Magnetite nanoparticles coated with chitosan and poly (acrylic acid) blends for biomedical applications

In recent years, the synthesis and characterization of nanoparticles has been used in many are-as of science. Magnetite nanoparticles have been highly employed in many biomedical applications, such as drugs delivery system, catalysis, and magnetic resonance imaging. The properties of the magnetic materials depends on the stabilizer type, covering their surface. In this study was obtained magnetite nanoparticles with chitosan and poly (acrylic acid). Pure monomer of acrylic acid were subjected to photopolymerization, while a photopolymerization kinetics was followed by FTIR spectroscopy. The band corresponding to the C=C vibrations has been selected for calculation of conversion degree of monomer. The structure and mor-phology of the obtained nanoparticles characterized by ATR-FTIR spectroscopy, X-ray analy-sis, and transmission electron microscopy. Acknowledgements The project was supported by research grant: National Science Centre 2014/15/B/NZ7/00972

Dialdehyde starch-cross-linking agent for biomedical applications

Polysaccharides are an important class of biological polymers joined by glycosidic bonds, universally found in all living organisms. Due to their diversity of structures and their properties, polysaccharides constitute interesting sources of materials that can be used as in many fields of science and industry. They are biocompatible, non-toxic, biodegradable, and wide availability in nature. To the most commonly known and available polysaccharide is starch. Starch is a polymer consisting residue of α-D-glucose units. In fact the polysaccharide is not a chemically uniform compound. It consists of unbranched amylose and branched amylopectin. The native and modified starch are both used for food and other applications such as textile industries, pharmaceutics, and drug delivery systems. Controlled periodate oxidation of polysaccharides results in partial oxidation of the hydroxyl groups on carbons 2 and 3. The partial oxidation of these groups leads to the rupture of bond between carbons 2 and 3 and to the formation of two aldehyde groups in each oxidized monomeric units. Dialdehyde polysaccharides have found wide application in tissue engineering, the food industry, and in biomedical applications, where they perform the function of cross-linking agents. In this study, potato and corn starch were oxidized by sodium periodate to prepare a dialdehyde functionalized material. The obtained modified starches have been characterized with chemical analysis, scanning electron microscopy, and ATR-FTIR spectroscopy. The samples were exposed to high-energy ultraviolet radiation and the photochemical reaction was monitored by ATR-FTIR spectroscopy. The surface properties of native and dialdehyde starches before and after UV irradiation were determined by measuring the contact angles and calculating the surface free energy. The crystallinity of the samples were characterized by X-ray diffractometry (XRD). Bibliography: [1] R. F. Tester, J. Karkalas, X. Qi, Journal of Cereal Science, 2014, 39, 151-165. [2] J. Skopinska-Wisniewska, K. Wegrzynowska-Drzymalska, A. Bajek, M. Maj, A. Sionkowska, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 2016, 27, 1-10. The project was supported by research grant: National Science Centre 2014/15/D/NZ7/0180

Nanocząstki magnetyczne pokryte mieszaniną chitozanu i poli(kwasu akrylowego) dla aplikacji biomedycznych

W ostatnich latach wzrasta zainteresowanie projektowaniem, syntezą i zastosowaniem nanocząstek w wielu dziedzinach nauki. Szczególną klasą nanocząstek są nanocząstki magnetyczne, których rdzeń bazuje na magnetycie (Fe3O4), wykazującym właściwości superparamagnetyczne (Rys. 1.) [1]. Nanocząstki magnetyczne są szeroko wykorzystane w naukach biomedycznych, m.in. w hipertermii magnetycznej, dostarczaniu leków oraz detoksykacji płynów biologicznych (ustrojowych) [2]. Rdzeń magnetytowy wymaga pokrycia stabilizatorem, od którego zależą właściwości nanocząstek magnetycznych. Jednymi z szeregu stabilizatorów polimerowych stosowanych do pokrywania magnetytu są chitozan oraz poli(kwas akrylowy) (PAA). Standardowymi metodami otrzymywania nanocząstek magnetycznych przy użyciu PAA, jako stabilizatora są termiczna polimeryzacja lub kopolimeryzacja kwasu akrylowego (AA) na powierzchni rdzenia magnetytu [3,4]. Metody te są jednak czasochłonne i kosztowne. Alternatywą dla tych metod jest pokrywanie nanocząstek magnetytu PAA na drodze fotopolimeryzacji. Czysty monomer kwasu akrylowego poddano procesowi fotopolimeryzacji, a kinetykę fotopolimeryzacji wykonano przy pomocy spektroskopii FTIR. Pasmo przy długości fali 1635 cm-1, odpowiadające drganiom rozciągającym C=C zostało wybrane do obliczenia stopnia konwersji monomeru. Strukturę i morfologię otrzymanych nanocząstek scharakteryzowano za pomocą spektroskopii ATR-FTIR, analizy rentgenograficznej oraz transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Zbadano również rozmiar otrzymanych nanocząstek metodą DLS (Nanosizer). Literatura: [1] Chełminiak D., Ziegler-Borowska M., Kaczmarek H., Synthesis of magnetite nanoparticles coated with poly(acrylic acid) by photopolymerization, Materials Letters 164 (2016) 464-467, [2] Ziegler-Borowska M., Chełminiak D., Siódmiak T., Sikora A., Marszałł M.P., Kaczmarek H., Synthesis of new chitosan coated magnetic nanoparticles with surface modified with long-distanced amino groups as a suport for bioligands binding, Materials Letters 132 (2014) 63-65, [3] Wu Y., Guo J., Yang W., Wang C.H., Fu S., Preparation and characterization of chitosan-poly(acrylic acid) polymer magnetic microspheres, Polymer 47 (2006) 5287-5294, [4] Guo L., Liu G., Hong R.Y., Li H.Z., Preparation and characterization of chitosan poly(acrylic acid) magnetic microspheres, Marine Drugs 8 (2010) 2212-2222

Synteza nanokrystalicznych czynników sieciujących na bazie polisacharydów pozyskanych z odpadów roślinnych i makulatury

Ostatnie dziesięciolecia charakteryzuje niezwykle dynamiczny oraz znaczący rozwój nanotechnologii, a co za tym idzie również nanomateriałów, których rozmiar z reguły nie przekracza 100 nm. Synteza, bądź pozyskiwanie oraz charakterystyka tego typu cząstek jest obecnie przedmiotem wielu badań. Ze względu na swoje specyficzne właściwości, wśród których wyróżnić można niewielkie rozmiary oraz nietoksyczność materiały te wykazują odmienne właściwości w porównaniu do ich odpowiedników w skali makro. Szczególną grupą tego typu materiałów są nanokrystaliczne polisacharydy, które są krystalicznymi nanomateriałami, pochodzącymi ze źródeł naturalnych. Natywne polisacharydy zazwyczaj składają się z regionów krystalicznych oraz amorficznych, natomiast nanokrystaliczne polisacharydy otrzymuje się na skutek usunięcia regionów amorficznych na drodze hydrolizy kwasowej. Związki te charakteryzują się dodatkowo właściwościami takimi jak: biokompatybilność, biodegradowalność, niskie koszty produkcji oraz szeroka dostępność w warunkach naturalnych. Wymienione powyżej właściwości powodują, że nanokrystaliczne polisacharydy znalazły szerokie zastosowanie w chemii materiałów. Polisacharydy są naturalnymi biopolimerami, które występują w żywych organizmach i są powszechnie stosowane. Idealnym źródłem do pozyskania polisacharydów są owoce (pektyna), warzywa (skrobia) oraz papier (celuloza). Materiały te mogą stanowić również odpady roślinne oraz makulaturę. Według Głównego Urzędu Statystycznego ilość selektywnie zebranych odpadów w latach 2005-2014 w Polsce cały czas wzrasta (2005r – 245kg/osobę; 2014r – 268kg/osobę), co niekorzystnie wpływa na sytuację środowiska naturalnego. Wykorzystanie odpadów spowodowałoby redukcję wytwarzanych śmieci oraz odpowiednie ich zagospodarowanie. Autorzy pragną podziękować Narodowemu Centrum Nauki (NCN, Polska, Grant nr: UMO-2016/23/N/ST8/00211) za zapewnienie wsparcia finansowego na realizację tego projektu

Synteza i charakterystyka skrobi dialdehydowej dla aplikacji biomedycznych

Abstrakt: Skrobie ziemniaczana oraz kukurydziana zostały poddane reakcji selektywnego utleniania roztworem nadjodanu sodu w celu otrzymania skrobi dialdehydowej o różnej zawartości grup aldehydowych. Uzyskany materiał scharakteryzowano przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), spektroskopii ATR-FTIR oraz analizy rentgenograficznej. Określono również fotostabilność otrzymanych związków oraz charakter powierzchni otrzymanego materiału za pomocą pomiaru kąta zwilżania oraz obliczenia wartości swobodnej energii powierzchniowej. Udowodniono, że dialdehydowa skrobia kukurydziana zawierała większą zawartość grup aldehydowych i była bardziej fotostabilna niż dialdehydowa skrobia ziemniaczana. Treść: Polisacharydy stanowią ważną klasę biopolimerów, połączonych wiązaniami glikozydowymi, które występują we wszystkich żywych organizmach. Ze względu na zróżnicowaną strukturę oraz właściwości są one interesującym źródłem materiałów, które mogą być wykorzystane w wielu dziedzinach nauki oraz przemysłu. Polisacharydy są biokompatybilne, biodegradowalne, nietoksyczne oraz powszechnie dostępne. Przykładem takiego polisacharydu może być skrobia, stanowiąca niejednorodny chemicznie związek, składający się z nierozgałęzionej amylozy oraz rozgałęzionej amylopektyny [1]. Skrobia dialdehydowa stanowi polimeryczny dialdehyd wytwarzany na skutek selektywnego utleniania polisacharydu roztworem nadjodanu sodu, w wyniku czego następuje rozerwanie wiązania pomiędzy 2 i 3 atomem węgla w pierścieniu piranozowym (Rys. 1.) [2]. Skrobia swą budową przypomina aldehyd glutarowy, ponieważ posiada dwie grupy aldehydowe w obrębie jednego monomeru, jednak jest ona nietoksyczna. Dzięki swym wyjątkowym właściwościom znajduje ona coraz szersze zastosowanie, jako czynnik sieciujący w inżynierii tkankowej (projektowanie implantów) [3], farmacji (immobilizacja enzymów) [4] oraz przemyśle spożywczym (otrzymywanie folii do pakowania żywności) [5]. Skrobia dialdehydowa jest bardzo skuteczna, jako czynnik sieciujący, dzięki reakcji grup aldehydowych z grupami funkcyjnymi polimerów. Dochodzi wówczas do tworzenia silnych wiązań kowalencyjnych, które korzystnie wpływają na stabilność materiałów sieciowanych przy pomocy tego czynnika sieciującego. W ramach niniejszej pracy otrzymano szereg skrobi dialdehydowych różniących się zawartością grup aldehydowych oraz ich botanicznym pochodzeniem. Uzyskany materiał zanalizowano przy pomocy zdjęć SEM, analizy ATR-FTIR oraz analizy rentgenograficznej. Określono również zawartość grup aldehydowych, fotostabilność otrzymanych związków oraz charakter powierzchni uzyskanego materiału. Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer 2014/15/D/NZ7/01805 Literatura: [1] R. F. Tester, J. Karkalas, X. Qi (2014) Starch composition, fine structure and architecture, Journal of Cereal Science 39:151-165 [2] W. Lu, Y. Shen, A. Xie, W. Zhang (2013) Preparation and protein immobilization of magnetic dialdehyde starch nanoparticles, The Journal of Physical Chemistry B 117:3720-3725 [3] J. Skopinska-Wisniewska, K. Wegrzynowska-Drzymalska, A. Bajek, M. Maj, A. Sionkowska (2016) Is dialdehyde starh a valuable cross-linking agent for collagen/elastin based materials?, Journal of Materials Science: Materials in medicine 27:67 [4] F. Kholiya, J. P. Chaudhary, N. Vadodariya, R. Meena (2016) Synthesis of bio-based aldehyde from seaweed polysaccharide and its interaction with bovine serum albumin, Carbohydrate Polymers 150:278-285 [5] H. M. C. Azeredo, K. W. Waldron (2016) Crosslinking in polysaccharide and protein films and coatings for food contact – A review, Trends in Food Science & Technology 52:109-12

Skrobia dialdehydowa – synteza i charakterystyka nowych czynników sieciujących dla powłok polimerowych

Odpowiednio zmodyfikowana skrobia, stanowiąca polisacharyd zawierający reaktywne ugrupowania aldehydowe znajduje coraz szersze zastosowanie, jako czynnik sieciujący w inżynierii tkankowej (projektowanie implantów), farmacji (immobilizacja enzymów) oraz przemyśle spożywczym (otrzymywanie folii do pakowania żywności). Polisacharydowe czynniki sieciujące otrzymywane są poprzez proces selektywnego utleniania polisacharydu roztworem nadjodanu sodu, w wyniku czego, następuje rozerwanie wiązania pomiędzy 2 i 3 atomem węgla w pierścieniu piranozowym. Proces sieciowania polega na reakcji grup funkcyjnych polimeru z grupami funkcyjnymi czynników sieciujących. Umożliwia to tworzenie wiązań kowalencyjnych, które korzystnie wpływają na cechy otrzymanego materiału. W przeciwieństwie do powszechnie stosowanych czynników sieciujących, takich jak: aldehyd glutarowy i epichlorohydryna, polisacharydy zawierające ugrupowania aldehydowe nie wywołują efektu cytotoksyczności. W ramach niniejszej pracy otrzymano szereg czynników sieciujących - skrobi dialdehydowych różniących się zawartością grup aldehydowych oraz ich botanicznym pochodzeniem. Uzyskany materiał zanalizowano przy pomocy zdjęć SEM oraz analizy ATR-FTIR, a także określono zawartość grup aldehydowych, fotostabilność otrzymanych związków oraz charakter powierzchni uzyskanego materiału

Enantioseparation of (RS)-atenolol with the use of lipases immobilized onto new-synthesized magnetic nanoparticles

The enzymatic method was used for the direct resolution of racemic atenolol. The catalytic activities of commercially available lipases from Candida rugosa (MY and OF) immobilized onto new-synthesized chitosan magnetic nanoparticles [Fe3O4-CS-Et(NH2)2, Fe3O4-CS-Et(NH2)3] in the kinetic resolution of racemic atenolol were compared. The best results were obtained by using Candida rugosa lipase OF immobilized onto Fe3O4-CS-Et(NH2)3. Additionally, the enzyme reusability was investigated. It was established that even after 5 reaction cycles, both lipases from Candida rugosa maintained their high catalytic activities and operational stabilities. This approach is extremely important from an economical point of view, because it allows for a direct cost reduction of the biotransformation

Synteza nanokrystalicznej skrobi dialdehydowej dla aplikacji biomedycznych

Polisacharydy stanowią ważną klasę biopolimerów, połączonych wiązaniami glikozydowymi, które występują we wszystkich żywych organizmach, takich jak wodorosty (alginiany), rośliny (celuloza, pektyna, guma guar, skrobia), mikroorganizmy (dekstran) oraz zwierzęta (chityna, hialuronian, heparyna). Skrobia jest polisacharydem składającym się z reszt α-D-glukozy. Polisacharyd ten w rzeczywistości nie jest jednorodnym chemicznie związkiem, składa się ona z nierozgałęzionej amylozy oraz rozgałęzionej amylopektyny. Skrobia jest biokompatybilna, biodegradowalna, nietoksyczna oraz tania [1]. Ostatnie dziesięciolecia charakteryzuje niezwykle dynamiczny rozwój nanotechnologii stosowanych w wielu gałęziach nauki, a w szczególności w medycynie, farmacji i przemyśle spożywczym. Synteza, charakterystyka oraz biochemiczna funkcjonalizacja nanomateriałów jest przedmiotem wielu badań [2]. Właściwości tego typu materiałów, takie jak: niewielkie rozmiary, biozgodność oraz nietoksyczność powodują, że znajdują one bezpośrednie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki oraz w przemyśle. Na szczególną uwagę zasługują nanokrystaliczne polisacharydy, składające się z naturalnych polimerów, charakteryzujące się dodatkowo wysoką wytrzymałością, zróżnicowaną morfologią oraz dużą powierzchnią materiału, co wyróżnia je w przeciwieństwie do tradycyjnych, nieorganicznych nanocząstek. Naturalne polisacharydy składają się z obszarów krystalicznych i amorficznych. Amorficzne obszary są bardzo podatne na hydrolizę w kontrolowanych warunkach, co powoduje usunięcie części amorficznej, a pozostawienie nienaruszonej części krystalicznej. Nanokrystaliczne polisacharydy są przyjazne dla środowiska, a ich powierzchnia jest pokryta wieloma grupami hydroksylowymi, które mogą być chemicznie modyfikowane, co jest ich dodatkowym atutem. Otrzymane nanokrystaliczne polisacharydy mogą ulegać reakcji utleniania, w wyniku czego, następuje rozerwanie wiązania pomiędzy 2 i 3 atomem węgla w pierścieniu piranozowym i utworzenie dwóch grup aldehydowych [3]. Tak otrzymane środki sieciujące, których struktura oparta jest na polisacharydach, cieszą się rosnącym zainteresowaniem, ze względu na szeroką dostępność w warunkach naturalnych, biokompatybilność oraz biodegradowalność. W ramach niniejszej pracy otrzymano nanokrystaliczną skrobię, którą scharakteryzowano przy pomocy skaningowej mikroskopii elektronowej, analizy ATR-FTIR oraz analizy rentgenograficznej. Tak uzyskany materiał poddano reakcji selektywnego utleniania przy użyciu 0,7 M roztworu NaIO4. Otrzymane nanokrystaliczne czynniki sieciujące o różnej zawartości grup aldehydowych zanalizowano przy pomocy zdjęć SEM oraz analizy ATR-FTIR, a także określono ilość grup aldehydowych. Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer 2016/23/N/ST8/00211. [1] D.R. Lu, C.M. Xiao, S.J. Xu, Express Polym. Lett. 2009, 3, 366-375. [2] A. Mishra, Int. J. Mech. Eng. 2014, 3, 410-414. [3] W. Lu, Y. Shen, A. Xie, W. Zhang, J. Phys. Chem. B. 2013, 117, 3720-3725

Synteza i charakterystyka skrobi dialdehydowej dla zastosowań biomedycznych

Skrobia dialdehydowa (SD) stanowi polimeryczny dialdehyd wytwarzany na skutek selektywnego utleniania skrobi nadjodanem, który rozszczepia wiązanie C2-C3 łańcucha polisacharydowego skrobi z wytworzeniem dwóch grup aldehydowych (Rys. 1.). SD swą budową przypomina aldehyd glutarowy, ponieważ posiada dwie grupy aldehydowe w obrębie jednego monomeru, jednak jest ona nietoksyczna. Dzięki temu znajduje ona coraz szersze zastosowanie, jako czynnik sieciujący w inżynierii tkankowej - projektowanie implantów, farmacji - immobilizacja enzymów oraz przemyśle spożywczym - otrzymywanie folii do pakowania żywności. SD jest bardzo skuteczna, jako czynnik sieciujący przez reakcję grup aldehydowych z grupami funkcyjnymi polimerów. Tworzą się wówczas silne wiązania kowalencyjne, które wpływają na stabilność materiałów sieciowanych przy użyciu tego związku. W wyniku reakcji utleniania skrobi kukurydzianej oraz ziemniaczanej, roztworem nadjodanu sodu otrzymano skrobie dialdehydowe, których zawartość grup karbonylowych jest zależna od ilości użytego utleniacza do reakcji oraz botanicznego pochodzenia skrobi. Strukturę i morfologię otrzymanych związków scharakteryzowano za pomocą spektroskopii ATR-FTIR, analizy rentgenograficznej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Określono również zawartość grup aldehydowych oraz fotostabilność otrzymanych związków. Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer 2014/15/D/NZ7/0180

Skrobia dialdehydowa jako czynnik sieciujący dla aplikacji biomedycznych

Polisacharydy stanowią ważną klasę biopolimerów, połączonych wiązaniami glikozydowymi, które występują we wszystkich żywych organizmach. Ze względu na zróżnicowaną strukturę oraz właściwości są one interesującym źródłem materiałów, które mogą być wykorzystane w wielu dziedzinach nauki oraz przemysłu. Polisacharydy są biokompatybilne, nietoksyczne, biodegradowalne oraz powszechnie dostępne. Przykładem takiego polisacharydu jest skrobia. Stanowi ona niejednorodny chemicznie związek, składający się z nierozgałęzionej amylozy oraz rozgałęzionej amylopektyny[1]. Cząsteczka skrobi ulega licznym modyfikacjom. Najbardziej popularnym rodzajem modyfikacji chemicznej jest reakcja utleniania, polegająca na utlenieniu pierwszorzędowych oraz drugorzędowych grup hydroksylowych w jednostkach glukozowych. W wyniku selektywnego utleniania skrobi nadjodanem sodu, dochodzi do rozszczepienia wiązania C2-C3 i utworzenia dwóch grup aldehydowych[2]. Skrobia dialdehydowa została otrzymana przez utlenianie skrobi ziemniaczanej oraz kukurydzianej roztworem nadjodanu sodu. Strukturę i morfologię otrzymanych związków scharakteryzowano za pomocą spektroskopii ATR-FTIR, analizy rentgenograficznej oraz skaningowej mikroskopii elektronowej. Określono również zawartość grup aldehydowych, fotostabilność otrzymanych związków oraz charakter powierzchni otrzymanych materiałów przed i po procesie naświetlania. Projekt został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer 2014/15/D/NZ7/01805. [1]. R. F. Tester, J. Karkalas, X. Qi Journal of Cereal Science 2014, 39, 151-165; [2]. J. Skopinska-Wisniewska, K. Wegrzynowska-Drzymalska, A. Bajek, M. Maj, A. Sionkowska Journal of Materials Science: Materials in Medicine 2016, 27, 1-10