Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Исследование процесса полимерной стабилизации смешанного оксида железа амилопектином

А.А. Нагдалян, П.С. Леонтьев, А.Б. Голик, А.С. Аскерова, А.М. Серов, А.В. Татов

ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.951

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе образцы смешанного наноразмерного оксида железа, стабилизированного амилопектином, получали методом химического осаждения в водной среде. Это соединение обладает большим спектром применения в биомедицинских технологиях и устройствах хранения и преобразования энергии, из-за своих супермагнитных свойств. Были проведены исследования микроструктуры методом сканирующей электронной микроскопии и фазового состава дифрактометрическим методом, а также компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия амилопектина и смешанного наноразмерного оксида железа. В ходе исследования фазового состава установлено, что образец представляет собой смешанный оксид железа Fe3O4 с кубической гранецентрированной решёткой и пространственной группой Fd3m. Исходя из анализа микроструктуры установлено, что образец формируется из частиц диаметром от 24 до 54 нм. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установлено, что взаимодействие наночастиц оксида железа с амилопектином является энергетически выгодным и химически стабильным. Наиболее вероятным является взаимодействие через гидроксильную группу, присоединённую к C2 первого A-связанного остатка глюкопиранозы, так как при данном взаимодействии наблюдаются оптимальные значения полной энергии (E = -3839,330 ккал/моль) и химической жёсткости (η = 0,159 эВ).

Ключевые слова: наночастицы, метод совместного осаждения, оксид железа (III), сканирующая электронная микроскопия, стабилизатор

  • Нагдалян Андрей Ашотович – к.т.н., старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории пищевой и промышленной биотехнологии, факультет пищевой инженерии и биотехнологий им. академика А.Г. Храмцова, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Леонтьев Павел Сергеевич – студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Голик Алексей Борисович – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Аскерова Алина Салмановна – студентка 2 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Серов Александр Михайлович – студент 1 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Татов Алексей Владимирович – студент 1 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Ссылка на статью:

Нагдалян, А.А. Исследование процесса полимерной стабилизации смешанного оксида железа амилопектином / А.А. Нагдалян, П.С. Леонтьев, А.Б. Голик, А.С. Аскерова, А.М. Серов, А.В. Татов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 951-959. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.951.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Nguyen, M.D. Fe3O4 nanoparticles: Structures, synthesis, magnetic properties, surface functionalization, and emerging applications / M.D. Nguyen, H. Tran , S. Xu et al. // Applied Sciences. – 2021. – V. 11. – I. 23. – Art. № 11301. – 34 p. DOI: 10.3390/app112311301.
2. Koo, K.N. Preparation and characterization of superparamagnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticles: A short review / K.N. Koo, A.F. Ismail, M.H. Dzarfan et al. // Malaysian Journal of Fundamental and Applied Sciences. – 2019. – V. 15. – № 1. – P. 23-31. DOI: 10.11113/mjfas.v15n2019.1224.
3. Niculescu, A.G., Magnetite nanoparticles: synthesis methods – a comparative review / A.G. Niculescu, C. Chircov, A.M. Grumezescu // Methods. – 2022. – V. 199. – P. 16-27. DOI: 10.1016/j.ymeth.2021.04.018.
4. Ganapathe, L.S. Magnetite (Fe3O4) nanoparticles in biomedical application: From synthesis to surface functionalisation / L.S. Ganapathe, M.A. Mohamed, R. Mohamad Yunus et al // Magnetochemistry. – 2020. – V. 6. – I. 4. – Art. № 68. – 35 p. DOI: 10.3390/magnetochemistry6040068.
5. Rajan, A. Assessing magnetic and inductive thermal properties of various surfactants functionalised Fe3O4 nanoparticles for hyperthermia / A. Rajan, M. Sharma, N.K. Sahu // Scientific Reports. – 2020. – V. 10. – I. 1. – Art. № 15045. – 15 p. DOI: 10.1038/s41598-020-71703-6.
6. Włodarczyk, A. Magnetite nanoparticles in magnetic hyperthermia and cancer therapies: challenges and perspectives / A. Włodarczyk, S. Gorgoń, A. Radoń, K. Bajdak-Rusinek // Nanomaterials. – 2022. – V. 12. – I. 11. – Art. № 1807. – 23 p. DOI: 10.3390/nano12111807.
7. Супрунчук, В.Е. Оценка свойств нанокомпозита фукоидан/Fe3O4 как транспортного агента ковалентно связанного молекулярного груза / В.Е. Супрунчук // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 1039-1048. DOI 10.26456/pcascnn/2023.15.1039.
8. Alkhatib, R. Physio-biochemical and ultrastructural impact of (Fe3O4) nanoparticles on tobacco / R. Alkhatib., B. Alkhatib, N.Abdo et al. // BMC Plant Biology. – 2019. – V. 19. – Art. № 253. – 12 p. DOI: 10.1186/s12870-019-1864-1.
9. Plaksenkova, I. Effects of Fe3O4 nanoparticle stress on the growth and development of Rocket Eruca sativa / I. Plaksenkova, M. Jermaļonoka, L. Bankovska et al. // Journal of Nanomaterials. – 2019. – V. 2019. – I. 1. – Art. № 2678247. – 10 p. DOI: 10.1155/2019/2678247.
10. Feng, Y. Effects of iron oxide nanoparticles (Fe3O4) on growth, photosynthesis, antioxidant activity and distribution of mineral elements in wheat (Triticum aestivum) Plants / Y. Feng, V.D. Kreslavski, A.N. Shmarev et al. // Plants. – 2022. – V. 11. – I. 14. – Art. № 1894. – 15 p. DOI: 10.3390/plants11141894.
11. Kokina, I. Impact of iron oxide nanoparticles on yellow medick (Medicago falcata L.) plants / I. Kokina, I. Plaksenkova, M. Jermaļonoka et al. // Journal of Plant Interactions. – 2020. – V. 15. – I. 1. – P. 1-7. DOI: 10.1080/17429145.2019.1708489.
12. Yang, X. Effects of iron oxide nanoparticles on the mineral composition and growth of soybean (Glycine max L.) plants / X. Yang, D. Alidoust, C. Wang // Acta Physiologiae Plantarum. – 2020. – V. 42. – I. 8. – Art. № 128. – 11 p. DOI: 10.1007/s11738-020-03104-1.
13. Hieu, D.M. Ferrite (Fe3O4) nanoparticle in soil stimulates the plant growth in peas and bok choy / D.M. Hieu, N.T. Hoa, H.T.M. Oanh et al. // JST: Engineering and Technology for Sustainable Development. – 2021. – V. 31.– I. 4. – P. 38-45. DOI: 10.51316/jst.153.etsd.2021.31.4.7.
14. Rajput, V.D. Impact of nanoparticles on soil resource / V.D. Rajput, T.M. Minkina, S.N. Sushkova et al. // In: Nanomaterials for Soil Remediation; ed by A. Amrane et al. – 2020. – Ch. 4. – P. 65-85. DOI: 10.1016/B978-0-12-822891-3.00004-9.
15. Liu, J. Fe3O4 nanoparticles as matrix solid-phase dispersion extraction adsorbents for the analysis of thirty pesticides in vegetables by ultrahigh-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry / J. Liu, C. Ji, X. Liu et al. // Journal of Chromatography B. – 2021. – V. 1165. – Art. № 122532. – 11 p. DOI: 10.1016/j.jchromb.2021.122532.
16. Stolyar, S.V. Polysaccharide-coated iron oxide nanoparticles: Synthesis, properties, surface modification / S.V. Stolyar, V.V. Krasitskaya, L.A. Frank et al. // Materials Letters. – 2021. – V. 284. – Part 1, – Art. № 128920. – 4 p. DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128920.
17. Samrot, A.V. Utilization of gum polysaccharide of Araucaria heterophylla and Azadirachta indica for encapsulation of cyfluthrin loaded super paramagnetic iron oxide nanoparticles for mosquito larvicidal activity / A.V. Samrot, K.S. Bhavya, S.M. Roshini et al. // International journal of biological macromolecules. – 2020. – V. 153. – P. 1024-1034. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2019.10.232.
18. Mu, S. Antioxidant activities and mechanisms of polysaccharides / S. Mu, W. Yang, G. Huang // Chemical Biology & Drug Design. – 2021. – V. 97. – I. 3. – P. 628-632. DOI: 10.1111/cbdd.13798.
19. Yarley, O.P.N. Reviews on mechanisms of in vitro antioxidant, antibacterial and anticancer activities of water-soluble plant polysaccharides / O.P.N. Yarley, A.B. Kojo, C. Zhou et al. // International Journal of Biological Macromolecules. – 2021. – V. 183. – P. 2262-2271. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.05.181.
20. Rachidi, F. Microalgae polysaccharides bio-stimulating effect on tomato plants: Growth and metabolic distribution / F. Rachidi, R. Benhima, L. Sbabou et al. // Biotechnology reports. – 2020. – V. 25. – Art. № e00426 – 8 p. DOI: 10.1016/j.btre.2020.e00426.
21. Goudenhooft, C. Flax (Linum usitatissimum L.) fibers for composite reinforcement: Exploring the link between plant growth, cell walls development, and fiber properties / C. Goudenhooft, A. Bourmaud, C. Baley // Frontiers in Plant Science. – 2019 – V. 10. – Art. № 411. – 23 p. DOI: 10.3389/fpls.2019.00411.
22. Haas, K.T. The role of pectin phase separation in plant cell wall assembly and growth / K.T. Haas, R. Wightman, A. Peaucelle et al. // The Cell Surface. – 2021. – V. 7. – Art. № 100054. – 11 p. DOI: 10.1016/j.tcsw.2021.100054.
23. Ciriminna, R. Pectin: new science and forthcoming applications of the most valued hydrocolloid / R. Ciriminna, A. Fidalgo, A. Scurria et al. // Food Hydrocolloids. – 2022. – V. 127. – Art. № 107483. – 8 p. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2022.107483.
24. Q-Chem 6.1 User’s Manual. – Режим доступа: https://manual.q-chem.com/latest/. – 12.07.2024.
25. IQmol Molecular Viewer. – Режим доступа: http://www.iqmol.org/. – 12.07.2024.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒