Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (6), 652–659
Slow zinc release from carboxymethylcellulose gels filled with humic zinc oxide nano-composites
Konstantin S. Larionov – Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia; konstantin.larionov@chemistry.msu.ru
Alexander Volikov – Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia; ab.volikov@gmail.com
Nikita A. Sobolev – Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia; n.a.sobolev@outlook.com
Daniil A. Kozlov – Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of RAS, 119991 Moscow, Russia; kozlov@inorg.chem.msu.ru
Irina V. Perminova – Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia; iperm@med.chem.msu.ru
Corresponding author: Irina V. Perminova, iperm@med.chem.msu.ru
DOI 10.17586/2220-8054-2023-14-6-652-659
ABSTRACT The study is focused on characterization of humic zinc oxide nanocomposites and their potential application in wound healing as antibacterial agent. Zinc oxide nanoparticles were synthesized with varying concentrations of humic substances (HS) and analyzed using PXRD, TEM, SEM and UV-Vis techniques. The nanoparticle sizes based on the PXRD data decreased ranged from 50 to 15 nm along with an increase in humic ligand concentration. TEM images revealed that the star-shaped aggregates of 200–500 nm ZnO particles were formed in the absence of HS, whereas the presence of humic ligands led to shapeless smaller particles ranging from 20 to 200 nm. UV-Vis spectra showed increasing of zinc oxide band gap caused with an rise of HS concentration. The band gap of ZnO nanoparticles increased from 3.19 eV to 3.40 eV as the concentration of HS increased up to 15 g/L. The synthesized ZnO-HS nanocomposites were used for filling in the hydrogels of carboxymethylcellulose (CMC). The release studies of zinc ions from the gel into different buffers were conducted to imitate wound conditions. The measurements of Zn concentrations over time in buffer showed a gradual release over time making these gels potentially suitable for long-term wound treatment.
KEYWORDS humic substances, zinc oxide nanoparticles, release, wound healing.
ACKNOWLEDGEMENTS This work was funded by the Russian Science Foundation (grant #20-63-47070). The research was carried out using the equipment of MSU Shared Research Equipment Centre “Technologies for obtaining new nanostructured materials and their complex study”, “Nanochemistry and Nanomaterials” and purchased by MSU in the frame of the Equipment Renovation Program (National Project “Science and Universities”) and in the frame of the MSU Program of Development.
FOR CITATION Larionov K.S., Volikov A., Sobolev N.A., Kozlov D.A., Perminova I.V. Slow zinc release from carboxymethylcellulose gels filled with humic zinc oxide nanocomposites. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2023, 14 (6), 652–659.
[In Russian] К.С. Ларионов, А.Б. Воликов, Н.А. Соболев, Д.А. Козлов, И.В. Перминова
Медленное высвобождение цинка из карбоксиметилцеллюлозных гелей, наполненных гуминовыми нанокомпозитами оксида цинка
УДК 546.47, 54.056, 615.454.1
АННОТАЦИЯ Цель работы – исследование нанокомпозитов оксида цинка и гуминовых веществ (ГВ), направленном на оценку возможности их применении для заживления ран в виде фармацевтически активных компонентов гидрогелей. Наночастицы оксида цинка синтезировали в присутствии различных концентраций гуминовых веществ. Анализ полученных нанокомпозитов вели с использованием методов рентгеновской дифрактометрии, ПЭМ, СЭМ и УФ-видимой спектроскопии. Найдено, что размер наночастиц ZnO уменьшался от 50 до 15 нм по мере увеличения концентрации ГВ. ПЭМ-изображения показали присутствие звездообразных агрегатов частиц ZnO размером 200-500 нм, которые формировались в отсутствие гуминовых веществ (ГВ). В присутствии ГВ наблюдалось образование бесформенных частиц с размерами в диапазоне от 20 до 200 нм. Спектры поглощения показали характерный пик ZnO около 360 нм, который смещался наряду с увеличением концентрации ГВ. Согласно выполненным расчетам, ширина запрещенной зоны наночастиц ZnO увеличилась с 3,35 эВ до 3,51 эВ по мере увеличения концентрации ГВ до 15 г/л. Это может указывать на образование дефектов в кристаллах ZnO в результате взаимодействия с ГВ. Синтезированные нанокомпозиты ZnO-HS были использованы для заполнения гидрогелей карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Для имитации состояния раны были проведены исследования высвобождения ионов цинка из геля в бульон Мюллера-Хинтона и 0.1М ацетатный буфер. Динамика концентрации Zn в приемных растворах показала замедленное высвобождение с течением времени, что делает эти гели потенциально пригодными для длительного лечения ран.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА гуминовые вещества, наночастицы оксида цинка, высвобождение, заживление ран
