Удаление нестехиометрической аспарагиновой кислоты из водной дисперсии наночастиц аспарагината хитозана

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В традиционном методе удаления избытка кислоты, используемой для получения солевой формы хитозана, имеет место не только реакция с нейтрализующими основаниями, но и частичное депротонирование макроцепей. Поскольку заряженные аминогруппы ответственны за биологическую активность полисахарида, актуальна разработка способов оптимизации кислотно-основного состава хитозансодержащей системы без элиминирования протона. В работе представлены результаты исследования удаления нестехиометрической аспарагиновой кислоты из водной дисперсии наночастиц аспарагината хитозана, полученных самосборкой in situ в процессе ассоциации контрионов на заряженных полимерных цепях и стабилизированных полисилоксановым оболочечным покрытием, с использованием подходов изогидрической и изотермической кристаллизации. Показано, что снижение температуры в диапазоне 50–4°С в сочетании с отгонкой воды на 50–85% приводит к пересыщению нанодисперсии и кристаллизации малорастворимого компонента дисперсионной среды с выпадением осадка. Оценено влияние мольного соотношения кислота/полимер (1.3–1.7 моль/осново-моль) в целевом веществе дисперсной фазы, скорости охлаждения (10 и 30°С/ч) и степени концентрирования дисперсии (50–85%), а также температуры (22±2 и 4°С) и времени выдержки (1–200 сут) на морфоструктуру, химический состав, кристаллическое упорядочение и количественный выход твердой фазы. Методами ИК-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, диализа, потенциометрии и гравиметрии доказано соответствие воздушно-сухой формы выделенного осадка кристаллам цвиттер-ионной формы аспарагиновой кислоты. Установлено, что наиболее оптимальным вариантом для препаративного удаления нестехиометрических двойных биполярных ионов является концентрирование нанодисперсии на 85% с последующим переохлаждением с 50 до 4°С со скоростью 10°С/ч. Разработанный подход сочетания изогидрической и изотермической кристаллизации нестехиометрической аспарагиновой кислоты успешно протестирован на умеренно-концентрированных растворах комплексной соли гидрохлорида-аспарагината хитозана

Об авторах

Дарья Сергеевна Чернова

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0009-0003-7575-574X
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Ольга Сергеевна Ушакова

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0009-0005-6189-4567
SPIN-код: 9417-4361
Scopus Author ID: 58954086400
ResearcherId: LVA-1221-2024
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Ксения Михайловна Шипенок

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-9733-751X
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Анна Борисовна Шиповская

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Список литературы

  1. Lewandowska K., Szulc M. Rheological and film-forming properties of chitosan composites // Int. J. Mol. Sci. 2022. Vol. 23, № 15. Art. 8763. https://doi.org/10.3390/ijms23158763
  2. Morin-Crini N., Lichtfouse E., Torri G., Crini G. Fundamentals and applications of chitosan // Sustainable Agriculture Reviews. 2019. Vol. 35. P. 49–123. https://doi.org/10.1007/978-3-030-16538-3_2
  3. Михайлов Г. П., Тучков С. В., Лазарев В. В., Кулиш Е. И. Комплексообразование хитозана с уксусной кислотой по данным Фурье-спектроскопии комбинационного рассеяния света // Журнал физической химии. 2014. Т. 88, № 6. С. 973–978. https://doi.org/10.7868/S0044453714060193
  4. Кузина Л. Г., Мурзагильдина А. С., Чернова В. В., Кулиш Е. И. Влияние степени протонирования хитозана на некоторые его свойства // Вестник Башкирского университета. 2012. Т. 17, № 2. С. 902–905.
  5. Nicu R., Bobu E., Desbrieres J. Chitosan as cationic polyelectrolyte in wet-end papermaking systems // Cellul. Chem. Technol. 2011. Vol. 45, № 1. P. 105–111. URL: https://www.researchgate.net/publication/249999122_Chitosan_as_cationic_polyelectrolyte_in_wet-end_papermaking_systems (дата обращения: 02.03.2025).
  6. Lugovitskaya T. N., Shipovskaya A. B., Shmakov S. L., Shipenok X. M. Formation, structure, properties of chitosan aspartate and metastable state of its solutions for obtaining nanoparticles // Carbohydrate Polymers. 2022. Vol. 277. ID: 118773. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118773
  7. Ашуров Н. Ш., Югай С. М., Шахобутдинов С. Ш., Кулумбетов А. С., Атаханов А. А. Физико-химические исследования структуры наночастиц хитозана и аскорбат хитозана // Известия Академии наук. Серия химическая. 2022. №2. С. 227–231.
  8. Kumaraswamy R. V., Kumari S., Choudhary R. C., Sharma S. S., Pal A., Raliya R., Biswas P., Saharan V. Salicylic acid functionalized chitosan nanoparticle: A sustainable biostimulant for plant // Int. J. Biol. Macromol. 2018. Vol. 123. P. 1–35. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.10.202
  9. Malinkina O. N., Shmakov S. L., Shipovskaya A. B. Structure, the energy, sorption and biological properties of chiral salts of chitosan with L- and D-ascorbic acid // Int. J. Biol. Macromol. 2024. Vol. 257, part 2. ID: 128731. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128731
  10. Soares L. de S., Tonole B., Milião G. L., Teixeira A. V. N. de C., Coimbra J. S. dos R., Oliveira E. B. Aqueous solutions of glycolic, propionic, or lactic acid in substitution of acetic acid to prepare chitosan dispersions: A study based on rheological and physicochemical properties // J. Food Sci. Technol. 2021. Vol. 58, № 5. P. 1797–1807. https://doi.org/10.1007/S13197-020-04691-0
  11. Шипенок К. М., Луговицкая Т. Н., Шиповская А. Б. Процессы структурообразования при получении наночастиц L- и D-аспарагината хитозана // Журнал физической химии. 2024. Т. 98, № 8. С. 133–141. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=PHYLHZ
  12. Amorim M. L., Ferreira G. M. D., Soares L. de S., Soares W. A. dos S., Ramos A. M., Coimbra J. S. dos R., Silva L. H. M. da, Oliveira E. B. de. Physicochemical aspects of chitosan dispersibility in acidic aqueous media: Effects of the food acid counter-anion // Food Biophysics. 2016. Vol. 11, № 4. P. 388–399. https://doi.org/10.1007/S11483-016-9453-4
  13. Ing L. Y., Zin N. M., Sarwar A., Katas H. Antifungal activity of chitosan nanoparticles and correlation with their physical properties // Int. J. Biomater. 2012. Vol. 2012. P. 1–9. ID: 632698. https://doi.org/10.1155/2012/632698
  14. Pillai C. K. S., Paul W., Sharma C. P. Chitin and chitosan polymers: Chemistry, solubility and fiber formation // Progress in Polymer Science. 2009. Vol. 34. P. 641–678. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.04.001
  15. Бочек А. М., Забивалова Н. М., Попова Е. Н., Лебедева М. Ф., Лаврентьев В. К., Юдин В. Е. Влияние природы кислоты на свойства растворов смесей метилцеллюлозы с хитозаном и композиционных пленок на их основе // Высокомолекулярные соединения (серия А). 2021. T. 63, № 1. С. 66–80. https://doi.org/10.31857/S2308112021010028
  16. Зоткин М. А., Вихорева Г. А., Кечекьян А. С. Термомодификация хитозановых пленок в форме солей с различными кислотами // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2004. Т. 46, № 2. С. 359–363.
  17. Cano-Vicent A., Tuñón-Molina A., Martí M., Serrano-Aroca Á. Biocompatible chitosan films containing acetic acid manifested potent antiviral activity against enveloped and non-enveloped viruses // Int. J. Mol. Sci. 2023. Vol. 24, № 15. Art. 12028. https://doi.org/10.3390/ijms241512028
  18. Poznanski P., Hameed A., Orczyk W. Chitosan and chitosan nanoparticles: parameters enhancing antifungal activity // Molecules. 2023. Vol. 28, № 7. Art. 2996. https://doi.org/10.3390/molecules28072996
  19. Omogbai B. A., Ikenebomeh M. J., Obazenu E. I., Imoni A. A. Changes in pH affects bioactivity of chitosans from Callinectes sapidus // J. Appl. Sci. Environ. Manage. 2019 Vol. 23, № 3. P. 411–415. https://doi.org/10.4314/JASEM.V23I3.7
  20. Jung J., Cavender G., Zhao Y. The contribution of acidulant to the antibacterial activity of acid soluble α- and β-chitosan solutions and their films // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2014. Vol. 98, № 1. P. 425–435. https://doi.org/10.1007/S00253-013-5334-7
  21. Актуганов Г. Э., Сафина В. Р., Галимзянова Н. Ф., Кузьмина Л. Ю., Гильванова Е. А., Бойко Т. Ф., Мелентьев А. И. Устойчивость к хитозану бактерий и микромицетов, различающихся по способности к продукции внеклеточных хитиназ и хитозаназ // Микробиология. 2018. Т. 87, № 5. С. 599–609. https://doi.org/10.1134/S0026365618050026
  22. Lemma S. M., Bossard F., Rinaudo M. Preparation of pure and stable chitosan nanofibers by electrospinning in the presence of poly(ethylene oxide) // Int. J. Mol. Sci. 2016. Vol. 17, № 11. Art. 1790. https://doi.org/10.3390/ijms17111790
  23. Qin C., Li H., Xiao Q., Liu Y., Zhu J., Du Y. Water-solubility of chitosan and its antimicrobial activity // Carbohydrate Polymers. 2006. Vol. 63, № 3. P. 367–374. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2005.09.023
  24. Shmakov S. L., Babicheva T. S., Kurochkina V. A., Lugovitskaya T. N., Shipovskaya A. B. Structural and morphological features of anisotropic chitosan hydrogels obtained by ion-induced neutralization in a triethanolamine medium // Gels. 2023. Vol. 9, № 11. ID: 876. https://doi.org/10.3390/gels9110876
  25. Shipenok X. M., Mazhikenova A. M., Glukhovskoy E. G., Shipovskaya A. B. Phase separation of l-menthol an aqueous dispersion of biologically active nanoparticles of chitosan L- and D-aspartate // J. of Biomedical Photonics & Eng. 2024. Vol. 10, № 4. P. 040316-1‒ 040316-7. https://doi.org/10.18287/JBPE24.10.040316
  26. Shipovskaya A. B., Ushakova O. S., Volchkov S. S., Shipenok X. M., Shmakov S. L., Gegel N. O., Burov A. M. Chiral nanostructured glycerohydrogel sol–gel plates of chitosan L- and D-aspartate: Supramolecular ordering and optical properties // Gels. 2024. Vol. 10, № 7. ID: 427. https://doi.org/10.3390/gels10070427
  27. Шиповская А. Б., Луговицкая Т. Н., Зудина И. В. Биоцидная активность наночастиц аспарагината хитозана // Микробиология. 2023. Т. 92, № 1. С. 68–76. https://doi.org/10.31857/S0026365622600547
  28. Луговицкая Т. Н., Шиповская А. Б. Физико-химические свойства водных растворов L-аспарагиновой кислоты с добавкой хитозана // Журнал общей химии. 2017. Т. 87, № 4. С. 650–656.
  29. Шадрина Е. В., Малинкина О. Н., Хонина Т. Г., Шиповская А. Б., Фомина В. И., Ларченко Е. Ю., Попова Н. А., Зырянова И. Г., Ларионов Л. П. Исследование процесса образования и фармакологической активности кремнийхитозансодержащих глицерогидрогелей, полученных методом биомиметической минерализации // Известия Академии наук. Серия химич. 2015. Т. 64, № 7. С. 1633–1639.
  30. Логинова Е. С., Никольский В. М. Биоразлагаемые комплексоны. влияние оптической изомерии на физико-химические свойства // Химическая физика. 2017. Т. 36, № 8. С. 94–100.
  31. Lee T., Lin Y. K. The origin of life and the crystallization of aspartic acid in water // Crystal Growth & Design. 2010. Vol. 10, iss. 4. P. 1652–1660.

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».