Исследование процесса полимерной стабилизации смешанного оксида железа амилопектином

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В данной работе образцы смешанного наноразмерного оксида железа, стабилизированного амилопектином, получали методом химического осаждения в водной среде. Это соединение обладает большим спектром применения в биомедицинских технологиях и устройствах хранения и преобразования энергии, из-за своих супермагнитных свойств. Были проведены исследования микроструктуры методом сканирующей электронной микроскопии и фазового состава дифрактометрическим методом, а также компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия амилопектина и смешанного наноразмерного оксида железа. В ходе исследования фазового состава установлено, что образец представляет собой смешанный оксид железа Fe3O4 с кубической гранецентрированной решёткой и пространственной группой Fd3m . Исходя из анализа микроструктуры установлено, что образец формируется из частиц диаметром от 24 до 54 нм. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установлено, что взаимодействие наночастиц оксида железа с амилопектином является энергетически выгодным и химически стабильным. Наиболее вероятным является взаимодействие через гидроксильную группу, присоединённую к C 2 первого A -связанного остатка глюкопиранозы, так как при данном взаимодействии наблюдаются оптимальные значения полной энергии ( E = -3839,330 ккал/моль) и химической жёсткости ( η = 0,159 эВ).

Об авторах

Андрей Ашотович Нагдалян

Северо-Кавказский федеральный университет

Email: anagdalian@ncfu.ru
к.т.н., старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пищевой и промышленной биотехнологии, факультет пищевой инженерии и биотехнологий им. академика А.Г. Храмцова

Павел Сергеевич Леонтьев

Северо-Кавказский федеральный университет

студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет

Алексей Борисович Голик

Северо-Кавказский федеральный университет

ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет

Алина Салмановна Аскерова

Северо-Кавказский федеральный университет

студентка 2 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета

Александр Михайлович Серов

Северо-Кавказский федеральный университет

студент 1 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет

Алексей Владимирович Татов

Северо-Кавказский федеральный университет

студент 1 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет

Список литературы

  1. Nguyen, M.D. Fe3O4 nanoparticles: Structures, synthesis, magnetic properties, surface functionalization, and emerging applications / M.D. Nguyen, H. Tran, S. Xu et al. // Applied Sciences. - 2021. - V. 11. - I. 23. - Art. № 11301. - 34 p. doi: 10.3390/app112311301.
  2. Koo, K.N. Preparation and characterization of superparamagnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticles: A short review / K.N. Koo, A.F. Ismail, M.H. Dzarfan et al. // Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences. - 2019. - V. 15. - № 1. - P. 23-31. doi: 10.11113/mjfas.v15n2019.1224.
  3. Niculescu, A.G., Magnetite nanoparticles: synthesis methods - a comparative review / A.G. Niculescu, C. Chircov, A.M. Grumezescu // Methods. - 2022. - V. 199. - P. 16-27. doi: 10.1016/j.ymeth.2021.04.018.
  4. Ganapathe, L.S. Magnetite (Fe3O4) nanoparticles in biomedical application: From synthesis to surface functionalisation / L.S. Ganapathe, M.A. Mohamed, R. Mohamad Yunus et al. // Magnetochemistry. - 2020. - V. 6. - I. 4. - Art. № 68. - 35 p. doi: 10.3390/magnetochemistry6040068.
  5. Rajan, A. Assessing magnetic and inductive thermal properties of various surfactants functionalised Fe3O4 nanoparticles for hyperthermia / A. Rajan, M. Sharma, N.K. Sahu // Scientific Reports. - 2020. - V. 10. - I. 1. - Art. № 15045. - 15 p. doi: 10.1038/s41598-020-71703-6.
  6. Włodarczyk, A. Magnetite nanoparticles in magnetic hyperthermia and cancer therapies: challenges and perspectives / A. Włodarczyk, S. Gorgoń, A. Radoń, K. Bajdak-Rusinek // Nanomaterials. - 2022. - V. 12. - I. 11. - Art. № 1807. - 23 p. doi: 10.3390/nano12111807.
  7. Супрунчук, В.Е. Оценка свойств нанокомпозита фукоидан/Fe3O4 как транспортного агента ковалентно связанного молекулярного груза / В.Е. Супрунчук // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 1039-1048. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.1039.
  8. Alkhatib, R. Physio-biochemical and ultrastructural impact of (Fe3O4) nanoparticles on tobacco / R. Alkhatib., B. Alkhatib, N.Abdo et al. // BMC Plant Biology. - 2019. - V. 19. - Art. № 253. - 12 p. doi: 10.1186/s12870-019-1864-1.
  9. Plaksenkova, I. Effects of Fe3O4 nanoparticle stress on the growth and development of Rocket Eruca sativa / I. Plaksenkova, M. Jermaļonoka, L. Bankovska et al. // Journal of Nanomaterials. - 2019. - V. 2019. - I. 1. - Art. № 2678247. - 10 p. doi: 10.1155/2019/2678247.
  10. Feng, Y. Effects of iron oxide nanoparticles (Fe3O4) on growth, photosynthesis, antioxidant activity and distribution of mineral elements in wheat (Triticum aestivum) Plants / Y. Feng, V.D. Kreslavski, A.N. Shmarev et al. // Plants. - 2022. - V. 11. - I. 14. - Art. № 1894. - 15 p. doi: 10.3390/plants11141894.
  11. Kokina, I. Impact of iron oxide nanoparticles on yellow medick (Medicago falcata L.) plants / I. Kokina, I. Plaksenkova, M. Jermaļonoka et al. // Journal of Plant Interactions. - 2020. - V. 15. - I. 1. - P. 1-7. doi: 10.1080/17429145.2019.1708489.
  12. Yang, X. Effects of iron oxide nanoparticles on the mineral composition and growth of soybean (Glycine max L.) plants / X. Yang, D. Alidoust, C. Wang // Acta Physiologiae Plantarum. - 2020. - V. 42. - I. 8. - Art. № 128. - 11 p. doi: 10.1007/s11738-020-03104-1.
  13. Hieu, D.M. Ferrite (Fe3O4) nanoparticle in soil stimulates the plant growth in peas and bok choy / D.M. Hieu, N.T. Hoa, H.T.M. Oanh et al. // JST: Engineering and Technology for Sustainable Development. - 2021. - V. 31.- I. 4. - P. 38-45. doi: 10.51316/jst.153.etsd.2021.31.4.7.
  14. Rajput, V.D. Impact of nanoparticles on soil resource / V.D. Rajput, T.M. Minkina, S.N. Sushkova et al. // In: Nanomaterials for Soil Remediation; ed by A. Amrane et al. - 2020. - Ch. 4. - P. 65-85. doi: 10.1016/B978-0-12-822891-3.00004-9.
  15. Liu, J. Fe3O4 nanoparticles as matrix solid-phase dispersion extraction adsorbents for the analysis of thirty pesticides in vegetables by ultrahigh-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry /j. Liu, C. Ji, X. Liu et al. // Journal of Chromatography B. - 2021. - V. 1165. - Art. № 122532. - 11 p. doi: 10.1016/j.jchromb.2021.122532.
  16. Stolyar, S.V. Polysaccharide-coated iron oxide nanoparticles: Synthesis, properties, surface modification / S.V. Stolyar, V.V. Krasitskaya, L.A. Frank et al. // Materials Letters. - 2021. - V. 284. - Part 1, - Art. № 128920. - 4 p. doi: 10.1016/j.matlet.2020.128920.
  17. Samrot, A.V. Utilization of gum polysaccharide of Araucaria heterophylla and Azadirachta indica for encapsulation of cyfluthrin loaded super paramagnetic iron oxide nanoparticles for mosquito larvicidal activity / A.V. Samrot, K.S. Bhavya, S.M. Roshini et al. // International journal of biological macromolecules. - 2020. - V. 153. - P. 1024-1034. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.10.232.
  18. Mu, S. Antioxidant activities and mechanisms of polysaccharides / S. Mu, W. Yang, G. Huang // Chemical Biology & Drug Design. - 2021. - V. 97. - I. 3. - P. 628-632. doi: 10.1111/cbdd.13798.
  19. Yarley, O.P.N. Reviews on mechanisms of in vitro antioxidant, antibacterial and anticancer activities of water-soluble plant polysaccharides / O.P.N. Yarley, A.B. Kojo, C. Zhou et al. // International Journal of Biological Macromolecules. - 2021. - V. 183. - P. 2262-2271. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2021.05.181.
  20. Rachidi, F. Microalgae polysaccharides bio-stimulating effect on tomato plants: Growth and metabolic distribution / F. Rachidi, R. Benhima, L. Sbabou et al. // Biotechnology reports. - 2020. - V. 25. - Art. № e00426 - 8 p. doi: 10.1016/j.btre.2020.e00426.
  21. Goudenhooft, C. Flax (Linum usitatissimum L.) fibers for composite reinforcement: Exploring the link between plant growth, cell walls development, and fiber properties / C. Goudenhooft, A. Bourmaud, C. Baley // Frontiers in Plant Science. - 2019 - V. 10. - Art. № 411. - 23 p. doi: 10.3389/fpls.2019.00411.
  22. Haas, K.T. The role of pectin phase separation in plant cell wall assembly and growth / K.T. Haas, R. Wightman, A. Peaucelle et al. // The Cell Surface. - 2021. - V. 7. - Art. № 100054. - 11 p. doi: 10.1016/j.tcsw.2021.100054.
  23. Ciriminna, R. Pectin: new science and forthcoming applications of the most valued hydrocolloid / R. Ciriminna, A. Fidalgo, A. Scurria et al. // Food Hydrocolloids. - 2022. - V. 127. - Art. № 107483. - 8 p. doi: 10.1016/j.foodhyd.2022.107483.
  24. Q-Chem 6.1 User's Manual. - Режим доступа: https://manual.q-chem.com/latest/. - 12.07.2024.
  25. IQmol Molecular Viewer. - Режим доступа: http://www.iqmol.org/. - 12.07.2024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

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».