Investigation of the process of polymer stabilization of mixed iron oxide with amylopectin

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

In this work, samples of mixed nanoscale iron oxide stabilized with amylopectin were obtained by chemical precipitation in an aqueous medium. This compound has a wide range of applications in biomedical technologies, energy storage and conversion devices due to its supermagnetic properties. The microstructure was studied by scanning electron microscopy and the phase composition by diffractometric method, as well as by computer quantum chemical modeling of the interaction of amylopectin and mixed nanoscale iron oxide. During the study of the phase composition, it was found that the sample is a mixed iron oxide Fe3O4 with a cubic face-centered lattice and a spatial group Fd3m. Based on the analysis of the microstructure, it was found that the sample is formed from particles with a diameter of 24 to 54 nm.As a result of computer quantum chemical modeling, it was found that the interaction of iron oxide nanoparticles with amylopectin is energetically advantageous and chemically stable. The most likely interaction is through a hydroxyl group attached to the C2 first A-bound glucopyranose residue, since optimal values of total energy ( E = -3839.330 kcal/mol) and chemical hardness ( η = 0.159 eV) are observed during this interaction.

Авторлар туралы

Andrey Nagdalian

North-Caucasian Federal University

Email: anagdalian@ncfu.ru
Ph. D., Senior Researcher, Research Laboratory of Food and Industrial Biotechnology, Faculty of Food Engineering and Biotechnology named after Academician A.G. Khramtsov

Pavel Leontiev

North-Caucasian Federal University

3rd year student, Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology

Alexey Golik

North-Caucasian Federal University

Assistant, Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology

Alina Askerova

North-Caucasian Federal University

2nd year student, Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology, N

Alexander Serov

North-Caucasian Federal University

1st year student, Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology

Alexey Tatov

North-Caucasian Federal University

1st year student, Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology

Әдебиет тізімі

  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.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

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».