DETERMINATION OF THE OPTIMAL CONFIGURATION OF THE MOLECULAR SYSTEM «MANGANESE SILICATE NANOPARTICLES-AN ESSENTIAL AMINO ACID»
- Authors: Blinova A.A.1, Kastarnova E.S.2, Pirogov M.A.1, Kuznetsov E.S.3, Leontiev P.S.1, Filippov D.D.1
-
Affiliations:
- North-Caucasian Federal University
- Stavropol State Agrarian University
- Stavropol State Medical University
- Issue: No 15 (2023)
- Pages: 940-949
- Section: Nanochemistry
- URL: https://ogarev-online.ru/2226-4442/article/view/378525
- DOI: https://doi.org/10.26456/pcascnn/2023.15.940
- EDN: https://elibrary.ru/KPKQKT
- ID: 378525
Cite item
Full Text
Abstract
In this study, the optimal configuration of the molecular system «manganese silicate nanoparticles - essential amino acid» was determined using quantum chemical simulation. To begin with, quantum chemical simulation of individual molecules of manganese silicate and essential amino acids was carried out, after which molecular systems «manganese silicate nanoparticles - essential amino acids» were modeled, in which an oxygen atom attached to silicon atom in manganese silicate was combined with an ionized amino group of amino acids. As a result, it was found that the molecular systems «manganese silicate nanoparticles - essential amino acids» are energetically advantageous and chemically stable. Based on the data obtained, it can be concluded that the optimal configuration of these molecular systems is the interaction of manganese silicate with lysine through the ionized α -amino group of lysine. This molecular system has the highest values of the difference in total energy (Δ E = 73.268 kcal/mol) and chemical hardness ( η = 0.144 eV), which are indicators of energy benefits and chemical stability of molecular system. After mixing manganese acetate, L -lysine and sodium silicate, manganese silicate nanoparticles stabilized with L -lysine were obtained.
About the authors
Anastasia A. Blinova
North-Caucasian Federal University
Email: nastya_bogdanova_88@mail.RUS
Stavropol, Russia
Elena S. Kastarnova
Stavropol State Agrarian UniversityStavropol, Russia
Maxim A. Pirogov
North-Caucasian Federal UniversityStavropol, Russia
Egor S. Kuznetsov
Stavropol State Medical UniversityStavropol, Russia
Pavel S. Leontiev
North-Caucasian Federal UniversityStavropol, Russia
Dionis D. Filippov
North-Caucasian Federal UniversityStavropol, Russia
References
- Макарова, В.Н. История медицины: актуальные проблемы и перспективы изучения / В. Н. Макарова, Е. К. Склярова // Наука и общество - 2019: Материалы международной научной конференции, Ростов-на-Дону, 26 апреля 2019; под ред. Н.Б. Осипян и др., 2019. - М.: Изд-во: Московский университет им. С.Ю. Витте. - С. 317-323.
- Савич, В.В. Дисперсные и нанодисперсные материалы в медицине / В. В. Савич // Конструкции из композиционных материалов. - 2006. - № 4. - С. 114-119.
- Фомин, А.А. Наноструктура покрытий из диоксида титана, модифицированного гидроксиапатитом, на медицинских титановых имплантатах / А.А. Фомин, А.Б. Штейнгауэр, И.В. Родионов и др. // Медицинская техника. - 2013. - № 3 (279). - С. 24-27.
- Tosan, F. Effects of doping metal nanoparticles in hydroxyapatite in Improving the physical and chemical properties of dental implants / F. Tosan, N. Rahnama, D. Sakhaei et al. // Nanomedicine Research Journal.- 2021. - Vl. 6. - I. 4. - P. 327-336. doi: 10.22034/NMRJ.2021.04.002.
- Li, Y. Relationship between the colour change of hydroxyapatite and the trace element manganese / Y. Li, C.P.A.T. Klein, X. Zhang, K. de Groot // Biomaterials. - 1993. - Vol. 14. - I. 13. - P. 969-972. doi: 10.1016/0142-9612(93)90187-7.
- Sobańska, Z. Applications and biological activity of nanoparticles of manganese and manganese oxides in in vitro and in vivo models / Z. Sobańska, J. Roszak, K. Kowalczyk, M. Stępnik // Nanomaterials. - 2021. - V. 11. - I. 5 - Art. № 1084. 16 p. doi: 10.3390/nano11051084.
- Fujitani, W. Synthesis of hydroxyapatite contining manganese and its evaluation of biocompatibility / W. Fujitani, Y. Hamada, N. Kawaguchi et al. // Nano Biomedicine. - 2010. - V. 2. - I. 1. - P. 37-46. doi: 10.11344/nano.2.37.
- Mandal, S. In vitro and in vivo degradability, biocompatibility and antimicrobial characteristics of Cu added iron-manganese alloy / S. Mandal, V. Kishore, M. Bose et al. // Journal of Materials Science & Technology.- 2021. - V. 84. - P. 159-172. doi: 10.1016/j.jmst.2020.12.029.
- Li, B. Manganese-based layered double hydroxide nanoparticles as a T1-MRI contrast agent with ultrasensitive pH response and high relaxivity / B. Li, Z. Gu, N. Kurniawan et al. // Advanced Materials.- 2017. - V. 29. - I. 29. - Art. № 1700373. - 8 p. doi: 10.1002/adma.201700373.
- Heiden, M. Evolution of novel bioresorbable iron-manganese implant surfaces and their degradation behaviors in vitro / M. Heiden, E. Walker, E. Nauman, L. Stanciu // Journal of Biomedical Materials Research Part A. - 2015. - Vol. 103. - I. 1. - P. 185-193. doi: 10.1002/jbm.a.35155.
- Якимов, Л.А. Биодеградируемые импланты. Становление и развитие. Преимущества и недостатки (обзор литературы) / Л.А. Якимов, Л.Ю. Слиняков, Д.С. Бобров и др. // Кафедра травматологии и ортопедии. - 2017. - №. 1(21). - С. 44-49.
- Рыжкова, Д.А. Роль "магических" ГПУ чисел в устойчивости внутреннего строения нанокластеров Ag89 и Ag153 / Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 593-603. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.593.
- Сдобняков, Н.Ю. Влияние размерного эффекта на закономерности структурообразования в биметаллических наночастицах Au-Co / Н.Ю. Сдобняков, С.С. Богданов, А.Д. Веселов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2021. - Вып. 13. - С. 612-623. doi: 10.26456/pcascnn/2021.13.612.
- Pradhan, S. Photochemical modulation of biosafe manganese nanoparticles on Vigna radiata: a detailed molecular, biochemical, and biophysical study / S. Pradhan, P. Patra, S. Das et al. // Environmental Science & Technology. - 2013. - Vol. 47. - I. 22. - P. 122-131. doi: 10.1021/es402659t.
- Q-Chem 6.1 User's Manual. - Режим доступа: https://manual.q-chem.com/latest/. - 02.06.2023.
- Блинова, А.А. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами / А.А. Блинова, А.В. Блинов, М.А. Пирогов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2022. - Вып. 14. - С. 352-361. doi: 10.26456/pcascnn/2022.14.352.
- Blinova, A.A. Synthesis and characterization of calcium silicate nanoparticles stabilized with amino acids / A.A. Blinova, A.A. Karamirzoev, A.R. Guseynova et al. // Micromachines. - 2023. - Vol. 14. - I. 2.- Art. № 245, 12 p. doi: 10.3390/mi14020245.
Supplementary files
