ПОЛУЧЕНИЕ СУБМИКРОННЫХ И НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДА МЕДИ (II) ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАНОКОМПОЗИТА В СИСТЕМЕ ЛЕЦИТИН - ЖИРНОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ МАСЛО - ЭФИРНОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ МАСЛО - ВОДА - CUO Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 544.77

Шулаев С.В., Мурашова Н.М.

ПОЛУЧЕНИЕ СУБМИКРОННЫХ И НАНОРАЗМЕРНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИДА МЕДИ (II) ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАНОКОМПОЗИТА В СИСТЕМЕ ЛЕЦИТИН - ЖИРНОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ МАСЛО - ЭФИРНОЕ РАСТИТЕЛЬНОЕ МАСЛО - ВОДА - CuO

Шулаев Сергей Валерьевич, аспирант кафедры наноматериалов и нанотехнологии, e-mail: [email protected]; Мурашова Наталья Михайловна, к.х.н., доцент, преподаватель кафедры наноматериалов и нанотехнологии, email: [email protected];

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20

Были установлены условия измельчения частиц оксида меди (II) механическим способом для последующего их использования как одного их активных веществ в составе нанокомпозита для медицинского применения. Были получены субмикронные частицы оксида меди со средним гидродинамическим диаметром 175 нм, пригодные для их введения в состав нанокомпозита на основе жидких кристаллов в системе лецитин - смесь масел - вода.

Ключевые слова: жидкие кристаллы, оксид меди (II), наночастицы, механическое измельчение.

PRODUCTION OF SUBMICRON AND NANOSIZED PARTICLES OF COPPER OXIDE (II) FOR THE CREATION OF A NANOCOMPOSITE IN THE SYSTEM LECITHIN - FATTY VEGETABLE OIL - ESSENTIAL OIL - WATER - CuO

Shulaev S.V., Murashova N.M.

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

The conditions for grinding of copper (II) oxide particles by a mechanical method were established for their subsequent use as an active substance in the nanocomposite for medical use. Submicron particles of copper oxide with an average hydrodynamic diameter of 175 nm were obtained, suitable for their introduction into the nanocomposites based on liquid crystals in the lecithin - oil mixture -water system.

Keywords: liquid crystals, copper (II) oxide, nanoparticles, mechanical grinding.

Одной из актуальных задач современной Фарминдустрии является поиск и исследование безопасных и эффективных носителей лекарственных веществ как для внутреннего, так и для наружного применения. Как носители для адресной доставки лекарственных веществ в настоящее время активно предлагаются самоорганизующиеся наноструктуры поверхностно-активных веществ - мицеллярные системы, жидкие кристаллы и микроэмульсии [1].

Благодаря высокой вязкости жидких кристаллов, составляющей десятки и сотни Пас, диффузионный процесс, протекающий в системе, замедляется, что дает возможность создавать лекарственные препараты с замедленным высвобождением активных веществ. Говоря о достоинствах лиотропных жидких кристаллов как систем для адресной доставки лекарственных веществ, стоит отметить их способность солюбилизации гидрофильных и липофильных веществ. В состав жидких кристаллов могут быть введены как хорошо растворимые в воде и масле органические вещества, так и плохо растворимые неорганические частицы в концентрациях, составляющих до нескольких процентов от общей массы образца. Как основа для косметических и медицинских средств, в том числе

для трансдермальной доставки биологически активных веществ, были предложены ламеллярные жидкие кристаллы в системе в системе лецитин -жирное растительное масло - эфирное растительное масло - вода [2].

Весьма перспективным подходом является введение действующих веществ в форме нано- и субмикронных частиц в композицию на основе жидких кристаллов лецитина [3]. Существует множество публикаций на тему влияния наночастиц различных металлов на биологические системы. По мнению авторов данных исследований, наночастицы металлов гораздо менее токсичны, чем металлы в ионной форме. Также наночастицы обладают пролонгированным действием, а введенные наночастицы в биотических дозах способны стимулировать обменные процессы в организме. На сегодняшний день для лечения кожных заболеваний используются препараты на основе высокодисперсных порошков различных металлов. Применяются мазевые повязки с наночастицами серебра, оказывающие противовоспалительное действие. Высокий уровень бактерицидного действия ионов серебра объясняется их способностью блокировать работу одного из ферментов бактерий. Стоит отметить препараты на

основе наночастиц железа и магния, которые обладают ранозаживляющим и противомикробным действием. Известны разработки, в которых предлагается вводить в состав средств c антимикробной активностью наночастицы меди и оксида меди (II) [4].

Целью данной работы являлось установление условий измельчения частиц оксида меди (II) механическим способом для последующего их использования как одного их активных веществ в составе нанокомпозита. Механическое измельчение является наиболее простым, доступным, легко масштабируемым и понятным любому технологу способом для получения субмикронных и наноразмерных частиц оксидов металлов. Для получения субмикронных и наноразмерных частиц оксида меди было предложено использовать планетарную мельницу Pulverisette 7 Premiumline (Fritsch GmbH). Измельчение проводили в водной среде.

В эксперименте был использован порошок оксида меди (II) квалификации «ч». Для определения подходящего варианта измельчения порошка CuO применялся способ, включающий многократное повторение циклов измельчения с варьированием числовых характеристик основных параметров. Основными параметрами являются:

- количество оборотов (скорость вращения ротора мельницы);

- количество циклов измельчения;

- продолжительность одного цикла измельчения;

- размер исходных и получаемых частиц.

Определяющим параметром, по которому оцениваются результаты экспериментов, являлся размер измельченных частиц.

Для подбора скорости измельчения были зафиксированы такие параметры, как количество циклов измельчения - на уровне 1, а также продолжительность одного цикла измельчения - 5 минут. В соответствии с рекомендациями производителя используемой планетарной мельницы, для предотвращения разбалансировки была установлена максимально допустимая скорость вращения ротора - 600 оборотов в минуту. При этом исходный размер частиц оксида меди составлял 17 мкм.

Определение размера частиц

(гидродинамического диаметра) после измельчения осуществлялось методом динамического

светорассеивания с помощью системы Zetasizer Nano (Malvern, UK). На рис. 1 показана зависимость размера измельченных частиц от скорости вращения ротора мельницы.

Рис. 1. Зависимость размера измельченных частиц от скорости вращения ротора мельницы

Согласно полученным данным (рис.1), размер получаемых частиц оксида меди уменьшается при увеличении количества оборотов. Наилучший эффект от измельчения частиц СиО достигается при скорости, равной в 600 об/мин.

Далее был подобран параметр «количество циклов измельчения» (таблица 1).

Таблица 1. Зависимость Основные размера получаемых частиц СиО от количества циклов измельчения. Скорость вращения ротора 600 об/мин,

Количество циклов измельчения Средний гидродинамический диаметр получаемых частиц, нм

1 280±51

2 223±28

3 175±26

4 194±30

5 179±42

6 210±37

Как видно из данных таблицы 1, движение по градиенту увеличения количества циклов перестает давать необходимый эффект после прохождения 3 циклов измельчения. Поэтому увеличивать число циклов более трех нецелесообразно.

По результатам проведенной работы были установлены наиболее подходящие параметры для работы микромельницы:

• скорость вращения ротора мельницы - 600 об/мин;

• количество циклов измельчения - 3;

• интервал между циклами - 15 мин;

• продолжительность одного цикла измельчения - 5 мин.

На рис. 2 показан пример результата измерения гидродинамического диаметра частиц,

измельченных при предлагаемых параметрах. Согласно результатам измерения, в образце присутствуют субмикронные и наноразмерные частицы.

растительное масло концентрации CuO.

вода, содержащие различные

Рис. 2. Распределение частиц по размеру после 3 циклов измельчения

Полученные данные позволяют отработать методику получения нано- и субмикронных частиц оксидов различных металлов механическим способом и более детально провести оптимизацию процесса измельчения частиц, учитывая все корреляционные характеристики процесса.

Получаемые субмикронные и наноразмерные частицы пригодны для их введения в состав нанокомпозита на основе жидких кристаллов в системе лецитин - смесь масел - вода. Были получены образцы нанобиокомпозита в системе лецитин - жирное растительное масло - эфирное

Список литературы

1. Мурашова Н.М., Трофимова Е.С., ЮртовЕ.В. Динамика научных публикаций по применению наночастиц и наноструктур для адресной доставки лекарственных веществ // Наноиндустрия - 2019. - Т.12 - № 1(87) - С.24-38.

2. Мурашова Н.М., Трофимова Е.С., Костюченко М.Ю., Мезина Е.Д., Юртов Е.В. Микроэмульсии и лиотропные жидкие кристаллы лецитина как системы для трансдермальной доставки лекарственных веществ // Российские нанотехнологии. - 2019. -Т.14 - № 1-2 - С.69-75.

3. Мурашова Н.М., Дамбиева А.А., Юртов Е.В. Влияние нано- и микрочастиц оксида железа (III) на вязкость ламеллярных жидких кристаллов лецитина // Изв. вузов. Химия и хим. технология - 2016.- Т.59 - Вып. 5 - С.41-46.

4. Asamoah R.B., Yaya A., Mensah B. et al. Synthesis and characterization of zinc and copper oxide nanoparticles and their antibacterial activity // Results in Materials - 2020. https:// doi.org/10.1016/j .rinma.2020.100099