Определение оптимальной конфигурации молекулярной системы «наночастицы силиката марганцанезаменимая аминокислота»
А.А. Блинова1, Е.С. Кастарнова2, М.А. Пирогов1, Е.С. Кузнецов3, П.С. Леонтьев1, Д.Д. Филиппов1
1 ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
2 ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет»
3 ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.940
Оригинальная статья
Аннотация: В данном исследовании с помощью квантово-химического моделирования было проведено определение оптимальной конфигурации молекулярной системы «наночастицы силиката марганца — незаменимая аминокислота». Для начала проводилось квантово-химическое моделирование отдельных молекул силиката марганца и незаменимых аминокислот, после проводилось моделирование молекулярных систем «наночастицы силиката марганца-незаменимые аминокислоты», в которых атом кислорода, присоединённый к атому кремния в силикате марганца, соединялся с ионизированной аминогруппой аминокислоты. В результате установлено, что молекулярные системы «наночастицы силиката марганца-незаменимые аминокислоты» являются энергетически выгодными и химически стабильными. На основе полученных данных можно сделать вывод, что оптимальной конфигурацией данных молекулярных систем является взаимодействие силиката марганца с лизином через ионизированную α-аминогруппу лизина. Данная молекулярная система обладает наибольшими значениями разницы полной энергии (ΔE = 73,268 ккал/моль) и химической жёсткости (η = 0,144 эВ), которые являются показателями энергетической выгоды и химической стабильности молекулярной системы. После путём смешивания ацетата марганца, L-лизина и силиката натрия были получены наночастицы силиката марганца, стабилизированные L-лизином.
Ключевые слова: наночастицы силиката марганца, незаменимые аминокислоты, квантово-химическое моделирование, лизин, ИК-спектроскопия
- Блинова Анастасия Александровна – к.т.н., доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Кастарнова Елена Сергеевна – к.б.н., научный сотрудник кафедры терапии и фармакологии, ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет»
- Пирогов Максим Александрович – студент 4 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Кузнецов Егор Станиславович – студент 3 курса специалитета педиатрического факультета, ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный медицинский университет»
- Леонтьев Павел Сергеевич – студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета , ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Филиппов Дионис Демокритович – студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
Ссылка на статью:
Блинова, А.А. Определение оптимальной конфигурации молекулярной системы «наночастицы силиката марганцанезаменимая аминокислота» / А.А. Блинова, Е.С. Кастарнова, М.А. Пирогов, Е.С. Кузнецов, П.С. Леонтьев, Д.Д. Филиппов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 940-949. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.940.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. 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-наДону, 26 апреля 2019; под ред. Н.Б. Осипян и др., 2019. – М.: Изд-во: Московский университет им. С.Ю. Витте. – С. 317-323.
2. Савич, В.В. Дисперсные и нанодисперсные материалы в медицине / В. В. Савич // Конструкции из композиционных материалов. – 2006. – № 4. – С. 114-119.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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. // Физикохимические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 612- 623. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.612.
14. 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.
15. Q-Chem 6.1 User’s Manual. – Режим доступа: https://manual.q-chem.com/latest/. – 02.06.2023.
16. 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.
17. 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.