CC BY
27УДК 620.22:577.11
Конструирование композиционных материалов на основе наноалмазов и разрушаемых биополимеров
В.С. Бондарь3’5*, А.П. Пузырь3’5, А.В. Гореваа’5, А.Е. Бурова,в
аСибирский федеральный университет, Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 бИнститут биофизики СО РАН, Россия 660036, Красноярск, Академгородок, 50, стр.50
вСКТБ «Наука», КНЦ СО РАН, Россия 660049, Красноярск, пр. Мира, 53
Received 17.03.2012, received in revised form 13.02.2013, accepted 26.02.2013 Обсуждаются вопросы конструирования и применения композиционных материалов на основе наноалмазов и биодеградируемых полигидроксиалканоатов. На примере использования микросфер из 3-полигидроксибутирата (3-ПГБ) и модифицированных наноалмазов (МНА) взрывного синтеза продемонстрирована возможность получения комбинированного материала реакцией нуклеофильного присоединения по бимолекулярному механизму AdN2. Показано, что при 20-минутной инкубации в кислых условиях на 1 мг микросфер из биополимера может быть иммобилизовано от 70 до 150 мкг наночастиц в зависимости от весового соотношения этих компонентов в реакции.
Ключевые слова: полигидроксиалканоаты, 3-полигидроксибутират, модифицированные
наноалмазы, микросферы, композиционные материалы.
Введение бактериального происхождения (Волова и
Современная биотехнология позволяет др., 2006). ПГА обладают рядом ценных био-
получать разнообразные биополимеры, ис- технологических качеств, а именно: биораз-
пользуемые для эффективного решения ши- рушаемостью без образования токсичных
рокого спектра практических задач. В част- продуктов, высокой биосовместимостью, воз-
ности, перспективными биополимерными можностью получения биополимеров разного
материалами являются полигидроксиалка- состава и свойств. Это позволяет использо-
ноаты (ПГА) - полиэфиры жирных кислот вать их в производстве изделий различной
© Siberian Federal University. All rights reserved
* Corresponding author E-mail address: bondvs@mail.ru
формы, морфологии и назначения для потенциального применения в медицине, фармакологии, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и т.д. (Волова и др., 2008; Волова и др., 2011; Шишацкая и др., 2011; Shishatskaya, 2008). Наиболее важным вопросом, решаемым в русле этого направления, является разработка методов получения ПГА разного состава и физико-химических свойств за счет микробиологического синтеза и разных способов переработки биополимеров для создания нового класса изделий и конструкций практического назначения - пленки, капсулы, компакты, диски, микросферы и т.д.
Биодеградация и высокая биосовместимость ПГА позволяют рассматривать их как перспективные материалы биомедицинского назначения. Например, в настоящий момент можно считать уже доказанной возможность использования ПГА в производстве дву- и трехмерных конструкций для депонирования веществ (включая лекарственные препараты) для их локальной и пролонгированной доставки; шовных нитей, стентов и компактов для травматологии, пластической и репаративной хирургии (Николаева и др., 2011; Shishatskaya et а1., 2006; Shishatskaya, 2008; Shishatskaya et а1., 2008; Shishatskaya et а1., 2011). Очевидно, что применение таких материалов в различных сферах практической медицины будет способствовать ее выходу на новый качественный уровень и повышению эффективности лечебных мероприятий в целом.
Несмотря на явные достоинства ПГА, следует отметить, что химическая инертность и гидрофобные свойства этих биополимеров в значительной степени сужают спектр их потенциальных биомедицинских приложений, например, ограничивают возможность применения в создании новых систем адресной доставки лекарств и новых средств индикации и диагностики. Одним из вариантов решения
этой проблемы является конструирование на основе ПГА композиционных материалов. Предполагается, что композиты биополимера, содержащие гидрофильные соединения (или структуры), позволят использовать их в качестве носителей для транспорта водорастворимых веществ и лекарственных препаратов, могут улучшить физико-химические и прочностные характеристики полимерных материалов и, как следствие, расширить ассортимент медицинских изделий из ПГА (например, для травматологии, стоматологии и пластической хирургии).
В качестве гидрофильной компоненты при создании композитов на основе ПГА представляется перспективным использование модифицированных наноалмазов (МНА) взрывного синтеза (Bondar, Puzyr, 2004) по следующему ряду причин. Физико-химические свойства МНА (размерный фактор, химически полиморфная, активная поверхность и высокая коллоидная устойчивость в дисперсионных средах) определяют их высокие адсорбционные свойства к различным соединениям биологической и небиологической природы, что позволило применять эти наночастицы для разработки новых технологий и методов биомедицинского назначения. Например, доказана возможность использования МНА в качестве полифункционального адсорбента для эффективного выделения и очистки белков (Bondar et al., 2004; Puzyr et al., 2007a; Purtov et al., 2008; Ронжин и др., 2010), средства для связывания и нейтрализации токсинов (Puzyr et al., 2007b; Mogilnaya et al., 2010a; Puzyr et al., 2010), основы (носителя) для конструирования новых систем индикации, биохимической диагностики и адресной доставки лекарственных препаратов (Puzyr et al., 2004; Bondar et al., 2008; Purtov et al., 2010; Purtov et al., 2011; Mamaeva et al., 2011). Важным фактором при выборе МНА является и
то, что результаты разноплановых экспериментов in vivo показали высокую биосовместимость этих наночастиц с организмами экспериментальных животных (Пузырь и др., 2004а; Пузырь и др., 2004б; Пузырь и др., 2005; Puzyr et al., 2007a; Mogilnaya et al., 2010b).
Таким образом, целью работы являлось изучение возможности получения композиционных материалов на основе ПГА и модифицированных наноалмазов взрывного синтеза. В качестве модельного объекта для исследований были выбраны биополимерные микросферы, как один из наиболее удобных вариантов изделия для депонирования и доставки веществ (Шишацкая, Горева, 2006).
Материалы и методы
В исследовании использовали микросферы из 3-полигидроксибутирата (3-ПГБ) с размерами в интервале 1-20 дм. Методические особенности получения микросфер и их физико-химические свойства подробно изложены в работах (Шишацкая, Горева, 2006; Горева и др., 2012). Микросферы готовили следующим образом. Из исходного образца микросферы собирали центрифугированием (Centrifuge 5415R, Eppendorf, Germany) при 9300 g в течение 5 мин при температуре 15 °С. Полученный осадок трижды промывали деионизованной водой (Milli-Q system, Millipore, USA) для удаления возможных остатков растворителя, который мог присутствовать в образце микросфер после их получения. Микросферы каждый раз ресуспен-дировали в свежей порции деионизованной воды и собирали центрифугированием при указанных выше условиях. Отмытые микросферы ресуспендировали в деионизованной воде и использовали для исследований.
Для получения композиционных материалов применяли МНА, обладающие высокой коллоидной устойчивостью в дисперсионных
средах и имеющие размеры кластеров в диапазоне 30 - 125 нм (определение размеров выполнено на анализаторе Coulter #5, Beckman-Coulter, USA). Технологии получения МНА и их физико-химические характеристики подробно изложены нами ранее (Bondar, Puzyr, 2004; Пузырь, Бондарь, 2005; Puzyr et al., 2005; Puzyr et al., 2007а). Для экспериментов использовали гидрозоль с концентрацией МНА 10,0 г/л, который готовили добавлением деионизованной воды к навеске порошка наночастиц.
Проверку возможности получения композитов 3-ПГБ микросферы - МНА в деионизованной воде проводили следующим образом. Вначале готовили водные суспензии при разных весовых соотношениях компонентов (микросферы и МНА) и инкубировали их при комнатной температуре в течение 1 ч при постоянном перемешивании со скоростью 200 rpm (шейкер 0S-10, BIOSAN, Латвия). Контролем являлась водная суспензия микросфер, которую инкубировали при тех же условиях без добавления МНА. После этого микросферы собирали центрифугированием при 2300 g в течение 5 мин при температуре 15 °С. В полученных супернатантах определяли количество МНА, не связавшихся с микросферами, по величине оптической плотности на длине волны 400 нм (UV/VIS спектрофотометр UVIKON 943, Kontron Instruments, Италия). Для количественной оценки использовали калибровочную зависимость, полученную экспериментально на гидрозолях с известной концентрацией МНА (рис. 1). Осадки трижды отмывали деионизованной водой для удаления остатков МНА, не прореагировавших с микросферами. При этом микросферы каждый раз ресуспендировали в свежей порции воды, собирали центрифугированием при указанных выше условиях и отбирали супернатанты для определения количества МНА.
0,5
о Н—■—|—I—|—■—|—■—|—I—|—I—|—
О 2 4 6 8 10 12
Концентрация МНА, г/л
Рис. 1. Зависимость оптической плотности гидрозолей МНА на длине волны 400 нм от концентрации наночастиц
Получение композиционного материала с помощью реакции нуклеофильного присоединения проводили по следующей схеме. Сначала в деионизованной воде готовили суспензии микросферы : МНА, при разном весовом соотношении компонентов - 9:1, 5:1 и 2:1. В качестве контроля использовали суспензию микросфер без добавления МНА. В полученные суспензии добавляли соляную кислоту до концентрации 5 мМ и инкубировали их в течение 20 мин при комнатной температуре и постоянном перемешивании со скоростью 200 грт. После этого микросферы собирали центрифугированием при условиях, указанных в предыдущем разделе. Осадки микросфер многократно отмывали (3 раза деионизованной водой, 1 раз 1М №С1, 3 раза деионизованной водой) для удаления остатков МНА, не связавшихся с микросферами. Микросферы каждый раз ресуспендировали в промывочном объеме и собирали центрифугированием при указанных выше условиях. Полученные супернатанты отбирали для
определения количества свободных МНА, не вступивших в реакцию с микросферами.
Сравнительные исследования морфологических особенностей и элементного состава препаратов контрольных микросфер и опытных микросфер, нагруженных частицами МНА, проводили с помощью растровой электронной микроскопии (микроскопы ТМ 1000 и S-5500, НйасЫ, Япония).
Результаты и обсуждение
На начальном этапе исследований была проведена проверка возможности получения композиционного материала ПГА-МНА при инкубации частиц МНА с микросферами из 3-ПГБ в нейтральной среде (деионизованная вода). В результате проведенных экспериментов было установлено, что в воде частицы МНА не взаимодействуют с биополимером. Из данных спектрального анализа следует, что после постоянного перемешивания суспензий микросфер и МНА (при разных весовых соотношениях компонентов) все нано-
Рис. 2. Внешний вид осадков микросфер: 1 - контрольные, 2 - опытные после инкубации с частицами МНА в нейтральной среде и последующей отмывки деионизованной водой
частицы обнаруживаются в супернатантах, полученных на стадиях центрифугирования суспензий и последующих отмывок микросфер. В пользу того, что в условиях нейтральной среды не происходит связывания МНА с микросферами из 3-ПГБ, свидетельствует также отсутствие изменения цвета микросфер после их инкубации с МНА и последующей отмывки (рис. 2).
Полученные данные подтверждают химическую инертность биополимерных материалов из ПГА и невозможность получения на их основе композиционных материалов с частицами МНА в нейтральной водной среде. По крайней мере, это продемонстрировано на примере микросфер из 3-ПГБ.
Так как эксперименты в нейтральных условиях не дали положительного результата и не позволили получить композиционный материал из ПГА и МНА, была исследована возможность получения композитов микросферы 3-ПГБ - МНА с помощью реакции присоединения по механизму AdN2. Такой экспериментальный подход основывался на следующих фактах. Общеизвестно, что ПГА являются полиэфирами жирных кислот и
содержат в своей структуре карбонильные (С=0) группы (например, Волова и др., 2006). Показано, что на поверхности МНА имеется значительный спектр кислородсодержащих групп (гидроксильные, карбоксильные, карбонильные) (Gibson et al., 2009). Исходя из этого, биополимеры ПГА и частицы МНА могут вступать во взаимодействие посредством реакции нуклеофильного присоединения. Согласно работе (Марч, 1988) реакции нуклеофильного присоединения по наиболее распространенному бимолекулярному механизму AdN2 (присоединение по связи С=0) проходят в две стадии (рис. 3): медленное присоединение нуклеофила по кратной связи с образованием карбаниона, который затем быстро атакуется электрофильной частицей. Поскольку атом углерода карбонильной группы сложных эфиров электрофилен, для них характерны реакции замещения спиртового остатка с разрывом связи ацил-кислород. Известно также, что реакции с кислородными нуклеофилами катализируются кислотами за счет протонирования атома кислорода карбонила с образованием высоконуклеофильного карбокатиона.
Y
O H+
O - H+
Рис. 3. Схема реакции нуклеофильного присоединения по наиболее распространенному двухстадийному бимолекулярному механизму AdN2, где нуклеофилом (№') могут являться: ОН, R2O, МН2, Я2МН, R2CH
1
2
3
4 1
2
3
4
Рис. 4. Внешний вид суспензий (А) и осадков (Б) контрольных микросфер (1) и опытных микросфер (2-4) после иммобилизации МНА реакцией нуклеофильного присоединения при весовых соотношениях биополимер: наночастицы - 9:1, 5:1 и 2:1 соответственно
и т.п
В ходе исследований была установлена возможность получения композитов микросферы 3-ПГБ - частицы МНА с помощью реакции нуклеофильного присоединения при ее проведении в кислых условиях. В пользу этого свидетельствует изменение цвета микросфер -после проведения реакции в кислых условиях в контрольном образце микросферы (и их суспензии) имеют молочный (белый) цвет, в опытных образцах - коричневый цвет за счет наличия связанных частиц МНА (рис. 4).
Данные элементного анализа, полученные при электронной микроскопии образцов контрольных и опытных микросфер, также свидетельствуют о связывании частиц МНА с биополимером в результате реакции присоединения (рис. 5). Как видно из представленных данных, в опытных образцах регистрируется наличие дополнительных элементов - №, Si и Fe по сравнению с контрольными образца-
ми микросфер. Поскольку известно, что на поверхности частиц МНА имеются примеси таких металлов, как Na, Si и Fe (Bondar, Puzyr, 2004; Puzyr et al., 2012), совершенно очевидно, что дополнительные элементы, обнаруженные в опытных образцах микросфер, связаны с наличием в них частиц МНА.
При выбранных экспериментальных условиях (деионизованная вода, концентрация кислоты, время инкубации, температура и скорость перемешивания) оптимальным весовым соотношением 3-ПГБ микросферы : МНА для получения композиционного материала являлось соотношение 2:1, поскольку при нем наблюдалось наибольшее удельное связывание наночастиц с микросферами. Из расчетов, полученных после проведения реакции при разных весовых соотношениях компонентов и последующей отмывки микросфер, следует, что на 1 мг микросфер из 3-ПГБ может быть
Рис. 5. Элементный состав микросфер из исходного биополимера 3-ПГБ (1) и композитных микросфер 3-ПГБ - МНА (2), полученных реакцией нуклеофильного присоединения
Таблица 1. Количество частиц МНА, иммобилизованных на микросферы из 3-ПГБ реакцией нуклеофильного присоединения, в зависимости от весового соотношения компонентов в исходной суспензии
Весовое соотношение компонентов (микросферы : МНА)
Количество иммобилизованных наночастиц (мкг МНА / мг микросфер)
9:1
5:1
2:1
68
117
149
ковалентно иммобилизовано от 70 до 150 мкг частиц МНА (табл. 1). Мы полагаем, что подбор оптимального соотношения компонентов (в частности, применение микросфер с узким распределением по размерам и разным химическим составом биополимерного материала) и оптимизация условий проведения реакции нуклеофильного присоединения может повысить показатель включения МНА в биополимер. Изучение этого вопроса является предметом отдельного исследования.
Результаты растровой электронной микроскопии контрольных и опытных образцов микросфер не выявили сколько-нибудь существенных изменений их размера и общей морфологии (рис. 6). Эти данные могут свидетельствовать в пользу того, что в течение 20 мин инкубации суспензии в кислых условиях (концентрация НС1 - 5 мМ, рН среды -
2-3) с одновременным интенсивным перемешиванием в биополимерных микросферах
из 3-ПГБ не происходит значительных деструктивных процессов. При исследовании опытных образцов было показано (рис. 7), что частицы МНА располагаются на поверхности микросфер в виде небольших скоплений (агрегатов). Следует отметить также, что в ходе электронно-микроскопических исследований было косвенно подтверждено изменение физико-химических характеристик полученного композиционного материала. Так, под воздействием электронного луча сканирующего микроскопа не наблюдалось «плавления» композитных микросфер 3-ПГБ-МНА в отличие от контрольных микросфер, для которых этот эффект был зарегистрирован.
Мы полагаем, что полученный композит может найти применение в разных сферах практической медицины. Высокие механические характеристики МНА, входящих в состав композита, позволяют прогнозировать
TM-100C_W1S SOH«.W L 02.7 s10k 100urn
Рис. 6. РЭМ-изображение образцов микросфер из 3-] реакцией нуклеофильного присоединения. Маркер -
ДИ0(М_5412 20H0S.W L ОЇ & ці Ok 100 um
ГБ: А - исходные, Б - после иммобилизации МПА 100 ^m
Рис. 7. Внешний вид агрегатов МНА (показано стрелками), иммобилизованных на поверхности микросферы из 3-ПГБ. РЭМ изображение высокого разрешения, маркер - 1 ^т
его использование в создании изделий, применяемых в травматологии, пластической и репаративной хирургии для восстановления костных тканей. Например, в недавней работе (Zhang et al., 2012) была показана возможность применения для этих целей композитного материала на основе наноалмазов и биодеградируемого биополимера иной химической природы. Кроме того, полученный
композит является перспективной основой для конструирования средств доставки лекарственных препаратов, включая системы пролонгированного действия. Предполагается, что входящие в состав композита частицы МНА за счет их высокоразвитой и химически активной поверхности будут обеспечивать высокие адсорбционные свойства данного материала к различным соединениям. Сле-
дует отметить, что при разработке систем доставки лекарств с использованием наночастиц важна проблема их биодеструкции или элиминации из организма после выполнения терапевтической функции в условиях in vivo. В пользу применимости композиционного материала ПГА-МНА для этих целей свидетельствуют результаты недавних исследований, в которых было показано, что наноалмазы могут выводиться из организма животных в течение всего лишь нескольких дней (Chow et al., 2011).
Исходя из этого, сравнительные исследования физико-химических и механических свойств исходных микросфер из 3-ПГБ и их композитов с частицами МНА, оптимизация условий получения композиционных материалов, а также изучение адсорбционных свойств композиционных материалов ПГА-МНА к разным модельным соединениям являются приоритетными задачами дальнейших исследований.
Заключение
Таким образом, в работе установлена возможность создания композиционных материалов из биодеградируемых полиги-
дроксиалканоатов и детонационных наноалмазов. Показано, что с помощью реакции нуклеофильного присоединения, проводимой в кислых условиях среды, на поверхность 1 мг микросфер из 3-ПГБ за 20 мин может быть ковалентно иммобилизовано от 70 до 150 мкг частиц МНА. Получение композитов подтверждается данными элементного анализа и растровой электронной микроскопии экспериментальных образцов, а также визуальными наблюдениями. При выбранных экспериментальных условиях для получения композитов наиболее оптимальным весовым соотношением компонентов микросферы : МНА является соотношение 2:1, поскольку при таком соотношении наблюдается наибольшая эффективность иммобилизации наночастиц на микросферах - до 150 мкг МНА на 1 мг микросфер. Из данных растровой электронной микроскопии следует, что частицы МНА располагаются на поверхности микросфер биополимера в виде скоплений (агрегатов). Дальнейшие исследования будут направлены на оптимизацию условий получения композитных материалов на основе ПГА и МНА и изучение возможности их применения в медицинских целях.
Авторы признательны В.Ф. Каргину (ИХХТ СО РАН, г. Красноярск) за проведение исследований морфологии и элементного состава микросфер методом электронной микроскопии. Работа поддержана Программой Правительства РФ «О мерах по привлечению ведущих ученых в учебные заведения России», Постановление Правительства РФ № 220 (проект «Биотехнологии новых биоматериалов»), Программой РАН № 24 (проект 57).
Список литературы
1. Волова Т.Г., Севастьянов В.И., Шишацкая Е.И. (2006) Полиоксиалканоаты (ПОА) - био-разрушаемые полимеры для медицины. Красноярск: Платина, 288 с.
2. Волова Т.Г., Войнова О.Н., Калачева Г.С., Гродницкая И.Д. (2008) Перспективы использования резорбируемых полиэфиров для конструирования безопасных форм пестицидов. ДАН. 418 (3): 1-4.
3. Волова Т.Г., Бояндин А.Н, Васильев А.Д., Карпов В.А., Кожевников И.В., Прудникова С.В., Руднев В.П., Суан Буй Ба, Зунг Ву Вьет, Гительзон И.И. (2011). Биодеградация полиги-
дроксиалканоатов (ПГА) в восточном море и идентификация ПГА-деградирующих бактерий. Микробиология. 80 (2): 266-274.
4. Горева А.В., Шишацкая Е.И., Волова Т.Г., Сински Э. Дж. (2012) Характеристика полимерных микрочастиц на основе резорбируемых полиэфиров алкановых кислот в качестве платформы для депонирования и доставки препаратов. Высокомолекулярные соединения. 54(2): 224-236.
5. Марч Д. (1988) Органическая химия: реакции, механизмы и структура, Т.3. Москва: Мир, 456 с.
6. Николаева Е.Д., Шишацкая Е.И., Мочалов К.Е., Волова Т.Г., Сински Э.Дж. (2011) Сравнительное исследование клеточных носителей, полученных из резорбируемых полигидрок-сиалканоатов различного химического состава. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 6(4): 63-67.
7. Пузырь А.П., Бондарь В.С. (2005) Способ получения наноалмазов взрывного синтеза с повышенной коллоидной устойчивостью. Патент РФ №2252192, Опубл. 20.05.2005 Бюл. №14.
8. Пузырь А.П., Бондарь В.С., Селимханова З.Ю., Инжеваткин Е.В., Бортников Е.В. (2004а) Результаты исследования возможного применения детонационных наноалмазов в качестве энтеросорбента. Сибирское медицинское обозрение. 2-3 (31-32): 25-28.
9. Пузырь А.П., Бондарь В.С., Селимханова З.Ю., Тян А.Г., Бортников Е.В., Инжеваткин Е.В. (2004б) Динамика некоторых физиологических показателей лабораторных мышей при длительном пероральном введении суспензий наноалмазов. Сибирское медицинское обозрение. 4 (33): 19-23.
10. Пузырь А.П., Бортников Е.В., Скобелев Н.Н., Тян А.Г, Селимханова З.Ю., Манашев Г.Г, Бондарь В.С. (2005) О возможности внутривенного введения стерильных золей модифицированных наноалмазов. Сибирское медицинское обозрение. 1 (34): 20-24.
11. Ронжин Н.О., Харин К.А., Пузырь А.П., Бондарь В.С. (2010) Наноалмазы в биотехнологии: применение для выделения белков и создания индикаторных тест-систем. Journal of Siberian Federal University. Biology. 3 (4): 418-433.
12. Шишацкая Е.И., Горева А.В. (2006) Микрочастицы из биоразрушаемого полиоксибутирата в качестве матрикса для депонирования рубомицина. Перспективные материалы. 4: 65-70.
13. Шишацкая Е.И., Горева А.В., Калачева Г.С., Волова Т.Г. (2009) Распределение и резорбция полимерных микрочастиц в тканях внутренних органов лабораторных животных при внутривенном введении. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 11: 542-546.
14. Bondar V.S., Puzyr A.P. (2004) Nanodiamonds for biological investigations. Phys. Solid State. 46: 716-719.
15. Bondar V.S., Pozdnyakova I.O., Puzyr A.P. (2004) Applications of nanodiamonds for separation and purification of proteins. Phys. Solid State. 46: 758-760.
16. Bondar V.S., Purtov K.V., Puzyr A.P, Baron A.V., Gitelzon I.I. (2008) Catalytic activity of nanodiamond particles in organic reactions. Dokl. Biochem. Biophys. 418: 11-13.
17. Chow E.K., Zhang X.Q., Chen M., Lam R., Robinson E., Huang H., Schaffer D., Osawa E., Goga A., Ho D. (2011) Nanodiamond therapeutic delivery agents mediate enhanced chemoresistant tumor treatment. Sci. Transl. Med. 3: 73ra21.
18. Gibson N., Shenderova O., Luo T.J.M., Moseenkov S., Bondar V., Puzyr A., Purtov K., Fitzgerald Z., Brenner D.W. (2009) Colloidal stability of modified nanodiamond particles. Diam. Relat. Mater. 18: 620-626.
19. Mamaeva E.S., Baron A.V., Puzyr A.P., Burov A.E., Bondar V.S. (2011) Modified nanodiamonds obtained by detonation synthesis in constructing biochemical indication systems (as exemplified by the glucose determination system). Dokl. Biochem. Biophys. 439: 182-184.
20. Mogilnaya O.A., Puzyr A.P., Bondar V.S. (2010a) Growth and bioluminescence of luminous bacteria under the action of aflatoxin B1 before and after its treatment with nanodiamonds. Appl. Biochem. Microbiol. 46: 33-37.
21. Mogilnaya O.A., Puzyr A.P., Baron A.V., Bondar V.S. (2010b) Hematological parameters and the state of liver cells of rats after oral administration of aflatoxin B1 alone and together with nanodiamonds. Nanoscale Res. Lett. 5: 908-912.
22. Puzyr A.P., Baron A.V., Purtov K.V., Bortnikov E.V., Skobelev N.N., Mogilnaya O.A., Bondar V.S. (2007a) Nanodiamonds with novel properties: A biological study. Diam. Relat. Mater. 16: 2124-2128.
23. Puzyr A.P., Purtov K.V., Shenderova O.A., Luo M., Brenner D.W., Bondar V.S. (2007b) The adsorption of aflatoxin B1 by detonation-synthesis nanodiamonds. Dokl. Biochem. Biophys. 417: 299-301.
24. Puzyr A.P., Burov A.E., Bondar V.S., Trusov Yu.N. (2010) Neutralization of aflatoxin B1 by ozone treatment and adsorption by nanodiamonds. Nanotechnologies in Russia. 5: 137-141.
25. Puzyr A.P., Pozdnyakova I.O., Bondar V.S. (2004) Design of a luminescent biochip with nanodiamonds and bacterial luciferase. Phys. Solid State. 46: 761-763.
26. Puzyr A.P., Bondar V.S., Bukayemsky A.A., Selyutin G.E., Kargin V.F. (2005) Physical and chemical properties of modified nanodiamonds. NATO Science Series. II. Mathematics, Physics and Chemistry. 192: 261-270.
27. Puzyr A.P., Burov A.E., Selyutin G.E., Voroshilov V.A., Bondar V.S. (2012) Modified nanodiamonds as antiwear additives to commercial oils. Tribology Transactions. 55: 149-154.
28. Purtov K.V., Puzyr A.P., Bondar V.S. (2008) Nanodiamond sorbents: new carriers for column chromatography of proteins. Dokl. Biochem. Biophys. 419: 72-74.
29. Purtov K.V., Petunin A.I., Burov A.E., Puzyr A.P., Bondar V.S. (2010) Nanodiamonds as carriers for address delivery of biologically active substances. Nanoscale Res. Lett. 5: 631636.
30. Purtov K.V., Petunin A.I., Puzyr A.P., Burov A.E., Bondar V.S. (2011) Model drug delivery system based on nanodiamonds. Nanotechnologies in Russia. 6: 256-264.
31. Shishatskaya E.I. (2008) Biomedical investigation ofbiodegradable PHA. Macromol. Symposia. 269: 65-81.
32. Shishatskaya E.I., Chlusov I.A., Volova T.G. (2006) A hybrid PHA-hydroxyapatite composite for biomedical application: production and investigation. J. Biomater. Sci. Polymer. Edn. 17: 481-498.
33. Shishatskaya E.I., Voinova O.N., Goreva A.V., Mogilnaya O.A., Volova T.G. (2008) Biocompatability of polyhydroxybutyrate microspheres: in vitro and in vivo evaluation. J. Mater. Sci: Mater. Med. 9: 2493-2502.
34. Shishatskaya E.I., Goreva A.V., Kalacheva G.S., Volova T.G. (2011) Biocompatability and resorption of intravenously administered polymer microparticles in tissue of internal organs of laboratory animals. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 22: 2185 - 2203.
35. Zhang Q., Mochalin V.N., Neitzel I., Hazeli K., Niu J., Kontsos A., Zhou J.G., Lelkes P.I., Gogotsi Y. (2012) Mechanical properties and biomineralization of multifunctional nanodiamond-PLLA composites for bone tissue engineering. Biomaterials. 33: 5067-5075.
The Engineering of Composite Materials Based on Nanodiamonds and Degradable Biopolymers
Vladimir S. Bondarab*, Alexey P. Puzyra,b, Anastasiya V. Gorevaa,b and Andrey E. Burova,c
aSiberian Federal University, 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041 Russia bInstitute of Biophysics SB RAS, 50/50 Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036 Russia cSDTB “Nauka" KSC SB RAS, 53 Mira, Krasnoyarsk, 660049 Russia
Issues related to engineering and application of composites based on nanodiamonds and degradable polyhydroxyalkanoates are discussed. The ability of composite engineering is demonstrated on the
3-polyhydroxybutyrate microspheres - modified detonation nanodiamonds composite fabricated through the bimolecular nucleophilic addition (AdN2) reaction. It was shown that during 20-min incubation at acid pH from 70 to 150 jig of the nanoparticles can be immobilized on 1 mg of the microspheres depending on the components weight ratio.
Keywords: polyhydroxyalkanoates, 3-polyhydroxybutyrate, modified nanodiamond, composite materials.
