Исследование зависимости физико-химических свойств флуоресцентных гибридных полимерных носителей от условий гидротермального синтеза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время поиск новых видов носителей для низкомолекулярных веществ, а также разработка оптимальных методов для эффективной инкапсуляции этих веществ являются важными задачами современной химии и фармакологии. Однако в данной сфере все еще имеются ограничения, среди которых одно из наиболее существенных – это отсутствие оптимального носителя, способного стабильно удерживать низкомолекулярное вещество. В качестве эффективного кандидата для этих целей представлены гибридные полимерные структуры, полученные методом гидротермального синтеза in situ. В качестве модельного низкомолекулярного вещества для инкапсуляции в структуры был использован флуоресцентный краситель родамин Б. Полученные гибридные полимерные структуры продемонстрировали хорошую стабильность при их хранении в водной среде в течение 336 ч с высвобождением низкомолекулярного красителя родамина Б не более 2%. Кроме того, было исследовано влияние условий получения гибридных носителей (включая состав носителей (толщина полимерной оболочки и наличие ядра карбоната кальция) и температуру синтеза) на их физикохимические характеристики. Таким образом, был выявлен оптимальный подход к получению флуоресцентных гибридных полимерных носителей с набором желаемых свойств. В частности, было показано, что для получения стабильного гибридного полимерного носителя с яркой флуоресценцией оптимальными условиями получения являются температура гидротермального синтеза 180оС и отсутствие ядра внутри полиэлектролитной оболочки. Результаты, представленные в данном исследовании, могут быть использованы для создания функциональных платформ и систем, обладающих регулируемыми флуоресцентными свойствами и возможностью доставки низкомолекулярных веществ.

Об авторах

Анастасия Алексеевна Ковыршина

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0009-0001-5406-6828
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Артем Алексеевич Бакал

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-3260-4744
Scopus Author ID: 57202158705
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Мария Сергеевна Савельева

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-2021-0462
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Ирина Юрьевна Горячева

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-1781-6180
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Полина Анатольевна Демина

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-9203-582X
г.Саратов, ул. Астраханская, 83

Список литературы

  1. Mak W. C., Cheung K. Y., Trau D. Infl uence of different polyelectrolytes on layer-by-layer microcapsule properties: Encapsulation effi ciency and colloidal and temperature stability // Chemistry of Materials. 2008. Vol. 20, № 17. P. 5475–5484. https://doi.org/10.1021/cm702254h
  2. Song W., He Q., Möhwald H., Yang Y., Li J. Smart polyelectrolyte microcapsules as carriers for water-soluble small molecular drug // Journal of Controlled Release. 2009. Vol. 139, № 2. P. 160–166. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2009.06.010
  3. Caruso F., Yang W., Trau D., Renneberg R. Microencapsulation of uncharged low molecular weight organic materials by polyelectrolyte multilayer self-assembly // Langmuir. 2000. Vol. 16, № 23. P. 8932–8936. https:// doi.org/10.1021/la000401s
  4. Yi Q., Sukhorukov G. B. UV light stimulated encapsulation and release by polyelectrolyte microcapsules // Advances in Colloid and Interface Science. 2013. Vol. 207, № 1. P. 280–289. https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.11.009
  5. Li J., Fan J., Cao R., Zhang Z., Du J., Peng X. Encapsulated dye/polymer nanoparticles prepared via miniemulsion polymerization for inkjet printing // ACS Omega. 2018. Vol. 3, № 7. P. 7380–7387. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b01151
  6. Asua J. M. Miniemulsion polymerization // Progress in Polymer Science. 2002. Vol. 27, № 7. P. 1283–1346. https://doi.org/10.1016/s0079-6700(02)00010-2
  7. Zhenqian Z., Sihler S., Ziener U. Alizarin Yellow R (AYR) as compatible stabilizer for miniemulsion polymerization // Journal of Colloid and Interface Science. 2017. Vol. 507. P. 337–343. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.08.007
  8. Landfester K. Miniemulsion polymerization and the structure of polymer and hybrid nanoparticles // Angewandte Chemie International Edition. 2009. Vol. 48, № 25. P. 4488–4507. https://doi.org/10.1002/anie.200900723
  9. Faucheu J., Gauthier C., Chazeau L., Cavaillé J.-Y., Mellon V., Lami E. B. Miniemulsion polymerization for synthesis of structured clay/polymer nanocomposites: Short review and recent advances // Polymer. 2010. Vol. 51. P. 6–17. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.11.044
  10. Umezawa M., Ueya Yu., Ichihashi K., Thi Kim Dung D., Soga K. Controlling molecular dye encapsulation in the hydrophobic core of core–shell nanoparticles for in vivo imaging // Biomedical Materials & Devices. 2023. Vol. 1. P. 605–617. https://doi.org/10.1007/s44174- 023-00073-0
  11. Kohl F. F. E., Hinckley J. A., Wiesner U. B. Dye encapsulation in fl uorescent core−shell silica nanoparticles as probed by fl uorescence correlation spectroscopy // The Journal of Physical Chemistry C. 2019. Vol. 123, № 15. P. 9813–9823. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b00297
  12. Soga N., Watanabe R., Noji H. Attolitre-sized lipid bilayer chamber array for rapid detection of single transporter // Scientifi c Reports. 2015. Vol. 5. https://doi.org/10.1038/ srep11025
  13. Ga M., Frueh J., Tao T., Petro A. V., Petrov V. V., Shes terikov E. V., Tverdokhlebov S. I., Sukhorukov G. B. Polylactic acid nano- and microchamber arrays for encapsulation of small hydrophilic molecules featuring drug release via high intensity focused ultrasound // Nanoscale. 2017. Vol. 9, № 21. P. 7063–7070. https://doi.org/10.1039/ C7NR01841J
  14. Abdelhamid H. N. Dye encapsulation and one-pot synthesis of microporous–mesoporous zeolitic imidazolate frameworks for CO2 sorption and adenosine triphosphate biosensing // Dalton Trans. 2023. Vol. 52. P. 2506–2517. https://doi.org/10.1039/D2DT04084K
  15. Skirtac A. G., Yashchenok A. M., Möhwald H. Encapsulation, release and applications of LbL polyelectrolyte multilayer capsules // Chemical Communications. 2011. Vol. 47, № 48. P. 12736–12746. https://doi.org/10.1039/ C1CC13453A
  16. Volodkin D. V., Petrov A. I., Prevot M., Sukhorukov G. B. Matrix polyelectrolyte microcapsules: New system for macromolecule encapsulation // Langmuir. 2004. Vol. 20, № 8. P. 3398–3406. https://doi.org/10.1021/la036177z
  17. Kim M., Yeo S. J., Highley C. B., Burdick J. A., Yoo P. J., Doh J., Lee D. One-Step generation of multifunctional polyelectrolyte microcapsules via nanoscale interfacial complexation in emulsion (NICE) // ACS Nano. 2015. Vol. 9, № 8. P. 8269–8278. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b02702
  18. Kim A. L., Musin E. V., Oripova M. J., Oshchepkova Y. I., Salikhov S. I., Tikhonenko S. A. Polyelectrolyte microcapsules – a promising target delivery system of amiodarone with the possibility of prolonged release // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24. Article number 3348. https://doi.org/10.3390/ijms24043348
  19. Liqin G., Xin T., Renwang S., Jun X. Layer-by-layer self-assembly of giant polyelectrolyte microcapsules templated by microbubbles as potential hydrophilic or hydrophobic drug delivery system // Colloid and Interface Science Communications. 2022. Vol. 47, № 23. https://doi.org/10.1016/j.colcom.2022.100603
  20. Kalenichenko D., Nifontova G., Karaulov A., Sukhanova A., Nabiev I. D. Designing functionalized polyelectrolyte microcapsules for cancer treatment // Nanomaterials. 2021. Vol. 11. Article number 3055. https://doi. org/10.3390/nano11113055
  21. Son D., Cui J., Ju Y., Faria M., Sun H., Howard C. B., Thurecht K. J., Caruso F. Cellular targeting of bispecifi c antibody-functionalized poly(ethylene glycol) capsules: Do shape and size matter? // ACS Applied Materials & Interfaces. 2019. Vol. 11, № 32. P. 28720–28731. https:// doi.org/10.1021/acsami.9b10304
  22. Simioni A. R., de Jesus P. C. C., Tedesco A. C. Layerby-Layer hollow photosensitizer microcapsule design via a manganese carbonate hard template for photodynamic therapy in cells // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2018. Vol. 22. P. 169–177. https://doi. org/10.1016/j.pdpdt.2018.04.011
  23. Володькин Д. В. Иммобилизация белков в микрочастицы, сформированные методом последовательной адсорбции противоположно заряженных полиэлектролитов: дис. … канд. хим. наук. М., 2005. 166 с.
  24. Donath E., Sukhorukov G. B., Caruso F., Davis S. A., Möhwald H. Novel hollow polymer shells by colloidtemplated assembly of polyelectrolytes // Angewandte Chemie International Edition. 1998. Vol. 37, № 16. P. 2201–2205. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521- 3773(19980904)37:163.0.CO;2-E
  25. Köhler K., Shchukin D. G., Möhwald H., Sukhorukov G. B. Thermal behavior of polyelectrolyte multilayer microcapsules. 1. The effect of odd and even layer number // The Journal of Physical Chemistry B. 2005. Vol. 109, № 39. P. 18250–18259. https://doi.org/10.1021/jp052208i
  26. Köhler K., Möhwald H., Sukhorukov G. B. Thermal behavior of polyelectrolyte multilayer microcapsules. 2. Insight into molecular mechanisms for the PDADMAC/ PSS System // The Journal of Physical Chemistry B. 2006. Vol. 110, № 47. P. 24002–24010. https://doi.org/10.1021/ jp062907a
  27. Musin E. V., Kim A. L., Tikhonenko S. A. Destruction of polyelectrolyte microcapsules formed on CaCO3 microparticles and the release of a protein included by the adsorption method // Polymers. 2020. Vol. 12, № 3. Article number 520. https://doi.org/10.3390/polym12030520
  28. Pechenkin M. A., Möhwald H., Volodkin D. V. pH- and salt-mediated response of layer-by-layer assembled PSS/ PAH microcapsules: Fusion and polymer exchange // Soft Matter. 2012. Vol. 8, № 33. Article number 8659. https:// doi.org/10.1039/c2sm25971k
  29. Gao C., Leporatti S., Moya S., Donath E., Möhwald H. Swelling and shrinking of polyelectrolyte microcapsules in response to changes in temperature and ionic strength // Chemistry – A European Journal. 2003. Vol. 9, № 4. P. 915–920. https://doi.org/10.1002/chem.200390113
  30. Demina P. A., Sindeeva O. A., Abramova A. M., Prikhozhdenko E. S., Verkhovskii R. A., Lengert E. V., Sapelkin A. V., Goryacheva I. Yu., Sukhorukov G. B. Fluorescent convertible capsule coding systems for individual cell labeling and tracking // ACS Applied Materials & Interfaces. 2021. Vol. 13, № 17. P. 19701–19709. https:// doi.org/10.1021/acsami.1c02767
  31. Demina P. A., Sindeeva O. A., Abramova A. M., Saveleva M. S., Sukhorukov G. B., Goryacheva I. Y. Fluorescent polymer markers photoconvertible with a 532 nm laser for individual cell labeling // Journal of Biophotonics. 2023. Vol. 16, № 6. https://doi.org/10.1002/jbio.202200379
  32. Sindeeva O. A., Demina P. A., Kozyreva Z. V., Muslimov A. R., Gusliakova O. I., Laushkina V. O., Mordovina E. A., Tsyupka D., Epifanovskaya O. S., Sapach A. Y., Goryacheva I. Yu., Sukhorukov G. B. Labeling and tracking of individual human mesenchymal stromal cells using photoconvertible fl uorescent microcapsules // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24. Article number 13665. https://doi.org/10.3390/ijms241713665
  33. Программа для анализа и обработки изображений ImageJ. URL: https://imagej.net/ij/index.html (дата обращения: 15.06.23).
  34. Saveleva M. S., Lengert E. V., Verkhovskii R. A., Abalymov A. A., Pavlov A. M., Ermakov A. V., Prikhozhdenko E. S., Shtykov S. N., Svenskaya Yu. I. CaCO3-based carriers with prolonged release properties for antifungal drug delivery to hair follicles // Biomaterials Science. 2022. Vol. 10. P. 3323–3345. https://doi.org/10.1039/ D2BM00539E 3
  35. Tao S., Zhu S., Feng T., Xia C., Song Y., Yang B. The polymeric characteristics and photoluminescence mechanism in polymer carbon dots: A review // Materials Today Chemistry. 2017. Vol. 6. P. 13–25. https://doi. org/10.1016/j.mtchem.2017.09.001
  36. Степухович М. С., Абрамова А. М., Бакал А. А., Горячева И. Ю. Новые деградируемые фотокатализаторы для очистки сточных вод // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2023. Т. 23, вып. 2. С. 148–158. https://doi. org/10.18500/1816-9775-2023-23-2-148-158
  37. Antipov A. A., Sukhorukov G. B., Möhwald H. Infl uence of the ionic strength on the polyelectrolyte multilayers’ permeability // Langmuir. 2003. Vol. 19, № 6. P. 2444–2448. https://doi.org/10.1021/la026101n
  38. Tang K., Besseling N. A. M. Formation of polyelectrolyte multilayers: Ionic strengths and growth regimes // Soft Matter. 2016. Vol. 12, № 4. P. 1032–1040. https://doi. org/10.1039/C5SM02118A
  39. Ermakov A. V., Inozemtseva O. A., Gorin D. A., Sukhorukov G. B., Belyakov S., Antipina M. N. Infl uence of heat treatment on loading of polymeric multilayer microcapsules with rhodamine B // Macromolecular Rapid Communications. 2018. Article number 1800200. https://doi. org/10.1002/marc.201800200
  40. Ibarz G., Dähne L., Donath E., Möhwald H. Controlled permeability of polyelectrolyte capsules via defi ned annealing // Chemistry of Materials. 2002. Vol. 14, № 10. P. 4059–4062. https://doi.org/10.1021/cm011300y
  41. Han Y., Bu, J., Zhang Y., Tong W., Gao C. Encapsulation of photosensitizer into multilayer microcapsules by combination of spontaneous deposition and heat-induced shrinkage for photodynamic therapy // Macromolecular Bioscience. 2012. Vol. 12, № 10. P. 1436–1442. https://doi.org/10.1002/mabi.201200191
  42. Sousa de Almeida M., Susnik E., Drasler B., TaladrizBlanco P., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B. Understanding nanoparticle endocytosis to improve targeting strategies in nanomedicine // Chemical Society Reviews. 2021. Vol. 50, № 9. P. 5397–5434. https://doi.org/10.1039/ d0cs01127d

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».