of oxidation-reduction with noble metal ions and alkaline destruction. It was established that at the alkaline depolymerisation occurred in the synthesis of nanocomposities number-average molecular mass of arabinogalactan significantly is decreased.
References
1. Pomogailo A.D., Kestelman V.N. Metallopolymer Nanocomposites. Berlin; Heidelberg; New Ybrk: Springer, 2005. 563 p.
2. DanielM.-C, Astruc D. Gold Nanoparticles: Assembly, Supramolecular Chemistry, Quantum-Size-Related Properties, and Applications toward Biology, Catalysis, and Nanotechnology // Chem. Rev. 2004. V. 104. № 1. P. 293.
3. Lucky S., Soo K., Zhang Y. Nanoparticles in Photodynamic Therapy // Chem. Rev. 2015. V. 115. № 4. P. 1990.
4. Chen G., Qiu H, Prasad P, Chen X. Upconversion Nanoparticles: Design, Nanochemistry, and Applications in Theranostics // Chem. Rev. 2014. V. 114. № 10. P. 5161.
5. Yamada M, Foot M, Prow T. Therapeutic gold, silver, and platinum nanoparticles // WIREs Nanomed. Nanobiotechn. 2015. № 7. P. 428.
6. Kobayashi Y., Ishida S, Ihara K. etal. Synthesis of metallic copper nanoparticles coated with polypyrrole // Colloid. Polym. Sci. 2009. V. 287. P. 877.
7. Litmanovich O.E., Papisov I.M. Vliyanie dliny makromolekul na razmer chastits metalla, vosstanovlennogo v rastvore polimera // Vysokomolekulyar. soed. A. 1999. T. 41. № 11. S. 1824.
8. Litmanovich O.E., Marmuzov G.V., Eliseeva E.A., Litmanovich A.A. Zakonomernosti vzaimodeistvii makromolekul s nanochastitsami metallov i psevdomatrichnyi sintez zolei polimer-metal-licheskikh nanokompozitov // Vysokomolekulyar. soed. 2008. T. 50. № 7. S. 1370.
9. Dzhumadilov T.K., Torebekov O.T., Bekturov E.A. Vliyanie molekulyarnoi massy PVPD na razmery mikro- i nanochastits medi // Khim. zhurn. Kazakhstana. 2010. № 2. S. 168.
10. Zheng Y, Monty J., Linhardt R. Polysaccharide-based nanocomposites and their applications // Carbohydr. Res. 2015. P. 405. P. 23.
11. Medvedeva S.A., Aleksandrova G.P. Strategiya modifikatsii i biopotentsial prirodnogo polisakharida arabinogalaktana // Sintez i modifikatsiya polimerov. M.: Khimiya, 2003. S. 328.
12. Dubrovina V.I., Vityazeva S.A., Konovalova Zh.A. i dr. Immunomoduliruyushchee deistvie metallsoderzhashchikh nanokompozitov. Irkutsk: Megaprint, 2017. 77 s.
13. Grishchenko L.A., Medvedeva S.A., Aleksandrova G.P. i dr. Okislitel'no-vosstanovitel'nye reaktsii arabinogalaktana s ionami serebra i formirovanie nanokompozitov // Zhurn. organ. khimii. 2006. T. 76. № 7. S. 1111.
14. Sukhov B.G., Aleksandrova G.P., Grishchenko L.A. i dr. Nanobiokompozity blagorodnykh metallov na osnove arabinogalaktana: poluchenie i stroenie // Zhurn. struktur. khimii. 2007. T. 48. № 5. S. 979.
15. Boimirzaev A.S. Stericheskaya eksklyuzionnaya khromatografiya vodorastvorimykh polisakharidov // Khimiya rast. syr'ya. 2009. № 2. S. 19.
16. Boymirzaev A.S., Shomurotov Sh., Turaev A.S. Secondary effects in Aqueous Size-Exclusion Chromatography of plant polysaccharides // Khimiya rast. syr'ya. 2013. № 2. S. 51.
17. Boymirzaev A.S., Turaev A.S. Non-Exclusion effects in Aqueous Size-Exclusion Chromatography of Polysaccharides // Chinese Medicine. 2010. № 1. P. 28.
18. Aleksandrova G.P., Sapozhnikov A.N., Sukhov B.G., Trofimov B.A. Razmernye kristallograficheskie effekty nanochastits serebra i zolota, dispergirovannykh v biopolimernoi matritse // Zhurn. organ. khimii. 2017. T. 87. № 10. C. 1712.
19. Azarov V.I., Burov A.V., Obolenskaya A.V. Khimiya drevesiny i sinteticheskikh polimerov. SPb.: Lan', 1999. 628 s.
20. Arifkhodzhaev A.O. Galaktany i galaktansoderzhashchie polisakharidy vysshikh rastenii // Khimiya prirodnykh soedinenii. 2000. T. 3. S.185.
21. Simson B.W., Cote W.A., Timell T.E. Studies of larch arabinogalactan. Molecular properties // Svensk Pa-perstidn. 1968. B. 71. № 19. S. 699.
22. Robinson R., Caysey J., Slavin J.L. Nutrial benefits of Larch arabinogalactan // Advanced dietary fibre techn. Blacwell Science, USA, 2001. P. 443.
23. Mikhailenko M.A., Sharafutdinova M.R., Kozlov A.S. et al. Study of arabinogalactan supramolecular structure using synchrotron radiation SAXS and terahertz laser ablation methods // Physics Procedia. 2016. V 84. P. 382.
24. Fazilova S.A., Yugai S.M., Rashidova S.Sh. Strukturnye issledovaniya polisakharidov i nanokompozitsii na ikh osnove // Khimiya rast. syr'ya. 2010. № 1. S. 13.
25. Aleksandrova G.P., Grishchenko L.A., Fadeeva T.V. i dr. Osobennosti formirovaniya nanobiokompozitov serebra i zolota s antimikrobnoi aktivnost'yu // Nanotekhnika. 2010. № 3. S. 34.
26. Gasilova E, Khripunov A., Toropova A. et al. Light scattering from aqueous solutions of colloid metal nanoparticles stabilized by natural polysaccharide arabinoga-lactan // J. Phys. Chem. B. 2010. V. 114. № 12. P. 4204.
27. Aleksandrova G.P., Sukhov B.G., Trofimov B.A. Kinetics of silver nanoparticles formation in the biopolymer matrix // Phys. Chem. Appl. Nanostruct. 2015. V. 1. P. 492.
28. Liu T., Guo L, Tao Y. et al. Bondlength alternation of nanoparticles Fe2O3 coated with organic surfactants probed by EXAFS // Nanostruct. Mater. 1999. V. 11. № 8. P. 1329.
29. Olenin A.Yu., Lisichkin G.V. Poluchenie, dinamika struktury ob\"ema i poverkhnosti metallicheskikh nanochastits v kondensirovannykh sredakh // Uspekhi khimii. 2011. T. 80. № 7. S. 635.
30. Gasilova E.R., Matveeva G.N., Aleksandrova G.P. et al. Colloidal aggregates of Pd nanoparticles supported by larch arabinogalactan // J. Phys. Chem. B. 2013. V. 117. № 7. P. 2134.
31. Gasilova E., Aleksandrova G. Influence of gold content on colloidal structure of gold nanoparticles capped with arabinogalactan // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. № 50. P. 24627.
32. Laurent S, Forge D, Port M. et al. Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis, stabilization, vectorization, physicochemical characterizations, and biological applications // Chem. Rev. 2008. V. 108. № 6. P. 2064.
