Связывание флуоресцеина хитозаном и полиэлектролитным комплексом на его основе в водных растворах

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Получены и охарактеризованы полиэлектролитные комплексы хитозана с k-каррагинаном как потенциальные адсорбенты наномаркера флуоресцеина в водных средах при различных значениях pH. Спектроскопическими методами изучено связывание флуоресцеина с хитозаном и комплексом ê-каррагинан–хитозан. С помощью анализа равновесных изотерм исследованы эффективность и механизм адсорбции флуоронового красителя на синтезированных комплексах. Изотерма адсорбции флуоресцеина на частицах полиэлектролитного комплекса адекватно описана в рамках модели Фрейндлиха. На основе данных тушения флуоресценции определены эффективные константы Штерна–Фольмера флуоресцеина с хитозаном и комплексом ê-каррагинан–хитозан и показано, что связывание наномаркера с биополимерами осуществляется за счет разных механизмов взаимодействия.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Г. М. Миргалеев

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: s_shilova74@mail.ru
Russian Federation, 420015, Казань, ул. Карла Маркса, 68

С. В. Шилова

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Author for correspondence.
Email: s_shilova74@mail.ru
Russian Federation, 420015, Казань, ул. Карла Маркса, 68

References

  1. Jain T., Kumar S., Dutta P.K. Teranostics: A way of modern diagnostics and the role of chitosan // J. Mol. Genet. Med. 2015. V. 9. № 1. P. e1000159. https://doi.org/10.4172/1747-0862.1000159
  2. Wu X., Yang H., Yang W., Chen X., Gao J., Gong X., Wang H., Duan Y., Wei D., Chang J. Nanoparticle-based diagnostic and therapeutic systems for brain tumors // J. Mater. Chem. B. 2019. V. 31. № 7. P. 4734–4750. https://doi.org/10.1039/C9TB00860H
  3. Wu Y., Zhang R., Tran H.D., Kurniawan N.D., Moonshi S.S., Whittaker A.K., Ta H.T. Chitosan nanococktails containing both ceria and superparamagnetic iron oxide nanoparticles for reactive oxygen species-related theranostics // ACS Applied Nano Materials. 2021. V. 4. № 4. P. 3604–3618. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c00141
  4. Slyusareva E., Gerasimova M., Plotnikov А., Sizykh A. Spectral study of fluorone dyes adsorption on chitosan-based polyelectrolyte complexes // J. Colloid Interface Sci. 2014. V. 417. № 1. P. 80–87. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.11.016
  5. Aladesuyi O.A., Lebepe T.C., Maluleke R., Oluwafemi O.S. Biological applications of ternary quantum dots: A review // Nanotechnology Reviews. 2022. V. 11. № 1. P. 2304–2319. https://doi.org/10.1515/ntrev-2022-0136
  6. Yuan D., Wang P., Yang L., Quimby J.L., Sun Y.P. Carbon “quantum” dots for bioapplication // Exp. Biol. Med. 2022. V. 247. № 4. P. 300–309. https://doi.org/10.1177/15353702211057513
  7. Buck S.T.G., Bettanin F., Orestes E., Homem-de-Mello P., Imasato H., Viana R.B., Perussi J.R., da Silva A.B.F. Photodynamic efficiency of xanthene dyes and their phototoxicity against a carcinoma cell line: A computational and experimental study // J. Chem. 2017. V. 2017. ID: 7365263. https://doi.org/10.1155/2017/7365263
  8. Bongard R.D., Lepley M., Gastonguay A., Syrlybaeva R.R., Talipov M.R., Lipinski R.A.J., Leigh N.R., Brahmbhatt J., Kutty R., Rathore R., Ramchandran R., Sem D.S. Discovery and characterization of halogenated xanthene inhibitors of DUSP5 as potential photodynamic therapeutics // J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 2019. V. 375. P. 114–131. https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2019.01.005
  9. Власова И.М., Власов А.А., Кулешова А.А., Гордеева Ю.А., Салецкий А.М. Константы комплексообразования наномаркеров семейства флуоресцеина с бычьим сывороточным альбумином в водных растворах // Журнал физ. химии. 2020. Т. 94. № 1. С. 114–120. https://doi.org/10.31857/S0044453720010343
  10. Zhao D., Yu S., Sun B., Gao S., Guo S., Zhao K. Biomedical applications of chitosan and its derivative nanoparticles // Polymers. 2018. V. 10. № 4. P. 462–479. https://doi.org/10.3390/polym10040462
  11. de Sousa Victor R., Marcelo da Cunha Santos A., Viana de Sousa B., de Araújo Neves G., Navarro de Lima Santana L., Rodrigues Menezes R. A review on сhitosan’s uses as biomaterial: Tissue engineering, drug delivery systems and cancer treatment // Materials. 2020. V. 13. № 21. P. 4995. https://doi.org/10.3390/ma13214995
  12. Kou S.G., Peters L., Mucalo M. Chitosan: A review of molecular structure, bioactivities and interactions with the human body and micro-organisms // Carbohydr. Polym. 2022. V. 282. P. 119132. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119132
  13. Краюхина М.А., Самойлова Н.А., Ямсков И.А. Полиэлектролитные комплексы хитозана: формирование, свойства и применение // Успехи химии. 2008. Т. 77. № 9. С. 854–869
  14. Zhang W., Jin X., Li H., Zhang R., Wu C. Injectable and body temperature sensitive hydrogels based on chitosan and hyaluronic acid for pH sensitive drug release // Carbohydr. Polym. 2018. V. 186. P. 82–90. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.01.008
  15. Quadrado R.F.N., Fajardo A.R. Microparticles based on carboxymethyl starch/chitosan polyelectrolyte complex as vehicles for drug delivery systems // Arab. J. Chem. 2020. V. 13. № 1. P. 2183–2194. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2018.04.004
  16. Mahdavinia G.R., Mosallanezhad A., Soleymani M., Sabzi M. Magnetic- and pH-responsive -carrageenan/chitosan complexes for controlled release of methotrexate anticancer drug // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 97. P. 209–217. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.01.012
  17. Kumar R., Najda A., Duhan J.S., Kumar B., Chawla P., Klepacka J., Malawski S., Kumar Sadh P., Poonia A.K. Assessment of antifungal efficacy and release behavior of fungicide-loaded chitosan-carrageenan nanoparticles against phytopathogenic fungi // Polymers. 2022. V. 14. № 1. P. 41. https://doi.org/10.3390/polym14010041
  18. Шилова С.В., Миргалеев Г.М., Барабанов В.П. pH-чувствительные микросферы альгината кальция, модифицированные хитозаном, для иммобилизации антибиотика цефотаксима // Высокомолек. соед.2022. Т. 64А. № 5. С. 348–357. https://doi.org/10.31857/S2308112022700109
  19. Миргалеев Г.М., Шилова С.В., Барабанов В.П. Межмолекулярные взаимодействия цефотаксима с биополимером альгинатом натрия в водных растворах // Журнал прикладной химии. 2023. Т. 96. № 4. С. 350–357. https://doi.org/10.31857/S0044461823040047
  20. Langmuir I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids. Part I. Solids // J. Am. Chem. Soc. 1916. V. 38. № 11. P. 2221–2295.
  21. Freundlich H.M.F. Uber die adsorption in losungen // J. Phys. Chem. 1906. V. 57A. P. 385–470.
  22. Hall K.R., Eagleton L.C., Acrivos A., Vermeulen T. Pore- and solid-diffusion kinetics in fire-bed adsorption under constant-pattern conditions // Ind. Eng. Chem. Fund. 1966. V. 5. P. 212–223.
  23. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М.: Мир, 1986.
  24. Ельчищева Ю.Б. Спектрофотометрические методы анализа: учебное пособие. Пермь: ПГНИУ, 2023. С. 106–119.
  25. Щипунов Ю.А. Структура полиэлектролитных комплексов на примере гидрогелей хитозана с лямбда-каррагинаном // Высокомолек. соед. 2020. Т. 62А. № 1. С. 57–64. https://doi.org/10.31857/S2308112020010101
  26. Галаев И.Ю. “Умные” полимеры в биотехнологии и медицине // Успехи химии. 1995. Т. 64. № 5. С. 505–524.
  27. Kulikov S., Tikhonov V., Blagodatskikh I., Bezrodnykh E., Lopatin S., Khairullin R., Philippova Y., Abramchuk S. Molecular weight and pH aspects of efficacy of oligochitosan against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) // Carbohydr. Polym. 2012. V. 87. № 1. P. 545–550. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.08.017
  28. Пчедлов-Петросян Н.О. Флуоресцеиновые красители в растворах – хорошо изученные системы? // Вестник Харьковского национального университета. 2004. № 626. Химия. Вып. 11. № 34. С. 221–313.
  29. Brugnerotto J., Lizardi J., Goycoolea F.M., Argüéelles-Monal W., Desbriéres J., Rinaudo M. An infrared investigation in relation with chitin and chitosan characterization // Polymer. 2001. V. 42. № 8. P. 3569–3580. https://doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00713-8

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Structural formulas of repeating units of CTZ (a) and k-KRG (b).

Download (95KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the specific electrical conductivity of mixtures of KRG and HTZ on their composition [KRG]: [HTZ].

Download (57KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Images of FLC–CTZ particles at pH 5.6 obtained using a fluorescence microscope (sFLC = 20 μg/ml, sCTZ = 12.5 mM).

Download (68KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. IR spectra of FLC (1), CTZ (2) and the FLC–CTZ complex (3) isolated from an aqueous solution at pH 5.6.

Download (84KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Absorption spectra of FLC solutions (1) in the presence of CHTS (2) and PEC (3) (cFLC = 20 μg/ml, cCHTS = 12.5 mM, concentration ratio in PEC [CRH]: [CHTS] = 1.5, pH 7.0).

Download (73KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Fluorescence spectra of FLC (3 μM) (1) in solutions with different concentrations of ChTS: 1 (2), 3 (3), 5 (4) mM. On the right – FLC fluorescence quenching by the addition of ChTS, [Q] is the concentration of ChTS (a); fluorescence spectra of FLC solutions (3 μM) (1) in the presence of ChTS (2) and PEC (3) (cChTS = 1 mM, the ratio of polyelectrolyte concentrations in PEC [CRH] : [ChTS] = 1.5). On the right – FLC fluorescence quenching by the addition of PEC, [Q] is the concentration of PEC (b). (λexc = 440 nm, pH 7.0).

Download (180KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences