ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НАНОРАЗМЕРНОГО ТИТАНАТА БАРИЯ В КУБИЧЕСКОЙ СИНГОНИИ НА ГЕМОСОВМЕСТИМОСТЬ И АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
Аннотация
Расширение области применения керамических наноматериалов для медицины в последнее время представляет значительный интерес. К их числу относятся нанодисперсные порошки титаната бария, которые проявляют антимикробную и антигрибковую активность. Они рассматриваются в качестве носителей лекарственных препаратов, а также биосовместимых компонентов костных тканей. Поиск новых возможностей реализации потенциала нанодисперсного титаната бария в биомедицине является актуальной задачей. В работе приведена методика синтеза наноразмерного порошка титаната бария, полученного путем термической обработки при 800 °C в воздушной среде продуктов золь-гель синтеза. Полученный наноматериал обладает кристаллической структурой с кубической сингонией. По данным электронной микроскопии частицы порошка характеризуются полидисперсным составом и частично агломерированы. Приведены результаты энергодисперсионного анализа образцов. Размер частиц в дисперсии находится в диапазоне от 50 нм до 250 нм, а кристаллитов по Шерреру - 3,85 нм. Проведена оценка степени гемолиза in vitro с использованием свежей донорской крови в присутствии и в отсутствие наночастиц титаната бария. Гемолитический эффект титаната бария (>5%) проявляется при высокой концентрации порошка (450 мкл/мл) в крови, что свидетельствует о биосовместимости наноразмерного BaTiO3 до указанной концентрации. Проанализировано влияние концентрации BaTiO3 на свободнорадикальное окисление липидов и антиоксидантную активность в сыворотке крови, которую проводили методом индуцированной хемилюминесценции. Установлено, что при концентрации 200 мкл/мл BaTiO3 проявляет антиоксидантную активность, а при 400 мкл/мл обладает способностью активировать свободнорадикальное окисление липидов сыворотки крови.
Для цитирования:
Иванов К.В., Филимонова Ю.А., Агафонов А.В., Назаров С.Б. Изучение влияния наноразмерного титаната бария в кубической сингонии на гемосовместимость и антиоксидантные свойства. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 12. С. 6-14. DOI: 10.6060/ivkkt.20246712.7077.
Литература
Shafiq M., Anjum S., Hano C., Anjum I., Abbasi B.H. An overview of the applications of nanomaterials and nanodevices in the food industry. Foods. 2020. V. 9. N 2. P. 148. DOI: 10.3390/FOODS9020148.
Suprunchuk V.E. Creation and properties of biocomposite nanoparticles based on fucoidan as carriers of fibrinolytic enzyme. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 5. P. 87-95 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236605.6680.
Fakhare-Alam M., Saddique S., Hossain N., Shahzad A., Ullah I., Sohail A., Khan M.J.I., Saadullah M. Syn-thesis, characterization, and application of BaTiO3 nanoparticles for anticancer activity. J. Clust. Sci. 2023. V. 34. N 4. P. 1745–1755. DOI: 10.1007/s10876-022-02346-y.
Haleem A., Javaid M., Singh R.P., Rab S., Suman R. Applications of nanotechnology in medical field: a brief re-view. J. Glob. Heal. 2023. V. 7. N 2. P. 70–77. DOI: 10.1016/j.glohj.2023.02.008.
Laurent S., Boutry S., Muller R.N. Metal oxide particles and their prospects for applications. Iron Oxide Nanoparti-cles Biomed. Appl. Elsevier. 2018. P. 3–42. DOI: 10.1016/B978-0-08-101925-2.00001-2.
Marouzi S., Sabouri Z., Darroudi M. Greener synthesis and medical applications of metal oxide nanoparticles. Ce-ram. Int. 2021. V. 47. N 14. P. 19632–19650. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.03.301.
Mandal A.K. Nanomaterials as targeted delivery system of therapeutics for inhibition of cancer. J. Drug Deliv. Ther. 2023. V. 13. N 12. P. 201–223. DOI: 10.22270/jddt.v13i12.6014.
Eid M. Application of nanoparticles in medicine. Handb. Consum. Nanoproducts. Springer Singapore. 2021. P. 1–33. DOI: 10.1007/978-981-15-6453-6_88-1.
Myagkova I.N., Evseev A.K., Polyakov N.A., Drovosekov A.B., Goroncharovskaya I.V., Shabanov A.K. Physico-chemical approaches to improve the characteristics of electrosurgical instruments. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 10. P. 6-13 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226510.6649.
Khort A.A., Podbolotov K.B. Preparation of BaTiO3 nanopowders by the solution combustion method. Ceram. Int. 2016. V. 42. N 14. P. 15343–15348. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.06.178.
Lee S., Son T., Yun J., Kwon H., Messing G., Jun B. Preparation of BaTiO3 nanoparticles by combustion spray pyrolysis. Mater. Lett. 2004. V. 58. P. 2932–2936. DOI: 10.1016/j.matlet.2004.05.022.
Utara S., Hunpratub S. Ultrasonic assisted synthesis of BaTiO3 nanoparticles at 25°C and atmospheric pressure. Ultrason. Sonochem. 2018. V. 41. P. 441–448. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.10.008.
Moghtada A., Ashiri R. Superiority of sonochemical processing method for the synthesis of barium titanate nanocrystals in contrast to the mechanochemical approach. Ultrason. Sonochem. 2018. V. 41. P. 127–133. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2017.09.037.
Pithan C., Hennings D., Waser R. Progress in the synthesis of nanocrystalline BaTiO3 powders for MLCC. Int. J. Appl. Ceram. Technol. 2005. V. 2. N 1. P. 1–14. DOI: 10.1111/j.1744-7402.2005.02008.x.
Ji X., Zhu Y., Lian X., Fan B., Liu X., Xiao P., Zhang Y. Hydroxylation mechanism of phase regulation of nanocrystal BaTiO3 synthesized by a hydrothermal method. Ceram. Int. 2022. V. 48. N 2. P. 2281–2288. DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.10.006.
Kholodkova A.A., Danchevskaya M.N., Ivakin Y.D., Muravieva G.P., Tyablikov A.S. Crystalline barium titanate synthesized in sub- and supercritical water. J. Supercrit. Flu-ids. 2016. V. 117. P. 194–202. DOI: 10.1016/j.supflu.2016.06.018.
Kholodkova A.A., Danchevskaya M.N., Ivakin Y.D., Smirnov A.D., Ponomarev S.G., Fionov A.S., Kolesov V.V. Solid state synthesis of barium titanate in air and in supercritical water: Properties of powder and ceramics. Ceram. Int. 2019. V. 45. N 17. P. 23050–23060. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.07.353.
Sameera Devi C., Kumar G.S., Prasad G. Spectroscopic and electrical studies on Nd3+, Zr4+ ions doped nano-sized BaTiO3 ferroelectrics prepared by solgel method. Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectrosc. 2015. V. 136. P. 366–372. DOI: 10.1016/j.saa.2014.09.042.
Uhl A.M., Andrew J.S. Solgel-based electrospray synthesis of barium titanate nanoparticles. IEEE Trans. Nanobiosci. 2020. V. 19. N 2. P. 162–166. DOI: 10.1109/TNB.2019.2963165.
Dashtizad S., Alizadeh P., Yourdkhani A. Improving piezoelectric properties of PVDF fibers by compositing with BaTiO3-Ag particles prepared by sol-gel method and photo-chemical reaction. J. Alloys Compd. 2021. V. 883. P. 160810. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160810.
Mi L., Zhang Q., Wang H., Wu Z., Guo Y., Li Y., Xiong X., Liu K., Fu W., Ma Y., Wang B., Qi X. Synthesis of BaTiO3 nanoparticles by solgel assisted solid phase method and its formation mechanism and photocatalytic activity. Ce-ram. Int. 2020. V. 46. N 8. P. 10619–10633. DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.01.066.
Kim D.H., Lee S.J., Theerthagiri J., Choi M., Jung J., Yu Y., Im K.S., Jung H.J., Nam S.Y., Choi M.Y. In-situ thermal phase transition and structural investigation of ferroe-lectric tetragonal barium titanate nanopowders with pseudo-cubic phase. Chemosphere. 2021. V. 283. P. 131218. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.131218.
Mahalakshmi S., Mayandi J., Sagadevan S., Ragavendran V., Manikandan K., Arumugam S., Pearce J.M., Venkatachalapathy V. Enriched second-harmonic generation in meta-phase barium titanate nanostructures synthesized by sol-gel hydrothermal method. J. Alloys Compd. 2023 V. 936. P. 168171. DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.168171.
Alfareed T.M., Slimani Y., Almessiere M.A., Shirsath S.E., Hassan M., Nawaz M., Khan F.A., Al-Suhaimi E.A., Baykal A. Structure, magnetoelectric, and anticancer activities of core-shell Co0.8Mn0.2R0.02Fe1.98O4@BaTiO3 nanocomposites (R = Ce, Eu, Tb, Tm, or Gd). Ceram. Int. 2022. V. 48. N 10. P. 14640–14651. DOI: 10.1016/j.ceramint.2022.01.358.
Shah A.A., Khan A., Dwivedi S., Musarrat J., Azam A. Antibacterial and antibiofilm activity of barium titanate nanoparticles. Mater. Lett. 2018. V. 229 P. 130–133. DOI: 10.1016/j.matlet.2018.06.107.
Boschetto F., Doan H.N., Phong P., Zanocco M., Yama-moto K., Zhu W., Adachi T., Kinashi K., Marin E., Pez-zotti G. Bacteriostatic behavior of PLA-BaTiO3 composite fibers synthesized by centrifugal spinning and subjected to aging test. Molecules. 2021. V. 6. N 10. P. 2918. DOI: 10.3390/molecules26102918.
Ribeiro L.M.S., Costa da Rosa Simões L.A., Espanhol-Soares M., Carvalho Teles V., Ribeiro T.A.N., Capellato P., Vasconcelos Fré L.V.B., Kuffner B.H.B., Saddow S.E., Sachs D., Rosifini Alves Claro A.P., Gimenes R. Surface modification of Ti–30Ta alloy by deposition of P(VDF-TrFE)/BaTiO3 coating for biomedical applications. Metals (Basel). 2022. V. 12. N 9. P. 1409. DOI: 10.3390/met12091409.
Shuai C., Liu G., Yang Y., Qi F., Peng S., Yang W., He C., Wang G., Qian G. A strawberry-like Agdecorated bar-ium titanate enhances piezoelectric and antibacterial activities of polymer scaffold. Nano Energy. 2020. V. 74. P. 104825. DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104825.
Sood A., Desseigne M., Dev A., Maurizi L., Kumar A., Millot N., Han S.S. A Comprehensive Review on Barium Titanate Nanoparticles as a Persuasive Piezoelectric Material for Biomedical Applications: Prospects and Challenges. Small. 2023. V. 19. P. 2206401. DOI: 10.1002/smll.202206401.
Swain S., Bhaskar R., Narayanan K.B., Gupta M.K., Sharma S., Dasgupta S., Han S.S., Kumar P. Physico-chemical, mechanical, dielectric, and biological properties of sintered hydroxyapatite/barium titanate nanocomposites for bone regeneration. Biomed. Mater. 2023. V. 18. P. 025016. DOI: 10.1088/1748-605X/acb8f1.
Agafonov A.V., Ivanov K.V., Davydova O.I., Kraev A.S., Trusova T.A., Zakharov A.G. Liquid-Phase Synthe-sis of Barium Acetatotitanyl and Barium Oxalatotitanyl as Intermediates for Preparing Nanosized Barium Titanate. Russ. J. Inorg. Chem. 2011. V. 56. P. 1025–1028. DOI: 10.1134/S0036023611070035.
Shendy S.A., Shahverdizadeh G.H., Babazadeh M., Hosseinzadeh-Khanmiri R., Es′ haghi M. Preparation and Characterization of Acetic Acid-Functionalized Fe3O4@SiO2 Nanoparticles as an Efficient Nanocatalyst for the Synthesis of Nitrones in Water. Silicon. 2020. V. 12. P. 1735–1742. DOI: 10.1007/s12633-019-00252-z.
Bennett J.A., Parlett C.M., Isaacs M.A., Durndell L.J., Olivi L., Lee A.F., Wilson K. Acetic Acid Ketonization over Fe3O4/SiO2 for Pyrolysis Bio-Oil Upgrading. ChemCatChem. 2017. V. 9. P. 1648–1654. DOI: 10.1002/cctc.201601269.
Sasikumar M., Ganeshkumar A., Chandraprabha M.N., Rajaram R., Krishna R. H., Ananth N., Sivakumar P. Investigation of Antimicrobial activity of CTAB assisted hydrothermally derived Nano BaTiO3. Mater. Res. Express. 2018. V. 6. N 2. P. 025408. DOI: 10.1088/2053-1591/aaee3b.
Shahzad K., Mushtaq S., Rizwan M., Khalid W., Atif M., Din F.U., Ahmad N., Abbasi R., Ali Z. Field-controlled magnetoelectric core-shell CoFe2O4@ BaTiO3 nanoparticles as effective drug carriers and drug release in vitro. Mater. Sci. Eng., C. 2021. V. 119. P. 111444. DOI: 10.1016/j.msec.2020.111444.
Alekseeva O.V., Bagrovskaya N.A., Ivanov K.V., Agafonov A.V., Sitnikova O.G., Nazarov S.B. Study of the influence of silicon dioxide on the process of lipid peroxidation in biological fluid in vitro. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2014. V. 57. N 4. P. 83-86 (in Russian).
Ivanova I.P., Trofimova S.V., Piskarev I.M. Fenton’s reaction induced chemiluminescence is Mathematical Modeling of the process; characteristics, parameters and App lication conditions for biomedical studies. Sovrem. Tekhnol. Meditsyne. 2014. V. 6. N 4. P. 14-24 (in Russian).
Sardarian P., Naffakh-Moosavy H., Afghahi S.S.S. A newly-designed magnetic/dielectric [Fe3O4/BaTiO3@MWCNT] nanocomposite system for modern electromagnetic absorption applications. J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 441. P. 257–263. DOI: 10.1016/j.jmmm.2017.05.074.
Ahamed M., Akhtar M.J., Khan M.A.M., Alhadlaq H.A., Alshamsan A. Barium Titanate (BaTiO3) Nanoparticles Exert Cytotoxicity through Oxidative Stress in Human Lung Carcinoma (A549) Cells. Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 2309. DOI: 10.3390/nano10112309.
Alfareed T.M., Slimani Y., Almessiere M.A., Nawaz M., Khan F.A., Baykal A., Al-Suhaimi E.A. Biocompatibility and colorectal anticancer activity study of nanosized BaTiO3 coated spinel ferrites. Sci. Rep. 2022. V. 12. P. 14127. DOI: 10.1038/s41598-022-18306-5.
