Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Короневский Н. В., Иноземцева О. А., Сергеева Б. В., Ушаков А. В., Сергеев С. А. Исследование процесса перекристаллизации микрочастиц ватерита, содержащих наночастицы магнетита, выращенных на волокнах поликапролактона методом ультразвуковой обработки // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2024. Т. 24, вып. 3. С. 297-305. DOI: 10.18500/1817-3020-2024-24-3-297-305, EDN: ZXTQMF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.08.2024
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 122)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Нанотехнологии, наноматериалы и метаматериалы
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
29.19.16:29.19.22:616-77:615.4
DOI: 
10.18500/1817-3020-2024-24-3-297-305
EDN: 
ZXTQMF

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

Авторы: 
Короневский Никита Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Иноземцева Ольга Александровна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Сергеева Бэла Владимировна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Ушаков Арсений Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Сергеев Сергей Алексеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
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.

Ключевые слова: 
микрочастицы карбоната кальция
наночастицы магнетита
волокна поликапролактона
регенеративная медицина
Благодарности: 
Работа выполнена в рамках реализации инновационного проекта № 17309ГУ/2022 от 04.12.2022. Авторы выражают признательность Лаборатории диагностики наноматериалов и структур, а также Центру коллективного пользования СГУ имени Н. Г. Чернышевского и лично кандидату физико-математических наук В. В. Галушка и М. А. Поповой за оказанную помощь при проведении данного исследования.
Список источников: 
  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
Поступила в редакцию: 
02.06.2024
Принята к публикации: 
30.08.2024
Опубликована: 
30.08.2024
  • 275 просмотров