Адсорбция рибофлавина на h-BN для доставки лекарств

Статья была опубликована в International Journal of Molecular Sciences.

В данной работе с помощью моделирования методом теории функционала плотности (DFT) проведено комплексное исследование процесса адсорбции рибофлавина (Rf) на гексагональном нитриде бора, как бездефектном, так и содержащим вакансии. Полученные результаты свидетельствуют о том, что молекула Rf подвергается физической адсорбции на поверхности носителя, при этом ее химическая структура практически не изменяется.

Наиболее устойчивой конфигурацией является параллельное расположение молекулы рибофлавина на поверхности h-BN с образованием π-π стэкинг-взаимодействий. Это подтверждается энергиями адсорбции, полученными для различных положений молекулы препарата. Молекулярные орбитали изоповерхности рибофлавина дают полное представление о характере связывания рибофлавина с h-BN на основе расположения HOMO и LUMO на изоаллоксазиновом участке.

Примечательно, что наличие вакансий азота существенно влияет на характеристики связывания, поскольку носители взаимодействуют с вакантными орбиталями рибофлавина. В результате рибофлавин превращается в акцептор электронов в системе BN(Nv)@Rf, притягивая электронную плотность примерно на 0,5 e-. Такое поведение резко контрастирует с взаимодействием, наблюдаемым в бездефектном h-BN и h-BN с вакансиями бора (BN(Bv)), см. рисунок.

Распределение разности плотности пространственного заряда в структурах (а) BN@Rf, (б) BN(Bv)@Rf и (в) BN(Nv)@Rf и соответствующих отдельных частей, вид сбоку и сверху. Потеря и прирост заряда обозначены синими и желтыми цветом, соответственно. Атомы бора, азота, углерода, кислорода и водорода обозначены зеленым, синим, черным, красным и голубым цветами, соответственно

Полученные результаты подтверждают потенциал h-BN как перспективного носителя для молекул рибофлавина, поскольку π-π связь, образующаяся между лекарством и носителем, обладает значительной прочностью, что создает прочную основу для систем доставки лекарств. Однако очень важно контролировать структурное совершенство h-BN, так как наличие вакансий может индуцировать зарядку рибофлавина.

Таким образом, проведенное нами исследование позволило получить новые сведения о стабильности и взаимодействии витамина B2 с гексагональным нитридом бора. Полученное комплексное представление об особенностях их связывания и влиянии дефектов расширяет потенциальные возможности по разработке и оптимизации систем доставки лекарственных препаратов на основе h-BN.

Модификация тканей наночастицами нитрида бора

Использование наночастиц для модификации поверхности хлопчатобумажной ткани является перспективным подходом к приданию материалу комплекса желаемых характеристик, позволяющих значительно расширить функциональные возможности, удобство ношения и срок службы текстильных изделий. В работе, опубликованной в ACS Applied Bio Materials, изучались два подхода к модификации поверхности наночастиц гексагонального нитрида бора (h-BN) путем обработки малеиновым ангидридом (МА) или диэтилентриамином (ДЭТА).

С помощью моделирования DFT было показано, что использование связующего агента значительно увеличивает прочность сцепления наночастиц с текстильным полотном. При этом, было показано, что в случае использования ДЭТА взаимодействие целлюлозы с нитридом бора гораздо эффективнее, чем с малеиновым ангидридом. Данная гипотеза была подтверждена в эксперименте, в котором было показано, что модифицированный нитрид бора не смывался спустя сутки нахождения в воде и после 40 стирок.

Хлопчатобумажная ткань, покрытая поверхностно-модифицированными НЧ, обладает высокой гидрофобностью. По сравнению с исходным текстильным материалом, обработка MA- и DETA-модифицированными наночастицами h-BN повышает теплостойкость на 10% (МА) и на 15% (ДЭТА). Хлопчатобумажные ткани, покрытые ДЭТА- и МА-модифицированными НЧ БН, проявляют повышенную антибактериальную активность в отношении штаммов Escherichia coli U20 и Staphylococcus aureus и полностью предотвращают образование биопленки E. coli . Полученные результаты важны для дальнейшей разработки тканей для спортивной и медицинской одежды, а также раневых повязок.

Ученые ЛЦМ и НИЦ НН предложили перспективный сорбент для очистки сточных вод от антибиотиков

Статья опубликована в журнале Nanomaterials.

В результате постоянного роста объемов использования лекарственных средств накопление антибиотиков и продуктов их распада в сточных водах стало серьезной проблемой для человека и окружающей среды. Чаще всего антибиотики попадают в реки и грунтовые воды в качестве отходов от фармацевтических предприятий, медицинских и аптечных учреждений, сельского хозяйства. Присутствие антибиотиков в воде приводит к росту устойчивости к ним бактерий и микроорганизмов, развитию аллергических реакций, и даже размножению опасных бактерий.

В настоящее время существуют различные методы очистки сточных вод, однако, у каждого метода есть свои ограничения. Один из самых простых и недорогих методов отчистки, не требующих сложных производственных конструкций или проведения дополнительных химических реакций, является сорбция. Именно на нее и сделали упор сотрудники Лаборатории цифрового материаловедения и научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС. Для предложенного метода нет необходимости создавать специальное дорогостоящее оборудование или искусственно вводить в систему дополнительные химические или биологически активные компоненты, способные нарушить экологический баланс. Достаточно просто пропустить загрязненную воду через фильтр или суспензию из наночастиц нитрида бора.

Сорбент, созданный исследователями на основе гексагонального нитрида бора, способен эффективно очищать сточные воды антибиотиков. В своем исследовании сотрудники НИТУ МИСИС выбрали три вида антибиотиков, являющиеся одними из самых распространенных загрязнителей: ципрофлоксацин, тетрациклин и бициллин.

В дальнейшем ученые планируют увеличить сорбционную емкость наночастиц путем нанесения полимера и осаждения ионов металла, а также расширить спектр исследуемых антибиотиков.