Исследование процесса перекристаллизации микрочастиц ватерита, содержащих наночастицы магнетита, выращенных на волокнах поликапролактона методом ультразвуковой обработки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Предложен метод минерализации нановолокон поликапролактона микрочастицами карбоната кальция (ватерита), содержащими наночастицы смешанного оксида железа (магнетита), с помощью ультразвуковой обработки. Полученный композитный материал может найти применение в тканевой инженерии в качестве каркаса для роста клеток, либо носителя лекарств для их локального высвобождения. Процесс перекристаллизации микрочастиц ватерита, входящих в состав композитного материала, в кальцит исследован с помощью рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии. С помощью сканирующей электронной микроскопии исследовано изменение содержания полиморфов кальцита и ватерита в минерализованных образцах в процессе перекристаллизации. Установлено, что полный процесс перекристаллизации ватерита в кальцит занимает порядка 27 ч, при этом скорость перекристаллизации значительно возрастает после 12 ч выдерживания в воде. По данным рентгеновской дифракции, к 24-му ч магнитные наночастицы в полученном покрытии отсутствуют, что связано с их постепенным высвобождением в результате перекристаллизации ватерита в кальцит.

Об авторах

Никита Владимирович Короневский

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-4441-5577
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Ольга Александровна Иноземцева

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Бэла Владимировна Сергеева

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0001-7040-1895
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Арсений Владимирович Ушаков

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0003-0495-7750
Scopus Author ID: 54409932500
ResearcherId: K-3318-2012
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Сергей Алексеевич Сергеев

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского

ORCID iD: 0000-0002-4442-6797
Scopus Author ID: 56884021000
ResearcherId: D-9740-2013
410012, Россия, г. Саратов, ул. Астраханская, 83

Список литературы

  1. Boccaccini A. R., Blaker J. J. Bioactive composite materials for tissue engineering scaffolds. Expert Review of Medical Devices, 2005, vol. 2, no. 3, pp. 303–317. Https://doi.org/10.1586/17434440.2.3.303
  2. Huo Y., Liu Y., Xia M., Du H., Lin Z., Li B., Liu H. Nanocellulose-based composite materials used in drug delivery systems. Polymer, 2022, vol. 14, no. 13, pp. 2648. https://doi.org/10.3390/polym14132648
  3. Tran C. D., Mututuvari T. M. Cellulose, chitosan, and keratin composite materials. Controlled drug release. Langmuir, 2015, vol. 31, no. 4, pp. 1516–1526. https://doi.org/10.1021/la5034367
  4. Darder M., Aranda P., Ruiz-Hitzky E. Bionanocomposites: A new concept of ecological, bioinspired, and functional hybrid materials. Advanced Materials, 2007, vol. 19, no. 10, pp. 1309–1319. https://doi.org/10.1002/adma.200602328
  5. Hsissou R., Seghiri R., Benzekri Z., Hilali M., Rafik M., Elharfi A. Polymer composite materials: A comprehensive review. Composite Structures, 2021, vol. 262, pp. 113640. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113640
  6. Yang X., Wang J., Guo H., Liu L., Xu W., Duan G. Structural design toward functional materials by electrospinning: A review. e-Polymers, 2020, vol. 20, no. 1, pp. 682–712. https://doi.org/10.1515/epoly-2020-0068
  7. Antaby E., Klinkhammer K., Sabantina L. Electrospinning of chitosan for antibacterial applications–Current trends. Applied Sciences, 2021, vol. 11, no. 24, pp. 11937. https://doi.org/10.3390/app112411937
  8. Blackstone B. N., Gallentine S. C., Powell H. M. Collagenbased electrospun materials for tissue engineering: A systematic review. Bioengineering, 2021, vol. 8, no. 3, pp. 39. https://doi.org/10.3390/bioengineering8030039
  9. Ghomi E. R., Lakshminarayanan R., Chellappan V., Verma N. K., Chinnappan A., Neisiany R. E. Electrospun aligned PCL/gelatin scaffolds mimicking the skin ECM for effective antimicrobial wound dressings. Advanced Fiber Materials, 2023, vol. 5, no. 1, pp. 235–251. https://doi.org/10.1007/s42765-022-00216-w
  10. Suamte L., Tirkey A., Babu P. J. Design of 3D smart scaffolds using natural, synthetic and hybrid derived polymers for skin regenerative applications. Smart Materials in Medicine, 2023, vol. 4, pp. 243–256. https://doi.org/10.1016/j.smaim.2022.09.005
  11. Janmohammadi M., Nazemi Z., Salehi A. O. M., Seyfoori A., John J. V., Nourbakhsh M. S., Akbari M. Cellulose-based composite scaffolds for bone tissue engineering and localized drug delivery. Bioactive Materials, 2023, vol. 20, pp. 137–163. https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2022.05.018
  12. Montaseri Z., Abolmaali S. S., Tamaddon A. M., Farvadi F. Composite silk fibroin hydrogel scaffolds for cartilage tissue regeneration. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 2023, vol. 79, pp. 104018. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2022.104018
  13. Li G., Liu H., Li T. D., Wang J. Surface modification and functionalization of silk fibroin fibers/fabric toward high performance applications. Materials Science and Engineering: C, 2012, vol. 32, no. 4, pp. 627–636. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.12.013
  14. Sánchez L. D., Brack N., Postma A., Pigram P. J., Meagher L. Surface modification of electrospun fibres for biomedical applications: A focus on radical polymerization methods. Biomaterials, 2016, vol. 106, pp. 24–45. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2016.08.011
  15. Saveleva M. S., Ivanov A. N., Kurtukova M. O., Atkin V. S., Ivanova A. G., Lyubun G. P., Martyukova A. V., Cherevko E. I., Sargsyan A. K., Fedonnikov A. S., Norkin I. A., Skirtach A. G., Gorin D. A., Parakhonskiy B. V. Hybrid PCL/CaCO3 scaffolds with capabilities of carrying biologically active molecules: Synthesis, loading and in vivo applications. Materials Science and Engineering, 2018, vol. 85, pp. 57–67. https://doi.org/10.1016/j.msec.2017.12.019
  16. Fadia P., Tyagi S., Bhagat S., Nair A., Panchal P., Dave H., Dang S., Singh S. Calcium carbonate nano-and microparticles: Synthesis methods and biological applications. 3 Biotech, 2021, vol. 11, pp. 457. https://doi.org/10.1007/s13205-021-02995-2
  17. Sergeeva A., Sergeev R., Lengert E., Zakharevich A., Parakhonskiy B., Gorin D., Sergeev S., Volodkin D. Composite Magnetite and Protein Containing CaCO3 Crystals. External Manipulation and Vaterite→Calcite Recrystallization-Mediated Release Performance. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, vol. 7, iss. 38, рр. 21315–21325. https://doi.org/10.1021/acsami.5b05848
  18. Savelyeva M. S., Abalymov A. A., Lyubun G. P., Vidyasheva I. V., Yashchenok A. M., Douglas T. E. L., Gorin D. A., Parakhonskiy B. V. Vaterite coatings on electrospun polymeric fibers for biomedical applications. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2017, vol. 105, iss. 1, pp. 94–103. https://doi.org/10.1002/jbm.a.35870
  19. Salehipour M., Rezaei S., Mosafer J., Pakdin-Parizi Z., Motaharian A., Mogharabi-Manzari M. Recent advances in polymer-coated iron oxide nanoparticles as magnetic resonance imaging contrast agents. Journal of Nanoparticle Research, 2021, vol. 23, pp. 48. https://doi.org/10.1007/s11051-021-05156-x
  20. Wіodarczyk A., Gorgoс S., Radoс A., Bajdak-Rusinek K. Magnetite nanoparticles in magnetic hyperthermia and cancer therapies: Challenges and perspectives. Nanomaterials, 2022, vol. 12, no. 11, pp. 1807. https://doi.org/10.3390/nano12111807
  21. Dasari A., Xue J., Deb S. Magnetic nanoparticles in bone tissue engineering. Nanomaterials, 2022, vol. 12, no. 5, pp. 757. https://doi.org/10.3390/nano12050757
  22. Ahmed M. K., Menazea A. A., Mansour S. F., Al-Wafi R. Differentiation between cellulose acetate and polyvinyl alcohol nanofibrous scaffolds containing magnetite nanoparticles/graphene oxide via pulsed laser ablation technique for tissue engineering applications. Journal of Materials Research and Technology, 2020, vol. 9, no. 5, pp. 11629–11640. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.08.041
  23. Koronevskiy N. V., Inozemtseva O. A., Sergeeva B. V., Ushakov A. V., Sergeev S. A. Investigation of the process of recrystallization calcium carbonate microparticles grown on polycaprolactone nanofibers using scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Izvestiya of Saratov University. Physics, 2023, vol. 23, iss. 2, pp. 179–187 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-2-179-187
  24. Koronevskiy N. V., Savelyeva M. S., Lomova M. V., Sergeeva B. V., Kozlova A. A., Sergeev S. A. Composite mesoporous vaterite-magnetite coatings on polycaprolactone fibrous matrix. Izvestiya of Saratov University. Physics, 2022, vol. 22, iss. 1, pp. 62–71. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2022-22-1-62-71
  25. Koronevskiy N. V., Inozemtseva O. A., Sergeeva B. V., Ushakov A. V., Andreev A. A., Sergeev S. A. Optimization of the mineralization process of polycaprolactone fibers with vaterite microparticles. Advanced Materials, 2024, vol. 6, pp. 38–46. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2024-6-38-46
  26. Trakoolwannachai V., Kheolamai P., Ummartyotin S. Characterization of hydroxyapatite from eggshell waste and polycaprolactone (PCL) composite for scaffold material. Composites Part B: Engineering, 2019, vol. 173, pp. 106974. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.106974
  27. Yaseen S. A., Yiseen G. A., Li Z. Elucidation of calcite structure of calcium carbonate formation based on hydrated cement mixed with graphene oxide and reduced graphene oxide. ACS Omega, 2019, vol. 4, iss. 6, pp. 10160–10170. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00042
  28. Chong K. Y., Chia C. H., Zakaria S., Sajab M. S. Vaterite calcium carbonate for the adsorption of Congo red from aqueous solutions. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2014, vol. 2, iss. 4, pp. 2156–2161. https://doi.org/10.1016/j.jece.2014.09.017
  29. Taufiq A., Nikmah A., Hidayat A., Sunaryono S., Mufti N., Hidayat N., Susanto H. Synthesis of magnetite/silica nanocomposites from natural sand to create a drug delivery vehicle. Heliyon, 2020, vol. 6, no. 4, pp. e03784. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e03784

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».