RU2548971C2 - Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren - Google Patents

Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren Download PDF

Info

Publication number
RU2548971C2
RU2548971C2 RU2013118427/05A RU2013118427A RU2548971C2 RU 2548971 C2 RU2548971 C2 RU 2548971C2 RU 2013118427/05 A RU2013118427/05 A RU 2013118427/05A RU 2013118427 A RU2013118427 A RU 2013118427A RU 2548971 C2 RU2548971 C2 RU 2548971C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fullerene
solution
aqueous
dispersion
dialysis
Prior art date
Application number
RU2013118427/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013118427A (en
Inventor
Сергей Михайлович Андреев
Елена Николаевна Башкатова
Муса Рахимович Хаитов
Дарья Дмитриевна Пургина
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства (ФГБУ "ГНЦ Институт иммунологии"ФМБА России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства (ФГБУ "ГНЦ Институт иммунологии"ФМБА России) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства (ФГБУ "ГНЦ Институт иммунологии"ФМБА России)
Priority to RU2013118427/05A priority Critical patent/RU2548971C2/en
Publication of RU2013118427A publication Critical patent/RU2013118427A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2548971C2 publication Critical patent/RU2548971C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)

Abstract

FIELD: medicine, pharmaceutics.
SUBSTANCE: invention can be used in the chemical industry, cosmetics and medicine in making cosmetic products, therapeutic agents, antioxidants, antimicrobial agents, radioprotective substances, compounds for gene material delivery. An aqueous nanodispersion of fullerene is produced by solving C60 fullerite crystals in N-methylpyrrolidone. The prepared solution is mixed with water and a stabilising agent, which is presented by amino acid, monosaccharide, peptide, polyvinylpyrrolidone or glycerol. That is followed by the dialysis of the prepared mixture. After the dialysis, the solution can be concentrated, e.g. by vacuum vaporisation. The process is safe as uses no toxic solvents.
EFFECT: simplifying the process by eliminating the use of pre-milled fulleren crystals, ultrasonic treatment and heating.
2 cl, 26 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к способам получения стабильных водных растворов (нанодисперсий) фуллерена и может быть использовано в широком спектре областей, от электроники до медицины, например, для создания косметических средств, препаратов для лечения заболеваний, связанных с воспалением и окислительным стрессом (аллергия, астма, дерматиты, ишемические болезни), противораковых препаратов, антиоксидантов, антимикробных средств, радиопротекторов, соединений для доставки генного материала.The invention relates to methods for producing stable aqueous solutions (nanodispersions) of fullerene and can be used in a wide range of fields, from electronics to medicine, for example, to create cosmetics, drugs for the treatment of diseases associated with inflammation and oxidative stress (allergy, asthma, dermatitis , ischemic diseases), anticancer drugs, antioxidants, antimicrobial agents, radioprotectors, compounds for the delivery of gene material.

Известно, что производные фуллерена обладают различными типами биологической активности: противоопухолевой, антивирусной, антибактериальной, антиоксидантной, нейропротективной и др. Фуллерен Ceo не проявляет заметную токсичность и может выводиться полностью из организма в течение нескольких дней, фуллерен и его аддукты способны проходить через биологические мембраны и могут быть использованы в качестве энхансера доставки лекарственных средств. Фуллерен и его производные проявляют антиоксидантную активность, способность инактивировать свободные радикалы.Derivatives of fullerene are known to have various types of biological activity: antitumor, antiviral, antibacterial, antioxidant, neuroprotective, etc. Fullerene Ceo does not exhibit noticeable toxicity and can be completely eliminated from the body within a few days, fullerene and its adducts are able to pass through biological membranes and can be used as an enhancer of drug delivery. Fullerene and its derivatives exhibit antioxidant activity, the ability to inactivate free radicals.

Перспективное медицинское применение фуллерена связано с доставкой нуклеиновых кислот, в том числе малых интерферирующих РНК, как универсальных терапевтических препаратов. Введение позитивно заряженных групп на поверхность фуллерена приводит к амфифильным катионным производным, способным, благодаря электростатическим взаимодействиям, связывать нуклеиновые кислоты, сворачивать их в компактную структуру и обеспечивать их проникновение внутрь клеток путем эндоцитоза.The promising medical use of fullerene is associated with the delivery of nucleic acids, including small interfering RNAs, as universal therapeutic drugs. The introduction of positively charged groups on the surface of fullerene leads to amphiphilic cationic derivatives, which, due to electrostatic interactions, can bind nucleic acids, fold them into a compact structure and ensure their penetration into cells by endocytosis.

Главная проблема в использовании фуллерена в медицине - это его практически полная нерастворимость в водных средах - 0,02 нг/л. Для решения этой проблемы наиболее часто используют получение водных нанодисперсий фуллерена, создание донорно-акцепторных комплексов с гидрофильными соединениями и химическую модификацию путем навешивания гидрофильных групп на каркас фуллерена.The main problem in the use of fullerene in medicine is its almost complete insolubility in aqueous media - 0.02 ng / L. To solve this problem, it is most often used to obtain aqueous nanodispersions of fullerene, the creation of donor-acceptor complexes with hydrophilic compounds, and chemical modification by hanging hydrophilic groups on the fullerene framework.

Большинство способов образования достаточно стабильных водных нанодисперсий фуллерена (НДФ) основано на переносе фуллерена из органического раствора (бензол, толуол, тетрагидрофуран) в водную фазу с применением ультразвука с последующим постепенным удалением органического растворителя с помощью вакуума либо продувкой инертным газом (Deguchi Sh., Mukai S.-A. Top-down preparation of dispersions of C60 nanoparticles in organic solvents. Chemistry Letters, 2006; 35(4): 396-397; Andrievsky G.V., Kosevich M.V., Vovk О.M., Shelkovsky V.S., Vashcenko L.A. On the production of an aqueous colloidal solution of fullerenes. J. Chem. Soc, 1995, 12, 1281 - 128215). Как правило, в результате образуется коллоидный раствор желто-коричневого цвета, содержащий гидратированные кластеры из молекул С60 (нанокристаллы), размер которых зависит от особенностей метода и колеблется в нанометровом диапазоне (10-1000 нм). Свойства НДФ, размер частиц, стабильность, pH коагуляции и др., зависят от метода их приготовления. Наличие отрицательного заряда на поверхности кластеров играет важную роль в стабилизации водных дисперсий фуллерена, поэтому при изменении pH и ионной силы среды они легко агрегируют. Кроме того, их нельзя высушивать, поскольку они теряют способность растворяться в воде. При этом стоимость таких препаратов достаточно высока ввиду малого выхода фуллерена в раствор и затрат на различные манипуляции, а потому они не находят широкого применения.Most methods for the formation of sufficiently stable aqueous fullerene nanodispersions (NDF) are based on the transfer of fullerene from an organic solution (benzene, toluene, tetrahydrofuran) to the aqueous phase using ultrasound, followed by gradual removal of the organic solvent by vacuum or by blowing with an inert gas (Deguchi Sh., Mukai S.-A. Top-down preparation of dispersions of C 60 nanoparticles in organic solvents Chemistry Letters, 2006; 35 (4): 396-397; Andrievsky GV, Kosevich MV, Vovk O.M., Shelkovsky VS, Vashcenko LA On the production of an aqueous colloidal solution of fullerenes. J. Chem. Soc, 1995, 12, 1281 - 128215). As a rule, the result is a yellow-brown colloidal solution containing hydrated clusters of C 60 molecules (nanocrystals), the size of which depends on the characteristics of the method and varies in the nanometer range (10-1000 nm). The properties of NDF, particle size, stability, pH of coagulation, etc., depend on the method of their preparation. The presence of a negative charge on the surface of the clusters plays an important role in the stabilization of aqueous dispersions of fullerene; therefore, when the pH and ionic strength of the medium change, they easily aggregate. In addition, they cannot be dried, because they lose their ability to dissolve in water. At the same time, the cost of such drugs is quite high due to the small yield of fullerene in solution and the cost of various manipulations, and therefore they are not widely used.

Наиболее известным способом получения водных дисперсий фуллерена является метод с заменой растворителя в органическом растворе фуллерена, где происходит последовательное разбавление/замена хорошего растворителя для фуллерена (бензол, толуол, хлорбензол) гидрофильным растворителем (ацетон, тетрагидрофуран) и затем водой. Органический растворитель постепенно вытесняется путем продувки смеси инертных газов, упариванием и/или интенсивной ультразвуковой обработкой, обеспечивающей нагрев системы (Мчедлов-Петросян Н.О. Растворы фуллерена С60: коллоидный аспект. Хiмiя, фiзика та технолопя поверхш, 2010, Т. 1, №1, 19-37 г. ) Указанные органические растворители являются токсичными и биологически несовместимыми веществами. И, несмотря на действия в процессе обработки дисперсий по их удалению, ароматические растворители практически трудно полностью удалить из водной дисперсии фуллерена, ввиду их специфического (π-стэкинг) взаимодействия с молекулами фуллерена (Konarev D.V., Litvinov A.L., Kovaltvsky A.Yu., Drichko N.V., Coppens R.N., Lubovskaya R.N. Molecular complexes of fullerene C60 with aromatic hydrocarbons: Crystal structures of (ТРЕ)2С60 and DPA·C60. Synthetic Metals, 2003, 133-134, 675-677).The best-known method for preparing aqueous fullerene dispersions is the solvent replacement method in the organic fullerene solution, where the good solvent for fullerene (benzene, toluene, chlorobenzene) is successively diluted / replaced with a hydrophilic solvent (acetone, tetrahydrofuran) and then with water. The organic solvent is gradually displaced by purging a mixture of inert gases, evaporation and / or intensive ultrasonic treatment to ensure heating of the system (Mchedlov-Petrosyan N.O. Fullerene C 60 solutions: the colloidal aspect. Chemistry, Physics and Technological Sawing, 2010, V. 1, No. 1, 19-37). These organic solvents are toxic and biologically incompatible substances. And, despite the actions in the process of processing dispersions to remove them, aromatic solvents are almost difficult to completely remove from the aqueous dispersion of fullerene, due to their specific (π-stacking) interaction with fullerene molecules (Konarev DV, Litvinov AL, Kovaltvsky A.Yu., Drichko NV, Coppens RN, Lubovskaya RN Molecular complexes of fullerene C 60 with aromatic hydrocarbons: Crystal structures of (TPE) 2C 60 and DPA · C 60. Synthetic Metals, 2003, 133-134, 675-677).

Известны способы получения водных дисперсий путем прямого механического диспергирования порошка фуллерита (кристаллы фуллерена) в водной среде, часто его сочетают с растиранием фуллерена в ступке и озвучиванием (Labille J., Brant J.A., Villieras F., Pelletier M., Wiesner M.R., Bottero J.-Y. Affinity of C60 fullerenes with water. Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures, 2006, 14(2-3):307-14). Такой способ имеет довольно малую эффективность, требует очень длительного перемешивания (от нескольких суток до многих месяцев), а выход фуллерена в раствор очень низкий. Имеется предположение, что аэробные условия, присутствие озона, приводят к образованию эпоксида на поверхности кристаллических фуллереновых наночастиц, что увеличивает их гидрофильность и лежит в основе механизма перехода кристаллита фуллерена в нанодисперсное состояние (Murdianti В.S., Damron J.Т., Hilburn М.Е., Maples R.D., Koralege Н.R.S., Kuriyavar S. I., Ausman К.D. C60 oxide as key component of aqueous C60 colloidal suspensions. Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 7446-7453).Known methods for producing aqueous dispersions by direct mechanical dispersion of fullerite powder (fullerene crystals) in an aqueous medium, often combined with grinding of fullerene in a mortar and scoring (Labille J., Brant JA, Villieras F., Pelletier M., Wiesner MR, Bottero J .-Y. Affinity of C 60 fullerenes with water. Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures, 2006, 14 (2-3): 307-14). This method has a rather low efficiency, requires very long mixing (from several days to many months), and the yield of fullerene in the solution is very low. There is an assumption that aerobic conditions, the presence of ozone, lead to the formation of epoxide on the surface of crystalline fullerene nanoparticles, which increases their hydrophilicity and underlies the mechanism of transition of the fullerene crystallite to the nanodispersed state (Murdianti B.S., Damron J.T., Hilburn M .E., Maples RD, Koralege H. RS, Kuriyavar SI, Ausman K. D. C 60 oxide as key component of aqueous C 60 colloidal suspensions. Environ. Sci. Technol., 2012, 46, 7446-7453).

Фуллерен может быть также переведен в раствор при кипячении фуллерита с водным раствором γ-циклодекстрина (ЦД, циклические сахара, состоящие из 6-8 остатков глюкозы) с преимущественным мольным соотношением С60:ЦД=1:2. Фуллерен внутри комплекса находится в свободной и гидратированной формах. Однако, даже при использовании гель-хроматографии для очистки фуллерена, он все же медленно распадается. Таким образом, стабильность таких комплексов недостаточна для длительных манипуляций и в среде всегда будут находиться в равновесном состоянии свободные компоненты, в результате такая дисперсия может оказаться нестабильной (Andersson Т., Nilsson К., Sundahl М., Westman G., Wennerstrom О. С60 embedded in γ-cyclodextrin: a water-soluble fullerene. J. Chem. Soc, Chem. Commun., 1992; 604-605; Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. СПб: Росток; 2006 г.). Комплексы подобного типа формируют также каликсарены и другие «корзиноподобные» соединения.Fullerene can also be converted into solution by boiling fullerite with an aqueous solution of γ-cyclodextrin (CD, cyclic sugars consisting of 6-8 glucose residues) with a predominant molar ratio of C 60 : CD = 1: 2. Fullerene inside the complex is in free and hydrated forms. However, even when using gel chromatography to purify fullerene, it nevertheless slowly decomposes. Thus, the stability of such complexes is insufficient for long-term manipulations and free components will always be in equilibrium in the medium, as a result, such dispersion may turn out to be unstable (Andersson T., Nilsson K., Sundahl M., Westman G., Wennerstrom O. S 60 embedded in γ-cyclodextrin: a water-soluble fullerene. J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1992; 604-605; Piotrovsky LB, Kiselev OI Fullerenes in biology. St. Petersburg: Rostock; 2006 g.). Complexes of a similar type also form calixarenes and other “basket-like” compounds.

Из амфифильных полимеров, способных образовывать водорастворимые комплексы с С60, наиболее популярен биосовместимый полимер поливинилпирролидон (ПВП). Водные нанодисперсии С60/ПВП окрашены в желто-коричневые цвета, а содержание фуллерена в них достигает 0,5-1% в зависимости от условий получения и молекулярной массы ПВП (Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. СПб: Росток; 2006; Yamakoshi Y.N., Yagami Т., Fukuhara К., Sueyoshi S., Miyata N. Solubilization of fullerenes into water with polyvinylpyrrolidone applicable to biological tests. J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1994; 517-518). Такие нанодисперсии обладают биологической активностью, сравнимой с исходным фуллереном.Of the amphiphilic polymers capable of forming water-soluble complexes with C 60 , the most popular biocompatible polymer is polyvinylpyrrolidone (PVP). Aqueous C 60 / PVP nanodispersions are colored yellow-brown, and the fullerene content in them reaches 0.5-1% depending on the conditions of production and the molecular weight of PVP (Piotrovsky L.B., Kiselev O.I. Fullerenes in biology. St. Petersburg: Rostock; 2006; Yamakoshi YN, Yagami T., Fukuhara K., Sueyoshi S., Miyata N. Solubilization of fullerenes into water with polyvinylpyrrolidone applicable to biological tests. J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1994; 517 -518). Such nanodispersions have biological activity comparable to the initial fullerene.

В патенте RU 2462474 описан синтез ковалентных аминокислотных производных фуллерена С60, где фуллерен и триметилсилилированные аминокислоты растворяют в полярных апротонных растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью: N-метил-2-пирролидоне, диметилсульфоксиде, диметилформамиде или диметилацетамиде, и где в присутствии кислорода происходит реакция образования аминокислотного аддукта. Для выделения конечного продукта смесь обрабатывают водой для удаления триметилсилильных групп, затем экстрагируют образованный триметилсилоксан этилацетатом, водный слой подвергают диализу, удаляя излишек аминокислоты и образованный при гидролизе ацетамид, и полученный диализат лиофильно осушают, выделяя твердое вещество - фуллерен-аминокислоту (аддукт). Однако, в этом способе получают не водную дисперсию свободного фуллерена, а его производное, другое вещество.RU 2462474 describes the synthesis of covalent amino acid derivatives of fullerene C 60 , where fullerene and trimethylsilylated amino acids are dissolved in polar aprotic solvents with high dielectric constant: N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide or dimethylacetamide, and in the presence of oxygen amino acid adduct. To isolate the final product, the mixture is treated with water to remove trimethylsilyl groups, then the formed trimethylsiloxane is extracted with ethyl acetate, the aqueous layer is dialyzed, removing excess amino acids and acetamide formed during hydrolysis, and the resulting dialysate is lyophilized to isolate the solid substance, fullerene amino acid (adduct). However, in this method, not an aqueous dispersion of free fullerene is obtained, but its derivative, another substance.

Наиболее близким из известных к описываемому изобретению является способ получения водных нанодисперсий фуллерена (Andrievsky G.V., Kosevich М.V., Vovk О.М., Shelkovsky V.S., Vashcenko L.A. On the production of an aqueous colloidal solution of fullerenes. J. Chem. Soc, 1995, 12, 1281-1282), включающий получение раствора фуллерена в органическом растворителе (например, толуол), с последующим ультразвуковым воздействием и переводом фуллерена из раствора в водную среду. После этого водную среду, содержащую фуллерены, дополнительно подвергают фильтрации через микрофильтры. Получают водные молекулярно-коллоидные растворы гидратированных фуллеренов в виде прозрачных растворов от желтого до коричневато-оранжевого цвета, который опалесцирует в отраженном свете, что свидетельствует о их коллоидных свойствах.The closest known to the described invention is a method for producing aqueous nanodispersions of fullerene (Andrievsky GV, Kosevich M.V., Vovk O.M., Shelkovsky VS, Vashcenko LA On the production of an aqueous colloidal solution of fullerenes. J. Chem. Soc , 1995, 12, 1281-1282), including the preparation of a solution of fullerene in an organic solvent (e.g., toluene), followed by ultrasonic treatment and the transfer of fullerene from the solution to the aqueous medium. After that, the aqueous medium containing fullerenes is additionally filtered through microfilters. Aqueous molecular-colloidal solutions of hydrated fullerenes are obtained in the form of transparent solutions from yellow to brownish-orange, which opalescent in reflected light, indicating their colloidal properties.

Условия осуществления известного способа практически трудно точно воспроизвести, поскольку зависят от мощности установки, времени обработки, геометрии зоны, подвергаемой воздействию, от температуры среды, цикличности воздействия и т.п. Поэтому применение ультразвуковой обработки для дробления частиц, используемой во всех известных методах получения nC60, всегда вносит неопределенность в протокол метода, что влияет на эффективность диспергирования. Кроме того, некоторые режимы могут приводить к окислению фуллерена и генерации свободных радикалов.The conditions for the implementation of the known method is almost difficult to accurately reproduce, since they depend on the power of the installation, processing time, geometry of the zone exposed, on the temperature of the medium, the cyclical effect, etc. Therefore, the use of ultrasonic treatment for particle crushing, used in all known methods for producing nC 60 , always introduces uncertainty into the protocol of the method, which affects the dispersion efficiency. In addition, some modes can lead to the oxidation of fullerene and the generation of free radicals.

Технический результат настоящего изобретения состоит в создании простого эффективного и мягкого способа получения водного раствора фуллерена С60 (нанодисперсии, nC60), повышение технологичности и экологичности метода получения водных растворов фуллерена С60 за счет того, что процесс не требует предварительного измельчения кристаллов фуллерена, не использует токсичные растворители, а также не применяет ни ультразвуковой обработки, ни нагревания, ни упаривания в вакууме.The technical result of the present invention consists in creating a simple effective and soft method for producing an aqueous solution of fullerene C 60 (nanodispersion, nC 60 ), increasing the manufacturability and environmental friendliness of the method for producing aqueous solutions of fullerene C 60 due to the fact that the process does not require preliminary grinding of fullerene crystals, not uses toxic solvents, and also does not apply ultrasonic treatment, nor heating, nor evaporation in vacuum.

Указанный технический результат достигается тем, что способ получения водных нанодисперсий фуллерена включает растворение фуллерена в виде кристаллов фуллерита С60 в N-метилпирролидоне и разбавление полученного раствора N-метилпирролидон - С60 водой, или водным раствором аминокислоты, или водным раствором моносахарида с последующим исчерпывающим диализом или диафильтрацией. При необходимости полученный раствор концентрируют.The specified technical result is achieved in that the method for producing aqueous fullerene nanodispersions involves dissolving fullerene in the form of C 60 fullerite crystals in N-methylpyrrolidone and diluting the resulting N-methylpyrrolidone-C 60 solution with water, or an aqueous solution of an amino acid, or an aqueous solution of monosaccharide, followed by exhaustive dialysis or diafiltration. If necessary, the resulting solution is concentrated.

Водная среда может содержать стабилизирующую добавку. При этом в качестве стабилизирующей добавки может быть использована аминокислота, или моносахарид, или пептид, или глицерин, или водорастворимый полимер, или поливинилпирролидон.The aqueous medium may contain a stabilizing additive. In this case, an amino acid, or a monosaccharide, or a peptide, or glycerin, or a water-soluble polymer, or polyvinylpyrrolidone can be used as a stabilizing additive.

Предпочтительно после диализа раствор концентрировать, например, путем упаривания в вакууме.It is preferable to concentrate the solution after dialysis, for example by evaporation in vacuo.

Процесс проводят при комнатной температуре. Первую стадию процесса (растворение фуллерена в МП) осуществляют в течение нескольких часов. Время-лимитирующей стадией получения nC60 является диализ, который проводят в течение времени порядка двух суток. В ходе диализа осуществляют удаление из раствора фуллерена свободных аминокислот и N-метилпирролидона. N-метилпирролидон (МП) является малотоксичным биосовместимым растворителем и легко удаляется в процессе диализа.The process is carried out at room temperature. The first stage of the process (dissolution of fullerene in MP) is carried out within a few hours. The time-limiting step of obtaining nC 60 is dialysis, which is carried out over a period of about two days. During dialysis, free amino acids and N-methylpyrrolidone are removed from the solution of fullerene. N-methylpyrrolidone (MP) is a low-toxic biocompatible solvent and is easily removed during dialysis.

Для получения раствора фуллерена в качестве агентов могут быть использованы дополнительные природные нетоксичные компоненты как стабилизирующие добавки (СД) (L-аминокислоты, сахара и др.), которые способствуют диспергированию и стабилизации дисперсии С60.To obtain a solution of fullerene as agents, additional natural non-toxic components can be used as stabilizing additives (DM) (L-amino acids, sugars, etc.), which contribute to the dispersion and stabilization of the C 60 dispersion.

Дисперсия nC60, полученная в отсутствии СД (т.е. просто диализ раствора фуллерена в смеси МП/вода) также образуется, однако она менее устойчива и наночастицы довольно крупные (>0.45 мкм), ее концентрирование приводит к образованию осадка. В качестве СД могут быть использованы пептиды и моносахариды. Например, трипептид Arg-Lys-Asp (RKD) является хорошим стабилизатором, выход фуллерена в раствор составляет около 100%, как и при использовании рамнозы.A dispersion of nC 60 obtained in the absence of diabetes mellitus (i.e., simply dialysis of a fullerene solution in a MP / water mixture) also forms, however, it is less stable and nanoparticles are rather large (> 0.45 μm), its concentration leads to the formation of a precipitate. As diabetes, peptides and monosaccharides can be used. For example, the tripeptide Arg-Lys-Asp (RKD) is a good stabilizer, the yield of fullerene in the solution is about 100%, as with rhamnose.

Тем же способом, путем смешиваниям раствора фуллерена в N-метилпирролидоне и раствора поливинилпирролидона в воде с последующим диализом легко получают комплекс фуллерена с поливинилпирролидоном (С60/ПВП). В то время как известные способы получения таких комплексов предполагают использование токсичных растворителей, например, смешение раствором С60 в орто-дихлорбензоле осуществляют с раствором ПВП в хлороформе, с последующим удалением растворителей и растворением сухого остатка в воде (Патент РФ №2255942, МПК C08F 126/10, C08F 8/00, А61К 31/785, оп. в 2005 г.). По существу, описываемый способ удобно использовать и для получения комплексов С60 с любыми водорастворимыми полимерами и белками.In the same way, by mixing a solution of fullerene in N-methylpyrrolidone and a solution of polyvinylpyrrolidone in water followed by dialysis, a complex of fullerene with polyvinylpyrrolidone (C 60 / PVP) is easily obtained. While the known methods for producing such complexes involve the use of toxic solvents, for example, mixing with a solution of C 60 in ortho-dichlorobenzene is carried out with a solution of PVP in chloroform, followed by removal of solvents and dissolving the dry residue in water (RF Patent No. 2255942, IPC C08F 126 / 10, C08F 8/00, A61K 31/785, op. In 2005). Essentially, the described method is conveniently used to obtain complexes of C 60 with any water-soluble polymers and proteins.

Нанодисперсии nC60 легко сконцентрировать путем упаривания в вакууме. Например, исходная концентрация для nC60/Gln=57 мкг/мл, а после упаривания на роторном испарителе в вакууме она повышается до 226 мкг/мл (см. фиг. 2), т.е. концентрирование в 4 раза.Nano-dispersions of nC 60 are readily concentrated by evaporation in vacuo. For example, the initial concentration for nC 60 / Gln = 57 μg / ml, and after evaporation on a rotary evaporator in vacuum, it rises to 226 μg / ml (see Fig. 2), i.e. concentration 4 times.

Молекулы фуллерена, как известно, в водной среде находятся исключительно в кластерной форме, формируя ассоциаты, неспособные проходить через поры диализной мембраны, что удобно для очистки дисперсии от низкомолекулярных соединений. В результате указанных манипуляций образуется коричневато-желтый раствор, который имеет электронный спектр, характерный для нанодисперсии фуллерена С60: три пика в области 200-220, 260-270 и 335-345 и слабая полоса поглощения между 400 и 500 нм. Концентрация фуллерена, измеряемая по данным оптической плотности при 340 нм (ε340=46450) составляет 60-140 мг/л в зависимости от применяемого СД (фиг.2-11).Fullerene molecules, as is known, in the aquatic environment are exclusively in cluster form, forming associates that are unable to pass through the pores of the dialysis membrane, which is convenient for cleaning the dispersion from low molecular weight compounds. As a result of these manipulations, a brownish-yellow solution is formed, which has an electronic spectrum characteristic of nanodispersion of fullerene C 60 : three peaks in the region of 200-220, 260-270 and 335-345 and a weak absorption band between 400 and 500 nm. The concentration of fullerene, measured according to optical density at 340 nm (ε 340 = 46450) is 60-140 mg / l, depending on the type of diabetes used (FIGS. 2-11).

Способ получения дисперсии фуллерена в соответствии с изобретением иллюстрируется чертежами и рисунками, где представлены:A method of obtaining a fullerene dispersion in accordance with the invention is illustrated by drawings and drawings, which show:

на фиг. 1 - блок-схема получения водной дисперсии фуллерена nC60;in FIG. 1 is a flowchart for preparing an aqueous dispersion of fullerene nC 60 ;

на фиг. 2 - электронный спектр поглощения (УФ-ВИД) дисперсии С60, полученной в присутствии Thr (C60/Thr);in FIG. 2 is an electronic absorption spectrum (UV-VID) of a C 60 dispersion obtained in the presence of Thr (C 60 / Thr);

на фиг. 3 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/Ala;in FIG. 3 - electronic absorption spectrum of the dispersion With 60 / Ala;

на фиг. 4 - электронный спектр поглощения дисперсии Ceo/Leu;in FIG. 4 - electronic absorption spectrum of a Ceo / Leu dispersion;

на фиг. 5 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/Trp;in FIG. 5 - electronic absorption spectrum of the dispersion With 60 / Trp;

на фиг. 6 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/Аср;in FIG. 6 - electronic absorption spectrum of the dispersion With 60 / Asr;

на фиг. 7 - электронный спектр поглощения дисперсии C60/Arg;in FIG. 7 - electronic absorption spectrum of a dispersion of C 60 / Arg;

на фиг. 8 - электронный спектр поглощения дисперсии C60/His;in FIG. 8 - electronic absorption spectrum of a dispersion of C 60 / His;

на фиг. 9 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/Gln;in FIG. 9 - electronic absorption spectrum of the dispersion With 60 / Gln;

на фиг. 10 - электронный спектр поглощения дисперсии C60/Met;in FIG. 10 - electronic absorption spectrum of a dispersion of C 60 / Met;

на фиг. 11 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/L-рамноза;in FIG. 11 is an electronic absorption spectrum of a dispersion of C 60 / L-ramnose;

на фиг. 12 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/RKD;in FIG. 12 - electronic absorption spectrum of the dispersion With 60 / RKD;

на фиг. 13 показан электронный спектр поглощения дисперсии С60/ПВП;in FIG. 13 shows the electronic absorption spectrum of a C 60 / PVP dispersion;

на фиг. 14 - электронный спектр поглощения дисперсии С60/-СД (отсутствие СД);in FIG. 14 - electronic absorption spectrum of a dispersion of C 60 / -SD (lack of diabetes);

на фиг. 15 - ИК-Фурье спектр образца лиофильно высушенного раствора С60/Thr;in FIG. 15 - IR-Fourier spectrum of the sample lyophilized dried solution With 60 / Thr;

на фиг. 16 - ИК-Фурье спектр образца лиофильно высушенного раствора С60/L-рамноза;in FIG. 16 - IR-Fourier spectrum of a sample of lyophilized dried solution of C 60 / L-ramnose;

на фиг. 17 - ИК-Фурье спектр образца лиофильно высушенного раствора С60/His;in FIG. 17 - IR-Fourier spectrum of a sample of lyophilized solution With 60 / His;

на фиг. 18 - ИК-Фурье спектр образца лиофильно высушенного раствора С60/Met;in FIG. 18 - IR-Fourier spectrum of a sample of lyophilized dried solution With 60 / Met;

на фиг. 19 - ИК-Фурье спектр образца лиофильно высушенного раствора C60/RKD;in FIG. 19 - IR-Fourier spectrum of the sample lyophilized solution of C 60 / RKD;

на фиг. 20 - ИК-Фурье спектр образца лиофильно высушенного раствора С60/ПВП;in FIG. 20 — IR-Fourier spectrum of a sample of a lyophilized dried C 60 / PVP solution;

на фиг. 21 - Фото нанодисперсии С60/Thr;in FIG. 21 - Photo nanodispersion With 60 / Thr;

на фиг. 22 - Фото нанодисперсии С60/L-рамноза;in FIG. 22 - Photo nanodispersion With 60 / L-ramnose;

на фиг. 23 - Фото нанодисперсии С60/His;in FIG. 23 - Photo of C 60 / His nanodispersion;

на фиг. 24 - Фото нанодисперсии С60/Met;in FIG. 24 - Photo nanodispersion With 60 / Met;

на фиг. 25 Фото нанодисперсии С60/RKD;in FIG. 25 Photo nanodispersion With 60 / RKD;

на фиг. 26 Фото нанодисперсии С60/ПВП.in FIG. 26 Photo nanodispersion With 60 / PVP.

Ниже приведены примеры получения водной дисперсии фуллерена в присутствии различных СД, в том числе и ПВП (комплекс С60/ПВП).Below are examples of obtaining an aqueous dispersion of fullerene in the presence of various diabetes mellitus, including PVP (complex C 60 / PVP).

Пример 1.Example 1

20 мг кристаллического фуллерена С60 (99.9%, SES Research, catalog # 600-9969, USA) растворяют в 25 мл N-метилпирролидона (МП) (99%, Panreac) путем перемешивания, используя магнитную мешалку, до полного растворения 3-4 часа. Темно-коричнево-фиолетовый раствор МП смешивают с 20-40 мг СД в 100 мл дистиллированной воды. В качестве СД используют L-треонин. Полученный темно-красный раствор перемешивают 1 час и подвергают исчерпывающему диализу посредством использования мембранной трубки Spectra/Por, 6-8 kDa, Spectrum Labs, Inc. против дистиллированной воды (5 л × 4 смены). В результате получают раствор, обычно коричневато-желтого цвета (фото на фиг. 21). На фиг. 2а) показан электронный спектр поглощения (УФ-ВИД спектр) для этого раствора (С60/Thr), где исходный раствор (57 мкг С60/мл) разведен водой в 10 раз; а на фиг. 2б) приведен его же УФ-ВИД спектр после концентрирования исходного раствора упариванием до концентрации 226 мкг С60/мл (для съемки спектра разведен водой в 10 раз).20 mg of crystalline fullerene C 60 (99.9%, SES Research, catalog # 600-9969, USA) was dissolved in 25 ml of N-methylpyrrolidone (MP) (99%, Panreac) by stirring using a magnetic stirrer until completely dissolved 3-4 hours. A dark brown-purple solution of MP is mixed with 20-40 mg of DM in 100 ml of distilled water. As diabetes use L-threonine. The resulting dark red solution was stirred for 1 hour and subjected to exhaustive dialysis using a Spectra / Por, 6-8 kDa membrane tube, Spectrum Labs, Inc. against distilled water (5 l × 4 shifts). The result is a solution, usually brownish yellow (photo in Fig. 21). In FIG. 2a) shows the electronic absorption spectrum (UV-VID spectrum) for this solution (C 60 / Thr), where the initial solution (57 μg C 60 / ml) is diluted 10 times with water; and in FIG. 2b) its UV-VID spectrum is shown after concentration of the initial solution by evaporation to a concentration of 226 μg C 60 / ml (10 times diluted with water for recording the spectrum).

Пример 2.Example 2

Раствор фуллерена готовят аналогично примеру 1. В качестве СД берут L(+)-рамнозу. Процесс ведут аналогично примеру 1. Спектры и вид раствора показаны на фиг. 11, 16 и 24.A solution of fullerene is prepared analogously to example 1. As a diabetes, take L (+) - ramnose. The process is carried out analogously to example 1. The spectra and type of solution are shown in FIG. 11, 16 and 24.

Пример 3.Example 3

Раствор фуллерена готовят аналогично примеру 1. В качестве СД берут трипептид Arg-Lys-Asp (RKD). Процесс ведут, как указано в примере 1. Спектры и вид раствора показаны на фиг. 12, 19 и 25.The fullerene solution is prepared analogously to example 1. Arg-Lys-Asp tripeptide (RKD) is taken as DM. The process is carried out as indicated in Example 1. The spectra and type of solution are shown in FIG. 12, 19 and 25.

Пример 4.Example 4

Раствор фуллерена готовят аналогично примеру 1. В качестве СД берут ПВП. Процесс ведут аналогично примеру 1. Спектры и вид раствора показаны на фиг. 13, 19 и 26.A solution of fullerene is prepared analogously to example 1. As a DM, take PVP. The process is carried out analogously to example 1. The spectra and type of solution are shown in FIG. 13, 19 and 26.

Пример 5.Example 5

Раствор фуллерена готовят аналогично примеру 1. В качестве СД берут глицерин. Процесс ведут аналогично примеру 1.A solution of fullerene is prepared analogously to example 1. As a diabetes, glycerol is taken. The process is carried out analogously to example 1.

В ИК-Фурье спектрах (условия нарушенного полного внутреннего отражения, FT-IR Spectrometer Alpha, Bruker) лиофильно высушенных образцов nС60 всегда наблюдаются узкие пики поглощения, характерные для фуллерена, 1182 и 1428 см-1 (С-С связи), а также дополнительные пики, обусловленные, предположительно, присутствием связанной воды и групп ОН - широкие пики в области 3500-3200, 1650-1660, 1000-1070 см-1 (фиг.12-15). По существу все УФ-ВИД-спектры, так же, как и ИК-Фурье спектры, имеют однотипный характер. Можно предположить, что частицы в растворе имеют кристаллическую упаковку, которые стабилизированы за счет поверхностного водного слоя. Дисперсии стабильны, по крайней мере, в течение 3 месяцев при хранении при 4-8°С (максимальное время наблюдения). Значения pH дисперсий nC60 находятся в пределах 5.5-6.5. Снижение pH до 3.6-3.7 вызывает флокуляцию наночастиц, приводя к образованию хлопьевидных осадков. Процесс является обратимым, осадок может быть переведен в раствор повышением pH.The IR Fourier spectra (conditions of impaired total internal reflection, FT-IR Spectrometer Alpha, Bruker) of lyophilized nC 60 samples always exhibit narrow absorption peaks characteristic of fullerene, 1182 and 1428 cm -1 (CC bond), as well as additional peaks, presumably due to the presence of bound water and OH groups — wide peaks in the region of 3500-3200, 1650-1660, 1000-1070 cm -1 (Figs. 12-15). In essence, all UV-VID spectra, as well as IR-Fourier spectra, are of the same type. It can be assumed that the particles in the solution have crystalline packing, which are stabilized by the surface water layer. The dispersions are stable for at least 3 months when stored at 4-8 ° C (maximum observation time). The pH values of the dispersions nC 60 are in the range 5.5-6.5. Lowering the pH to 3.6-3.7 causes flocculation of the nanoparticles, leading to the formation of flocculent precipitates. The process is reversible, the precipitate can be transferred to the solution by increasing the pH.

Следует отметить, размер частиц дисперсии уменьшается при повышении pH (>9) и разбавлении раствора водой.It should be noted that the particle size of the dispersion decreases with increasing pH (> 9) and diluting the solution with water.

Метод в соответствии с изобретением может быть использован для получения водных дисперсий и других фуллеренов (С60, С70, С74, С80 и т.п.), поскольку главные физико-химические свойства, определяющие их поведение в растворах, у них достаточно близкие, поэтому закономерности формирования нанодисперсий у них будут также сходные. The method in accordance with the invention can be used to obtain aqueous dispersions and other fullerenes (C 60 , C 70 , C 74 , C 80 , etc.), since the main physicochemical properties that determine their behavior in solutions, they have enough are close, therefore, the laws of the formation of nanodispersions will also be similar.

Claims (2)

1. Способ получения водной нанодисперсии фуллерена, включающий растворение фуллерена в виде кристаллов фуллерита C60 в N-метилпирролидоне, смешивание полученного раствора с водой и стабилизатором, в качестве которого используют аминокислоту, моносахарид, пептид, поливинилпирролидон или глицерин, и последующий диализ полученной смеси.1. A method of producing aqueous fullerene nanodispersion, comprising dissolving fullerene in the form of C 60 fullerite crystals in N-methylpyrrolidone, mixing the resulting solution with water and a stabilizer, which is used as an amino acid, monosaccharide, peptide, polyvinylpyrrolidone or glycerin, and subsequent dialysis of the resulting mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после диализа раствор концентрируют, например, путем упаривания в вакууме. 2. The method according to p. 1, characterized in that after dialysis, the solution is concentrated, for example, by evaporation in vacuo.
RU2013118427/05A 2013-04-22 2013-04-22 Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren RU2548971C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013118427/05A RU2548971C2 (en) 2013-04-22 2013-04-22 Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013118427/05A RU2548971C2 (en) 2013-04-22 2013-04-22 Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013118427A RU2013118427A (en) 2014-10-27
RU2548971C2 true RU2548971C2 (en) 2015-04-20

Family

ID=53289674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013118427/05A RU2548971C2 (en) 2013-04-22 2013-04-22 Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2548971C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630561C2 (en) * 2015-10-20 2017-09-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства России Method for production of fullerene water-salt dispersions
RU2679257C1 (en) * 2018-01-17 2019-02-06 Общество с ограниченной ответственностью "С60Био" Method of obtaining a highly concentrated aqueous solution fullerene
RU2694754C1 (en) * 2018-10-16 2019-07-16 Регина Рафаиловна Климова Antiviral activity of fullerene aqueous solution
RU2823484C1 (en) * 2023-06-01 2024-07-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук" (ИрИХ СО РАН) Water-soluble nanocomposites with fullerene c60 nanoparticles in poly-n-vinylpyrrolidone matrix and method for production thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2002106142A (en) * 2002-03-12 2003-11-10 Наиль Идрисович Бурангулов COSMETIC FULLERIES CONTAINER
RU2009113642A (en) * 2009-04-06 2010-10-20 Закрытое акционерное общество "Инновации ленинградских институтов и предприятий", (ЗАО ИЛИП) (RU) METHOD FOR PRODUCING BIOLOGICAL FULLERENE SOLUTIONS (OPTIONS)
RU2462474C2 (en) * 2010-12-09 2012-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства Method of producing fullerene adducts

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2002106142A (en) * 2002-03-12 2003-11-10 Наиль Идрисович Бурангулов COSMETIC FULLERIES CONTAINER
RU2009113642A (en) * 2009-04-06 2010-10-20 Закрытое акционерное общество "Инновации ленинградских институтов и предприятий", (ЗАО ИЛИП) (RU) METHOD FOR PRODUCING BIOLOGICAL FULLERENE SOLUTIONS (OPTIONS)
RU2462474C2 (en) * 2010-12-09 2012-09-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства Method of producing fullerene adducts

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GRIGORIY V. ANDRIEVSKY et al, On the Production of an Aqueous Colloidal Solution of Fullerenes, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1995, 12, p.p. 1281-1282 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630561C2 (en) * 2015-10-20 2017-09-11 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства России Method for production of fullerene water-salt dispersions
RU2679257C1 (en) * 2018-01-17 2019-02-06 Общество с ограниченной ответственностью "С60Био" Method of obtaining a highly concentrated aqueous solution fullerene
RU2694754C1 (en) * 2018-10-16 2019-07-16 Регина Рафаиловна Климова Antiviral activity of fullerene aqueous solution
RU2823484C1 (en) * 2023-06-01 2024-07-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук" (ИрИХ СО РАН) Water-soluble nanocomposites with fullerene c60 nanoparticles in poly-n-vinylpyrrolidone matrix and method for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013118427A (en) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3775432B2 (en) Surface-modified titanium dioxide fine particles, dispersions thereof, and production methods thereof
CN108079019B (en) Water-soluble fullerene nano material and preparation method and anti-oxidation application thereof
RU2548971C2 (en) Method for producing aqueous nanodispersions of fulleren
CN105819433A (en) Chiral graphene quantum dot and preparation method and application
CN108559110B (en) Electroactive graphene oxide hydrogel
CN110891557A (en) Curcumin carbon quantum dot and application thereof
AU2021106295A4 (en) A hyaluronic acid-astaxanthin self-assembled nano system and the preparation method and its application
Wang et al. pH-Responsive Au (i)-disulfide nanoparticles with tunable aggregation-induced emission for monitoring intragastric acidity
CN108478802B (en) High-stability combined drug delivery system for cancer treatment and construction method
Sviridova et al. Surface modification of carbon dots with tetraalkylammonium moieties for fine tuning their antibacterial activity
Qiu et al. Auricularia auriculajudae polysaccharide-cisplatin complexes conjugated with folic acid as new tumor targeting agents
Andreev et al. Facile preparation of aqueous fullerene C 60 nanodispersions
Mihai et al. Calcium carbonate microparticles growth templated by an oxadiazole-functionalized maleic anhydride-co-N-vinyl-pyrrolidone copolymer, with enhanced pH stability and variable loading capabilities
RU2630561C2 (en) Method for production of fullerene water-salt dispersions
RU2462474C2 (en) Method of producing fullerene adducts
JP2001348214A (en) Manufacturing method of fullerene water dispersion
RU2601757C1 (en) Composition of binary colloidal mixture of nanostructured particles of silver and silver ions in stabiliser, having antimicrobial and antitoxic effect (versions) and preparation method thereof
Sun et al. Synthesis, characterization and antibacterial mechanism study of small water-soluble iron-doped zinc oxide nanoparticles
Taheri-Ledari et al. An effective antimicrobial complex of nanoscale β-cyclodextrin and ciprofloxacin conjugated to a cell adhesive dipeptide
Badgujar et al. Green approach towards morphology-controlled synthesis of zein-functionalized TiO2 nanoparticles for cosmeceutical application
Guo et al. Precise regulation of the properties of hydrophobic carbon dots by manipulating the structural features of precursor ionic liquids
RU2679257C1 (en) Method of obtaining a highly concentrated aqueous solution fullerene
Bartocci et al. A peptide topological template for the dispersion of [60] fullerene in water
Hamrayev et al. Green Chemical Approach for the Synthesis of ZnO Nanoparticles and Investigation of their Cytotoxicity
JP2005289660A (en) Surface-modified titanium dioxide particulate and dispersion thereof and method for manufacturing the same