RU2823484C1 - Водорастворимые нанокомпозиты с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона и способ их получения - Google Patents

Водорастворимые нанокомпозиты с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона и способ их получения Download PDF

Info

Publication number
RU2823484C1
RU2823484C1 RU2023114391A RU2023114391A RU2823484C1 RU 2823484 C1 RU2823484 C1 RU 2823484C1 RU 2023114391 A RU2023114391 A RU 2023114391A RU 2023114391 A RU2023114391 A RU 2023114391A RU 2823484 C1 RU2823484 C1 RU 2823484C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fullerene
vinylpyrrolidone
poly
water
nanoparticles
Prior art date
Application number
RU2023114391A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Поздняков
Дмитрий Сергеевич Чепенко
Руслан Тимурович Усманов
Артем Иванович Емельянов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук" (ИрИХ СО РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук" (ИрИХ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук" (ИрИХ СО РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU2823484C1 publication Critical patent/RU2823484C1/ru

Links

Abstract

Группа изобретений относится к химии полимеров. Раскрыт водорастворимый нанокомпозит в качестве носителя лекарственных веществ в виде порошка с длительным сроком хранения с наночастицами фуллерена С60 размерами от 2 до 50 нм с гранецентрированной кубической решеткой в матрице поли-N-винилпирролидона молекулярной массы от 9 до 300 кДа с содержанием фуллерена С60 от 0.48 до 18.42 мас.%. Также раскрыт способ получения водорастворимого нанокомпозита с наночастицами фуллерена. Группа изобретений обеспечивает исключение использования токсичных растворителей, ультразвукового воздействия, длительной диализной очистки и получение нанокомпозитов в виде порошка с длительным сроком хранения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 12 пр.

Description

Изобретение относится к водорастворимым нанокомпозитам с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона, а также к новому способу получения этих нанокомпозитов и может быть использовано для создания медицинских препаратов, косметических средств, носителей лекарственных веществ и др.
Фуллерены и материалы на их основе обладают широким спектром биологической активности, проявляя выраженные противоопухолевые, антиоксидантные, противовирусные, радиопротекторные, иммуностимулирующие, мембранотропные и другие свойства. Существенной проблемой, с которой сталкиваются исследователи, является практически полная нерастворимость фуллеренов в воде (менее 10-11 мг/мл). Именно это является сдерживающим фактором для широкого использования фуллеренов. Одной из приоритетных задач является создание водорастворимых полимерных материалов, содержащих фуллерен С60, обладающих комплексом ценных свойств. Поли-N-винилпирролидон является гидрофильным, нетоксичным, термостойким, неионогенным, рН-стабильным и биосовместимым полимером. Полимеры N-винилпирролидона применяют в фармацевтике, биомедицине, косметической и пищевой промышленности. Во всем мире поли-N-винилпирролидон признан полимером медицинского назначения, широко используемый в качестве компонента лекарственных средств.
В патенте CN 105482341 описан способ получения водорастворимых твердых веществ на основе углеродного фуллерена. Способ заключается в смешивании растворов С60 в толуол и поли-N-винилпирролидона в трихлорметане с последующим кипячением, выпариванием органических растворителей на масляной бане и сушкой твердого вещества в сушильном шкафу. После полного испарения растворителей добавляют деионизированную воду, проводят непрерывную вибрационную или ультразвуковую обработку водного раствора, при которой твердое вещество полностью растворяется. Полученный фильтрат сушат в вакуумном сушильном шкафу и получают водорастворимое твердое вещество поли-N-винилпирролидон-С60. Недостатком этого способа является использование токсичных растворителей, ультразвуковой обработки, проведение дополнительных стадий.
В патенте RU 2255942 описаны водорастворимые комплексы поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 24-67 кДа с фуллереном С60 при содержании фуллерена С60 1.1-2.7 мас.%, а также способ их получения путем взаимодействия поли-N-винилпирролидона с фуллереном С60 в органических растворителях при смешивании раствора поли-N-винилпирролидона в хлороформе с раствором фуллерена С60 в орто-дихлорбензоле при соотношении поли-N-винилпирролидон:фуллерен С60 равном 3.0:1.3 масс. Далее проводили удаление растворителей в вакууме при нагревании. К полученному сухому остатку добавляли воду и перемешивали в течение 25 часов с последующим упариванием фильтрата и сушкой полученного комплекса в вакууме. Выход по фуллерену составил 85-90% при содержании фуллерена в водорастворимом комплексе с поли-N-винилпирролидоном 1.1-2.7 мас.%. Недостатком этого способа является использование токсичных растворителей, необходимость их полного удаления, а также низкое содержание фуллерена С60 в полученных комплексах.
В патенте RU 2264415 описываются водорастворимые комплексы фуллерена С60 с гомо- и сополимерами N-винилкапролактама (например, сополимер включает 50% звеньев N-винилпирролидона) молекулярной массы 70-170 кДа и содержанием фуллерена С60 0.75-3.3 мас.%, а также способ их получения взаимодействием сополимера с фуллереном в органических растворителях путем смешивания растворов сополимеров N-винилкапролактама и фуллерена С60 в орто-дихлорбензоле при комнатной температуре, перемешиванием полученной смеси до полной гомогенизации с последующим удалением растворителя, растворением сухого остатка в воде и перемешиванием в течение 20 часов. Фильтрат упаривают в вакууме и сушат полученный комплекс до постоянной массы. Недостатком этого способа является низкое содержание фуллерена С60 в полученном полимерном комплексе, а также использование токсичного растворителя.
Поли-N-винилпирролидон с трудом растворяется в ароматических углеводородах (толуол, ксилол, бензол, хлорбензол), которые широко известны как хорошие растворители фуллеренов. Часто для растворения поли-N-винилпирролидона используют галогенсодержащие растворители (хлороформ, дихлорметан, 1,2-дихлорэтан). Однако галогенсодержащие углеводородные растворители являются токсичными и оказывают существенную экологическу нагрузку на окружающую среду и безопасность человека.
В патенте WO 2006/117877 предлагается способ получения комплекса поли-N-винилпирролидона с фуллереном С60 или смеси фуллеренов С60 и С70 и его водного раствора без использования галогенированного алифатического углеводородного растворителя. Способ заключается в смешивании предварительно приготовленного раствора фуллерена С60 или смеси фуллеренов С60 и С70 в толуоле с раствором поли-N-винилпирролидона в этаноле со средневесовой молекулярной массой от 6 до 1500 кДа, перемешивании смеси при комнатной температуре в течение 12 часов. Однородный смешанный раствор сушили выпариванием и добавляли воду с образованием суспензии. Суспензию выпаривали, толуол удаляли азеотропной перегонкой досуха. Затем добавляли воду и проводили обработку ультразвуком. Фильтрованием получали водный раствор комплекса поли-N-винилпирролидона с фуллереном С60 или смеси фуллеренов С60 и С70. Твердый порошок поли-N-винилпирролидоном-фуллерен получали упариванием водного раствора с последующим измельчением осадка и высушиванием в вакууме. Недостатком данного способа является использование токсичного растворителя и ультразвуковой обработки, измельчение комплекса, а также необходимость получения комплекса в воде заданной концентрации. Используемые стадии усложняют технологический процесс и могут оказывать существенное влияние на получаемый продукт и воспроизводимость его характеристик.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения является описанный в патенте RU 2548971 способ получения водных нанодисперсий фуллерена, включающий растворение фуллерена С60 в N-метилпирролидоне, смешивание полученного раствора с водой и стабилизатором (например, водным раствором поли-N-винилпирролидона), проведение диализа или диафильтрации полученной смеси и концентрирование раствора упариванием в вакууме. Процесс ведут при комнатной температуре. Первую стадию процесса, а именно растворение кристаллического фуллерена С60 в N-метилпирролидоне осуществляют в течение 3-4 часов до его полного растворения. На второй стадии полученный раствор фуллерена смешивают с водным раствором стабилизатора, в качестве которого используют в том числе поли-N-винилпирролидон. Далее раствор перемешивают в течение 1 часа и подвергают его исчерпывающему диализу с использованием мембранной трубки Spectra/Por, 6-8 kDa, Spectrum Labs, Inc. против дистиллированной воды в течение двух суток. Полученная водная нанодисперсия фуллерена стабильна в течение 3 месяцев в условиях хранения при температуре 4-8 °С и рН дисперсии 5.5-6.5. Недостатком этого способа является длительный диализ полученного раствора, необходимость использования специальных технических средств (мембранной трубки), ограниченное время использования полученного продукта, сложность регенерации N-метилпирролидона.
Таким образом, существует потребность в разработке новых способов получения водорастворимых нанокомпозитов содержащих фуллерен С60 в матрице поли-N-винилпирролидона перспективных в медицинской, фармацевтической, косметической и химической промышленности. Такие методы должны основываться на безопасных и экологичных производственных процессах, использовании нетоксичных растворителей поли-N-винилпирролидона и фуллерена С60, возможности введения фуллерена в полимерную матрицу с широким диапазоном содержания фуллерена С60, технологичности и производительности производственного цикла.
Настоящее изобретение состоит в получении водорастворимых нанокомпозитов с наночастицами фуллерена С60 размером от 2 до 50 нм в матрице поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 9-300 кДа с содержанием фуллерена С60 от 0.48 до 18.42 мас.%, а также в разработке простого и эффективного способа их получения. Технологичность и экологичность способа достигается за счет исключения использования токсичных растворителей (ароматических и галогенсодержащих углеводородных растворителей), ультразвукового воздействия, длительной диализной очистки. Преимуществом данного способа является использование поли-N-винилпирролидона с молекулярной массой от 9 до 300 кДа, введение фуллерена С60 в полимерную матрицу в виде наночастиц с размерами от 2 до 50 нм с широким диапазоном содержания (от 0.48 до 18.42 мас.%), использование N-метилпирролидона являющегося растворителем для поли-N-винилпирролидона и фуллерена С60, регенерация N-метилпирролидона, получение нанокомпозитов в виде порошка с длительным сроком хранения.
Указанный результат достигается тем, что способ получения водорастворимых нанокомпозитов с наночастицами фуллерена С60 размером от 2 до 50 нм в матрице поли-N-винилпирролидона с молекулярной массой от 9 до 300 кДа включает смешивание растворов поли-N-винилпирролидона и фуллерена С60 в N-метилпирролидоне, удаление растворителя, растворение в воде и высушивание фильтрата. Данный способ основывается на безопасных и экологичных процессах, использовании общего нетоксичного растворителя для поли-N-винилпирролидона и фуллерена С60, возможности введения фуллерена С60 в полимерную матрицу в виде наноуглеродных частиц, получении водорастворимых нанокомпозитов с содержанием фуллерена С60 до 18.42 мас.%, а также характеризуется технологичностью и производительностью производственного цикла.
Пример 1.
К раствору 500 мг поли-N-винилпирролидона с молекулярной массой 300 кДа в 10 мл N-метилпирролидона (концентрация раствора 50 мг/мл) при комнатной температуре добавляют раствор 105 мг фуллерена С60 в 210 мл N-метилпирролидона (концентрация раствора 0.5 мг/мл) при постоянном перемешивании до полного смешения. Далее растворитель упаривают при пониженном давлении. К полученному осадку добавляют воду и перемешивают в течение 24 часов. Фильтрат высушивают в вакууме до постоянной массы. Высушенный осадок представляет собой порошок светло-коричневого цвета, выход составляет 82.6%.
Примеры 2-12 осуществляли аналогично приведенному Примеру 1.
Характеристики полученных нанокомпозитов с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона приведены в Таблице 1.
Приведенные примеры подтверждают возможность использования поли-N-винилпирролидона в широком интервале молекулярных масс от 9 до 300 кДа.
Метод может быть использован для получения нанокомпозитов с наночастицами других фуллеренов (С70, высшие фуллерены, смесь фуллеренов С60 и С70) в матрице поли-N-винилпирролидона, так как закономерности формирования нанокомпозитов у них сходные.
Состав и строение полученных водорастворимых нанокомпозитов с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона, содержащих до 18.42 мас.% фуллерена, подтверждено методами ИК и УФ спектроскопии, рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии.
Характерный ИК спектр полученных нанокомпозитов с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона представлен на фиг. 1. В ИК спектрах нанокомпозитов присутствуют характерные полосы частот валентных колебаний карбонильной группы С=О (1679 см-1) и связи С-N (1286 см-1), и деформационных колебаний связи С-N (1423 сm-1) лактамного кольца. Характерная полоса частот колебаний фуллерена С60 наблюдается в области 525 и 577 см-1. На фиг. 1 представлен характерный ИК спектр нанокомпозитов (на примере 1).
Характерный спектр оптического поглощения водного раствора нанокомпозита с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона представлен на фиг. 2. УФ спектр характеризуется наличием двух интенсивных полос поглощения фуллерена C60 с максимумами при 257 и 337 нм. На фиг.2 представлен характерный УФ спектр нанокомпозитов (на примере 1).
Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено, что водорастворимые нанокомпозиты на основе поли-N-винилпирролидона состоят из изолированных наночастиц преимущественно сферической формы, равномерно распределенных в объеме полимерной матрицы с размерами до 50 нм (фиг. 3). При этом преобладающие размеры наночастиц фуллерена С60 составляют от 2 до 12 нм. На фиг. 3 представлена характерная электронная микрофотография нанокомпозита (на примере 1).
По данным рентгенофазового анализа установлено, что водорастворимый нанокомпозит содержит наночастицы фуллерена С60 в кристаллическом состоянии (фиг. 4). На рентгеновской дифрактограмме присутствует аморфное гало полимерной матрицы и интенсивные рефлексы, соответствующие межплоскостным расстояниям гранецентрированной кубической кристаллической решетке фуллерена С60 (111), (220) и (311). На фиг. 4 представлена характерная рентгеновская дифрактограмма нанокомпозита (на примере 1).
Таблица 1.

примера
ММ ПВП, кДа Соотношение ПВП:фуллерен С60 в исх. смеси, масс. Содержание фуллерена С60 в нанокомпозите, мас.% Выход по фуллерену С60, %
1 300 100:21.0 17.35 82.6
2 125 100:21.0 17.91 85.3
3 9 100:21.0 18.42 87.7
4 125 100:16.3 13.92 85.4
5 125 100:11.1 9.89 89.1
6 300 100:5.3 4.87 91.9
7 125 100:5.3 5.01 94.5
8 9 100:5.3 4.89 92.2
9 125 100:3.1 2.98 96.3
10 300 100:0.5 0.49 97.8
11 125 100:0.5 0.48 96.4
12 9 100:0.5 0.49 97.4
Примечание: ПВП - поли-N-винилпирролидон; ММ - молекулярная масса.

Claims (2)

1. Водорастворимый нанокомпозит в качестве носителя лекарственных веществ в виде порошка с длительным сроком хранения с наночастицами фуллерена С60 размерами от 2 до 50 нм с гранецентрированной кубической решеткой в матрице поли-N-винилпирролидона молекулярной массы от 9 до 300 кДа с содержанием фуллерена С60 от 0.48 до 18.42 мас.%.
2. Способ получения водорастворимого нанокомпозита с наночастицами фуллерена С60 размерами от 2 до 50 нм с гранецентрированной кубической решеткой в матрице поли-N-винилпирролидона молекулярной массы 9-300 кДа с содержанием фуллерена С60 от 0.48 до 18.42 мас.%, включающий добавление раствора с наночастицами фуллерена С60 в N-метилпирролидоне к раствору поли-N-винилпирролидона в N-метилпирролидоне при постоянном перемешивании до полного смешения при соотношении поли-N-винилпирролидон:фуллерен С60, равном 100:0.5-21.0 масс., удаление N-метилпирролидона путем упаривания при пониженном давлении, растворения в воде и высушивания фильтрата в вакууме.
RU2023114391A 2023-06-01 Водорастворимые нанокомпозиты с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона и способ их получения RU2823484C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2823484C1 true RU2823484C1 (ru) 2024-07-23

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548971C2 (ru) * 2013-04-22 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства (ФГБУ "ГНЦ Институт иммунологии"ФМБА России) Способ получения водных нанодисперсий фуллерена
CN107411983B (zh) * 2017-09-12 2020-10-20 北京福纳康生物技术有限公司 一种水溶性富勒烯外用组合物

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548971C2 (ru) * 2013-04-22 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный научный центр "Институт иммунологии" Федерального медико-биологического агентства (ФГБУ "ГНЦ Институт иммунологии"ФМБА России) Способ получения водных нанодисперсий фуллерена
CN107411983B (zh) * 2017-09-12 2020-10-20 北京福纳康生物技术有限公司 一种水溶性富勒烯外用组合物

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗОЛОТОВ Ю. А. Основы аналитической химии // Издательский центр "Академия", Москва, 2012, Т. 1, 5-е изд., 384 с. *
ПИОТРОВСКИЙ Л.Б. и др. Влияние комплексов фуллерена С60 с поливинилпирролидоном на репродукцию вирусов гриппа // Вопросы вирусологии, 2001, Т. 3, стр. 38-42. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Naushad et al. Photodegradation of toxic dye using Gum Arabic-crosslinked-poly (acrylamide)/Ni (OH) 2/FeOOH nanocomposites hydrogel
Aiping et al. Synthesis and characterization of N-succinyl-chitosan and its self-assembly of nanospheres
Fan et al. Sodium alginate conjugated graphene oxide as a new carrier for drug delivery system
JP3775432B2 (ja) 表面改質二酸化チタン微粒子とその分散液、およびその製造方法
CN106750262B (zh) 两亲性嵌段抗菌肽的合成及其组装体的制备方法和应用
CH540956A (de) Verfahren zur Herstellung von oberflächlich durch aufgepfropftes Polymerisat modifiziertem Polymermaterial
Yue et al. Polyrotaxanated covalent organic frameworks based on β-cyclodextrin towards high-efficiency synergistic inactivation of bacterial pathogens
CN106084256B (zh) 一种自组装蛋白纳米复合胶束的制备方法
Moor et al. Dual-functionality fullerene and silver nanoparticle antimicrobial composites via block copolymer templates
Jose et al. Development of photoresponsive zinc oxide nanoparticle-encapsulated lignin functionalized with 2-[(E)-(2-hydroxy naphthalen-1-yl) diazenyl] benzoic acid: A promising photoactive agent for antimicrobial photodynamic therapy
Marques et al. Solid dispersion of praziquantel enhanced solubility and improve the efficacy of the schistosomiasis treatment
CN114106823A (zh) 季铵盐姜黄素碳量子点的制备方法及广谱抗菌应用
Ghosh et al. Solvent‐and Substrate‐Induced Chiroptical Inversion in Amphiphilic, Biocompatible Glycoconjugate Supramolecules: Shape‐Persistent Gelation, Self‐Healing, and Antibacterial Activity
RU2823484C1 (ru) Водорастворимые нанокомпозиты с наночастицами фуллерена С60 в матрице поли-N-винилпирролидона и способ их получения
CN114106822A (zh) 一种具有高效抗菌特性的碳量子点的制备方法及应用
TW201739800A (zh) 聚合物之純化及脫色
CN115368580B (zh) 一种基于光敏剂的多孔有机笼状化合物及制备方法和应用
CN111909239A (zh) 具有细菌絮凝和抗菌性能的自组装多肽分子及其应用
CN101166788A (zh) Pvp-富勒烯复合物及其水溶液的制造方法
RU2548971C2 (ru) Способ получения водных нанодисперсий фуллерена
CN114392232B (zh) 共递送一氧化碳和甲醛分子的光响应性胶束的制备及其在协同dox抗癌中的应用
JP2005289660A (ja) 表面改質二酸化チタン微粒子とその分散液、およびその製造方法
CN1299776C (zh) 两亲三嵌段共聚物纳米粒及其制备方法和用途
CN114672047B (zh) 一种羧甲基壳聚糖水凝胶的制备方法及应用
RU2630561C2 (ru) Способ получения водно-солевых дисперсий фуллерена