Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока
The stability of iron-carbon nanotubes to the influence of a model solution of gastric juice is studied. 0.1 n hydrochloric acid is taken as a model solution, and the interaction time was varied from 30 min to 8 days. It is established that the intensive separation of iron from iron-carbon nanotubes...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
"Доповіді НАН України"
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1609 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока / Н.В. Бошицкая, Е.А. Иващенко, Э.В. Прилуцкий, О.В. Прилуцкий, И.В. Уварова // Доп. НАН України. — 2007. — N 2. — С. 96-100. — Библиогр.: 7 назв. — рус. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859711951939043328 |
|---|---|
| author | Бошицкая, Н.В. Иващенко, Е.А. Прилуцкий, Э.В. Прилуцкий, О.В. Уварова, И.В. |
| author_facet | Бошицкая, Н.В. Иващенко, Е.А. Прилуцкий, Э.В. Прилуцкий, О.В. Уварова, И.В. |
| citation_txt | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока / Н.В. Бошицкая, Е.А. Иващенко, Э.В. Прилуцкий, О.В. Прилуцкий, И.В. Уварова // Доп. НАН України. — 2007. — N 2. — С. 96-100. — Библиогр.: 7 назв. — рус. |
| collection | DSpace DC |
| description | The stability of iron-carbon nanotubes to the influence of a model solution of gastric juice is studied. 0.1 n hydrochloric acid is taken as a model solution, and the interaction time was varied from 30 min to 8 days. It is established that the intensive separation of iron from iron-carbon nanotubes takes place during two hours, then the process is practically stopped. It is supposed that two parallel processes take place: the separation of iron from nanotrubes and its sorption on the carbon structures of nanotubes. It is established that iron-carbon nanotubes save sufficient magnetic properties in spite of the active separation of iron from them.
|
| first_indexed | 2025-12-01T05:20:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2007
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 666.099.5,546.72,542.98
© 2007
Н.В. Бошицкая, Е. А. Иващенко, Э. В. Прилуцкий,
О.В. Прилуцкий, И.В. Уварова
Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок
с модельным раствором желудочного сока
(Представлено академиком НАН Украины В.В. Скороходом)
The stability of iron-carbon nanotubes to the influence of a model solution of gastric juice is
studied. 0.1 n hydrochloric acid is taken as a model solution, and the interaction time was
varied from 30 min to 8 days. It is established that the intensive separation of iron from iron-
carbon nanotubes takes place during two hours, then the process is practically stopped. It is
supposed that two parallel processes take place: the separation of iron from nanotrubes and its
sorption on the carbon structures of nanotubes. It is established that iron-carbon nanotubes save
sufficient magnetic properties in spite of the active separation of iron from them.
Многостенные углеродные нанотрубки, полученные в присутствии металлических катали-
заторов, в частности железа, представляют большой интерес для применения в различных
областях науки и техники благодаря ряду уникальных свойств (развитой поверхности, высо-
кому модулю упругости, сорбционным, магнитным свойствам и др.). Одной из наиболее
перспективных областей использования нанотрубок является медицина — для направлен-
ной доставки лекарственных препаратов в патологический очаг организма человека либо
в качестве магнитоуправляемого сорбента токсинов, например, в опухоли и т. п. В связи
с этим представляет интерес исследовать взаимодействие углеродных нанотрубок, полу-
ченных с использованием железного катализатора, с биологическими средами, в частнос-
ти, с желудочным соком.
В настоящей работе исследовали углеродные нанотрубки, полученные методом восста-
новления монооксида углерода в присутствии железного катализатора по реакции Белла–
Будуара:
2CO = CO2 ↑ + C.
Процесс получения проходил в реакторе при температуре 490 ◦С [1]. Продуктом реакции
является нанопорошок Fe−C, в котором содержание железа составляет 33 ± 2% (масс.);
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
Рис. 1. Схема многослойной нанотрубки:
1 — наночастица железа; 2 — наночастицы железа/карбидов железа/оксидов железа; 3 — углеродные
структуры
удельная поверхность (методом БЭТ) — 80 м2/г; влажность — 2 ± 0,04%. Частицы поро-
шка представляют собой углеродные нанотрубки — объемные железоуглеродные структу-
ры, составленные, преимущественно, из 6-членных углеродных колец, расположенных по
поверхности полого цилиндра, с прочно ассоциированной наночастицой железа (рис. 1). На-
ружный диаметр железоуглеродных наноторубок лежит в диапазоне 10–100 нм; внутренний
диаметр — 1,5–2,0 нм; длина в диапазоне 100–1000 нм.
Биологические среды организма человека представляют собой многокомпонентные
сложные системы. Так, желудочный сок содержит белки, органические и неорганические
кислоты, мукополисахариды, ферменты, слизь, что обусловливает трудности при подготов-
ке проб к анализу. С этой целью применяются методы кислотной минерализации, твердо-
фазной экстракции, пробы многократно разводят водой [1, 2] и др.
Цель настоящей работы — предварительная оценка устойчивости железо-углеродных
нанотрубок к воздействию желудочного сока. Для упрощения методики эксперимента в ка-
честве модельного раствора в нашем эксперименте мы выбрали 0,1н соляную кислоту с
pH 1,75, так как pH желудочного сока здорового человека находится в пределах 1–2, изме-
няясь в зависимости от поступления пищи.
В настоящее время для определения железа в жидких (в том числе биологических) сре-
дах используются различные аналитические методы: спектрофотометрия, атомно-адсорб-
ционная спектроскопия, флюориметрия, полярография, ионная хроматография и инвер-
сионная вольтамперометрия [3, 5]. В нашей работе использован спектрофотометрический
метод.
Эксперимент проводили следующим образом. Навески порошка (∼ 1 г) заливали 50 мл
0,1 н HCl, помещали в термостат ТВЗ-25 при температуре 37–38◦С, периодически взбал-
тывали. Через определенные промежутки времени (от 30 мин до 8 суток) нанопорошок
отфильтровывали.
Общее железо в фильтрате определяли спектрофотометрическим методом, основанным
на образовании в аммиачной среде окрашенного в желтый цвет комплексного соединения
железа с сульфосалициловой кислотой [4]. Аликвотную часть фильтрата переносили в мер-
ную колбу емкостью 100 мл. Затем прибавляли 10 мл 20%-ного раствора сульфосалици-
ловой кислоты для образования сульфосалицилового комплекса железа и аммиак до по-
явления запаха (pH 9–11). Через 10 мин доливали водой до метки, перемешивали и изме-
ряли оптическую плотность раствора на фотоэлектрокалориметре ФЭК-56ПМ (синий све-
тофильтр λэф = 440 нм, кювета с толщиной слоя 10 мм). Раствором сравнения служил
раствор “холостого опыта” с реактивами.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №2 97
Рис. 2. Содержание железа в фильтрате в зависимости от длительности воздействия 0,1 н соляной кислоты
Результаты эксперимента представлены в табл. 1.
Как видно из полученных данных, интенсивное выделение железа из железоуглеродных
нанотрубок происходит в течение первых 2 ч. Затем процесс замедляется, и содержание
железа в фильтрате в интервале от 2 ч до 3 суток остается практически на одном уровне.
В интервале от 3 до 8 суток содержание железа в фильтрате снижается, что, вероятно,
связано с обратной сорбцией ионов железа Fe3+ углеродной частью нанотрубок.
Зависимость содержания общего железа в фильтрате от длительности эксперимента
показана на рис. 2.
Можно предположить, что в процессе получения железоуглеродных нанотрубок на по-
верхности наночастиц порошка, помимо железа, существуют оксиды и карбиды железа,
и соляная кислота вступает с ними в реакцию, образуя соли. Так как железоуглеродные
нанотрубки обладают развитой поверхностью и высокими сорбционными свойствами, на-
ходящиеся в растворе ионы Fe2+ и Fe3+, по-видимому, сорбируются на их поверхности.
Значительное снижение содержания общего железа в фильтрате от 3 до 8 суток (см.
табл. 1, рис. 2) можно объяснить протеканием в растворе двух параллельных процессов:
растворение железа соляной кислотой и обратная сорбция железа углеродными структура-
ми нанотрубок. При этом химическая реакция взаимодействия железа с соляной кислотой
и сорбция ионов Fe2+, Fe3+ поверхностью нанотрубок — процессы, происходящие с раз-
личной скоростью. Сорбционные процессы протекают медленнее, поэтому можно предпо-
ложить, что вызванная ими погрешность минимальна в течение первых часов эксперимента
Таблица 1
Масса
навески, г
Содержание
железа
в навеске, г
Длительность
выдерживания
нанопорошка в 0,1н HCl
Содержание общего
железа в фильтрате,
%(мас.)
Содержание общего
железа
в фильтрате, г
1,0037 ± 0,0033 0,33 ± 0,01 30 мин 0,26 0,1299 ± 0,0026
1 ч 0,33 0,1660 ± 0,0033
1 ч 45 мин 0,44 0,2209 ± 0,0044
3 ч 35 мин 0,44 0,2212 ± 0,0044
24 ч 30 мин 0,45 0,2238 ± 0,0045
3 суток 0,45 0,2238 ± 0,0045
8 суток 0,29 0,1444 ± 0,0029
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
и возрастает по мере удлинения времени выдержки. Поэтому в интервале 3–8 суток наблю-
дается значительное снижение содержания общего железа в фильтрате.
На всех временных интервалах эксперимента проводилось экспресс-определение магни-
тных свойств порошка с помощью постоянного самарий-кобальтового магнита (4000 Эд).
Установлено, что магнитные свойства железоуглеродных нанотрубок остаются достаточ-
ными, несмотря на значительное выделение железа в модельный раствор. Стойкие магнит-
ные свойства связаны, по-видимому, с тем, что в железоуглеродных нанотрубках остается
около 14% (мас.) железа, капсулированного в объеме нанотрубок, и недоступного воздейст-
вию 0,1н соляной кислоты.
В табл. 2 приведено расчетное содержание железа в порошке после взаимодействия
с модельным раствором желудочного сока.
Как видно из табл. 2, после 30 мин взаимодействия содержание железа в нанопорошке
снижается с ∼ 33 до ∼ 23% (мас.), через 1 ч — до ∼ 20% (мас.), а в течение 2 ч содержание
железа снижается до ∼ 14%(мас.). Интенсивное выделения железа в течение первых двух
часов наряду с сохранением магнитных свойств нанопорошка свидетельствует, вероятно,
о том, что в нанотрубках существуют частицы железа, доступные для воздействия соляной
кислоты и недоступные, поверхность которых закрыта углеродными структурами.
Прогнозируя возможное “поведение” углеродных нанотрубок в среде желудочного сока,
необходимо учитывать следующие факторы.
Методика введения нанотрубок в организм предполагает, что они будут закрепляться
в ткани желудка (в патологическом очаге) с помощью постоянного магнита в течение приб-
лизительно 30 мин. Сохранение магнитных свойств нанотрубок на протяжении этого перио-
да, несмотря на активное выделение железа, свидетельствует о возможности применения
железоуглеродных нанотрубок для направленного транспорта лекарств в желудок человека.
Следующим аспектом применения железоуглеродных нанотрубок в медицинских целях
является контроль количества железа, выделяющегося из нанотрубок в желудок человека,
с целью предупреждения его интоксикации. Известно, что ионы железа в высокой кон-
центрации атакуют клетки слизистой оболочки желудка и некротизируют их. Через по-
врежденную слизистую ионы железа проникают в кровь, являются токсичными для капил-
лярных стенок и печени, и могут вызывать токсический гепатит [5]. В этом же источнике
упоминается о случаях отравления детей 1–5 лет после приема внутрь более 0,5 г железа
или около 2,5 г сульфата железа. С другой стороны, железо является жизненно важным
элементом в организме человека: входит в состав гемоглобина, миоглобина, ферритина;
участвует в реакциях биологического окисления в составе энзимов — железопротеидов; яв-
ляется составной частью многочисленных комплексов [6, 7]. Недостаток железа в организме
Таблица 2
Масса
навески, г
Содержание
железа в порошке,
%(мас.)
Длительность
выдерживания
нанопорошка в 0,1н HCl
Расчетное содержание железа
в нанопорошке после
взаимодействия с 0,1н HCl, %(мас.)
1,0037 ± 0,0033 33± 2 30 мин 22,9 ± 0,46
1 ч 19,5 ± 0,39
1 ч 45 мин 13,9 ± 0,28
3 ч 35 мин 13,9 ± 0,28
24 ч 30 мин 13,5 ± 0,27
3 суток 13,5 ± 0,27
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №2 99
вызывает анемию, для лечения ее применяют соединения железа (сульфаты), суточная доза
которых для взрослого человека составляет от 20 до 100 мг. Следовательно, расчет разовой
дозы вводимого в желудок нанопорошка должен осуществляться с таким расчетом, чтобы
выделившееся из него железо не превышало допустимых норм. Это требует дополнитель-
ных медико-биологических исследований.
Проведенные исследования устойчивости железоуглеродных нанотрубок к воздействию
желудочного сока на модельном растворе (0,1 н раствор соляной кислоты) показали перс-
пективность их как объекта медицинского назначения, а также необходимость проведения
дальнейших, более приближенных к среде организма, исследований, в том числе и меди-
ко-биологических.
Таким образом, можно сделать следующие выводы.
1. Наиболее интенсивное выделение железа из нанотрубок происходит в течение первых
двух часов, далее процесс практически прекращается.
2. Наряду с процессом выделения железа протекает процесс обратной сорбции его на
углеродных структурах нанотрубок.
3. В структуре железоуглеродных нанотрубок существуют доступные и не доступные
воздействию 0,1 н соляной кислоты частицы железа.
4. После 30 мин взаимодействия содержание железа в нанопорошке снижается с ∼ 33
до ∼ 23% (мас.), а после 2 ч содержание железа практически не изменяется и остается на
уровне ∼ 14% (мас.), что и обусловливает достаточные магнитные свойства порошка.
5. Сохранение магнитных свойств железо-углеродных нанотрубок в модельном растворе
свидетельствует о перспективности их применения в медицине — для направленной достав-
ки лекарственных препаратов в патологический очаг желудка человека.
1. Katz E.A., Shames A. I., Priloutski E. Thin glassy carbon coating for protection against oxygen penetration
into the C60 fullerite // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. – 2004. – 12, No 1. – P. 187–191.
2. ГОСТ 26929–94 Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения
содержания токсичных элементов. – Киев: Изд-во стандартов, 1994. – 11 с.
3. Джуманиязова К.Р., Гафарова Н.А. К методике определения железа батофенантролиновым методом
в малых объемах сыворотки крови // Лаборат. дело. – 1980. – № 4. – С. 252–253.
4. ГОСТ 4011–72 Вода питьевая. Методы определения общего железа. – Москва: Госстандарт СССР,
1972. – 9 с.
5. Handbook on the toxicology of metals / Ed. by L. Friberg, G. Nordberg, Vol. Vouk. – Elsevier: North-
Holland Biomedical Press, 1979. – 709 p.
6. Бугланов А.А. Метаболизм железа и металлопротеиды (обзор) // Вопр. мед. химии. – 1988. – № 2. –
С. 2–7.
7. Бугланов А.А., Саяпина Е.В., Тураев А.Т. Биохимическая и клиническая роль железа // Гемато-
логия и трансфузиология. – 1994. – 39, № 6. – С. 44–45.
Поступило в редакцию 07.07.2006Институт проблем материаловедения
им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев
100 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1609 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T05:20:42Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | "Доповіді НАН України" |
| record_format | dspace |
| spelling | Бошицкая, Н.В. Иващенко, Е.А. Прилуцкий, Э.В. Прилуцкий, О.В. Уварова, И.В. 2008-08-28T13:43:42Z 2008-08-28T13:43:42Z 2007 Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока / Н.В. Бошицкая, Е.А. Иващенко, Э.В. Прилуцкий, О.В. Прилуцкий, И.В. Уварова // Доп. НАН України. — 2007. — N 2. — С. 96-100. — Библиогр.: 7 назв. — рус. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1609 666.099.5,546.72,542.98 The stability of iron-carbon nanotubes to the influence of a model solution of gastric juice is studied. 0.1 n hydrochloric acid is taken as a model solution, and the interaction time was varied from 30 min to 8 days. It is established that the intensive separation of iron from iron-carbon nanotubes takes place during two hours, then the process is practically stopped. It is supposed that two parallel processes take place: the separation of iron from nanotrubes and its sorption on the carbon structures of nanotubes. It is established that iron-carbon nanotubes save sufficient magnetic properties in spite of the active separation of iron from them. ru "Доповіді НАН України" Матеріалознавство Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока Article published earlier |
| spellingShingle | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока Бошицкая, Н.В. Иващенко, Е.А. Прилуцкий, Э.В. Прилуцкий, О.В. Уварова, И.В. Матеріалознавство |
| title | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока |
| title_full | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока |
| title_fullStr | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока |
| title_full_unstemmed | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока |
| title_short | Взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока |
| title_sort | взаимодействие железоуглеродных нанотрубок с модельным раствором желудочного сока |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1609 |
| work_keys_str_mv | AT bošickaânv vzaimodeistvieželezouglerodnyhnanotruboksmodelʹnymrastvoromželudočnogosoka AT ivaŝenkoea vzaimodeistvieželezouglerodnyhnanotruboksmodelʹnymrastvoromželudočnogosoka AT priluckiiév vzaimodeistvieželezouglerodnyhnanotruboksmodelʹnymrastvoromželudočnogosoka AT priluckiiov vzaimodeistvieželezouglerodnyhnanotruboksmodelʹnymrastvoromželudočnogosoka AT uvarovaiv vzaimodeistvieželezouglerodnyhnanotruboksmodelʹnymrastvoromželudočnogosoka |