Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок
Carbon nanotubes (CNTs) are of particular interest for biomedical applications as drug transporters due to their chemical stability, biofunctionality, and biocompatibility. Currently, the issue of searching for promising adsorbents for doxorubicin (DOXO) – an antitumor cytotoxic antibiotic of the an...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/819 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-819 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-12-07T11:19:20Z |
| collection |
OJS |
| topic |
доксорубіцин вуглецеві нанотрубки адсорбція спектрофотометрія напівемпіричні квантовохімічні методи |
| spellingShingle |
доксорубіцин вуглецеві нанотрубки адсорбція спектрофотометрія напівемпіричні квантовохімічні методи Khora, O.V. Markitan, O.V. Demianenko , E.M. Gavryluk , N.A. Mischenko, V.M. Grebenyuk, A.G. Gorelov, B.M. Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| topic_facet |
doxorubicin carbon nanotubes adsorption spectrophotometry semiempirical quantum chemical methods доксорубіцин вуглецеві нанотрубки адсорбція спектрофотометрія напівемпіричні квантовохімічні методи |
| format |
Article |
| author |
Khora, O.V. Markitan, O.V. Demianenko , E.M. Gavryluk , N.A. Mischenko, V.M. Grebenyuk, A.G. Gorelov, B.M. |
| author_facet |
Khora, O.V. Markitan, O.V. Demianenko , E.M. Gavryluk , N.A. Mischenko, V.M. Grebenyuk, A.G. Gorelov, B.M. |
| author_sort |
Khora, O.V. |
| title |
Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| title_short |
Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| title_full |
Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| title_fullStr |
Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| title_full_unstemmed |
Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| title_sort |
дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок |
| title_alt |
A study on doxorubicin adsorption on the surface of carbon nanotube |
| description |
Carbon nanotubes (CNTs) are of particular interest for biomedical applications as drug transporters due to their chemical stability, biofunctionality, and biocompatibility. Currently, the issue of searching for promising adsorbents for doxorubicin (DOXO) – an antitumor cytotoxic antibiotic of the anthracycline series with a low adsorption energy value – remains relevant.
The aim of this work was to use experimental adsorption methods to determine the features of doxorubicin adsorption on the surface of carbon nanotubes, as well as spectroscopic methods to determine the structure of doxorubicin depending on the acidity of the medium. In addition to experimental research methods, to determine the features of this process at the atomic level, quantum chemistry methods were used, by means of them it is possible to obtain results of both the geometric structure of adsorption doxorubicin–CNT complexes and the energy characteristics of adsorption.
In this work, the adsorption of DOXO on the surface of carbon nanotubes was studied by spectrophotometric method as dependent on the pH of the solution and in the adsorbate concentration range of 25–250 ?M. The driving force of this adsorption process is most likely electrostatic interaction, since DOXO in the studied pH range is in the protonated form at the amino group, and the surface of nanotubes is characterized by a negative charge due to the dissociation of surface carboxyl groups. It has been found that the adsorption process proceeds by the Langmuir mechanism with a free energy of adsorption (?G298) about 8 kJ/mol. Besides, the dependence of adsorption process on the surface charge was discovered. It was found that the adsorption process is intensified in an acidic environment.
It has been found that the enthalpy (?H298) of the reaction of replacing water molecules with protonated DOXO is greater (-68.6 kJ/mol) than that for the similar process for the molecular form of DOXO (-47.1 kJ/mol). Quantum chemical calculations indicate that the enthalpy of DOXO adsorption on the outer surface of CNTs in aqueous solution is favorable from a thermodynamic point of view, which is in good agreement with the experimental data. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/819 |
| work_keys_str_mv |
AT khoraov astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT markitanov astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT demianenkoem astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT gavrylukna astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT mischenkovm astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT grebenyukag astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT gorelovbm astudyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT khoraov doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT markitanov doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT demianenkoem doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT gavrylukna doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT mischenkovm doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT grebenyukag doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT gorelovbm doslídžennâadsorbcíídoksorubícinunapoverhnívuglecevihnanotrubok AT khoraov studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT markitanov studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT demianenkoem studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT gavrylukna studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT mischenkovm studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT grebenyukag studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube AT gorelovbm studyondoxorubicinadsorptiononthesurfaceofcarbonnanotube |
| first_indexed |
2025-07-22T19:36:00Z |
| last_indexed |
2025-12-07T11:23:25Z |
| _version_ |
1851774500163551232 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8192025-12-07T11:19:20Z A study on doxorubicin adsorption on the surface of carbon nanotube Дослідження адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок Khora, O.V. Markitan, O.V. Demianenko , E.M. Gavryluk , N.A. Mischenko, V.M. Grebenyuk, A.G. Gorelov, B.M. doxorubicin carbon nanotubes adsorption spectrophotometry semiempirical quantum chemical methods доксорубіцин вуглецеві нанотрубки адсорбція спектрофотометрія напівемпіричні квантовохімічні методи Carbon nanotubes (CNTs) are of particular interest for biomedical applications as drug transporters due to their chemical stability, biofunctionality, and biocompatibility. Currently, the issue of searching for promising adsorbents for doxorubicin (DOXO) – an antitumor cytotoxic antibiotic of the anthracycline series with a low adsorption energy value – remains relevant. The aim of this work was to use experimental adsorption methods to determine the features of doxorubicin adsorption on the surface of carbon nanotubes, as well as spectroscopic methods to determine the structure of doxorubicin depending on the acidity of the medium. In addition to experimental research methods, to determine the features of this process at the atomic level, quantum chemistry methods were used, by means of them it is possible to obtain results of both the geometric structure of adsorption doxorubicin–CNT complexes and the energy characteristics of adsorption. In this work, the adsorption of DOXO on the surface of carbon nanotubes was studied by spectrophotometric method as dependent on the pH of the solution and in the adsorbate concentration range of 25–250 ?M. The driving force of this adsorption process is most likely electrostatic interaction, since DOXO in the studied pH range is in the protonated form at the amino group, and the surface of nanotubes is characterized by a negative charge due to the dissociation of surface carboxyl groups. It has been found that the adsorption process proceeds by the Langmuir mechanism with a free energy of adsorption (?G298) about 8 kJ/mol. Besides, the dependence of adsorption process on the surface charge was discovered. It was found that the adsorption process is intensified in an acidic environment. It has been found that the enthalpy (?H298) of the reaction of replacing water molecules with protonated DOXO is greater (-68.6 kJ/mol) than that for the similar process for the molecular form of DOXO (-47.1 kJ/mol). Quantum chemical calculations indicate that the enthalpy of DOXO adsorption on the outer surface of CNTs in aqueous solution is favorable from a thermodynamic point of view, which is in good agreement with the experimental data. Вуглецеві нанотрубки (ВНТ) являють особливий інтерес для біомедичних застосувань як транспортери ліків завдяки їхній хімічній стабільності, біофункціональності та біосумісності. На даний час залишається актуальним питання пошуку перспективних адсорбентів доксорубіцину (ДОКС) – протипухлинного цитотоксичного антибіотика антрациклінового ряду з низькою енергетичною цінністю адсорбції. Метою даної роботи було експериментально виявити особливості адсорбції доксорубіцину на поверхні вуглецевих нанотрубок, а також спектроскопічними методами з’ясувати будову доксорубіцину в залежності від кислотності середовища. Крім експериментальних методів дослідження, для з’ясування особливостей цього процесу на атомарному рівні, було задіяно методи квантової хімії, за допомогою яких можна одержати як результати геометричної будови адсорбційних комплексів доксорубіцин–ВНТ, так і енергетичні характеристики адсорбції. У даній роботі спектрофотометричним методом досліджено адсорбцію ДОКС на поверхні вуглецевих нанотрубок залежно від рН розчину та в діапазоні концентрацій адсорбату 25-250 мкМ. Рушійною силою цього процесу, швидше за все, є електростатична взаємодія, оскільки ДОКС в досліджуваному діапазоні рН перебуває в протонованій формі за аміногрупою, а поверхня нанотрубок характеризується негативним зарядом за рахунок дисоціації поверхневих карбоксильних груп. Встановлено, що процес адсорбції відбувається за механізмом Ленгмюра з вільною енергією адсорбції (?G298) близько 8 кДж/моль. Крім того, виявлено залежність процесу адсорбції від заряду поверхні. Встановлено, що адсорбція інтенсифікується в кислому середовищі. Методами квантової хімії виявлено можливі варіації геометричної структури адсорбованих комплексів « ДОКС–ВНТ». Встановлено, що ентальпія (?H298) реакції заміщення молекул води на протонований DOXO є найбільшою (-68.6 кДж/моль), порівняно з аналогічним процесом для молекулярної форми ДОКС (-47.1 кДж/моль). Результати аналізу квантово-хімічних розрахунків свідчать про те, що ентальпія адсорбції ДОКС на зовнішній поверхні ВНТ у водному розчині є термодинамічно ймовірною, що добре корелює з експериментальними даними. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-29 Article Article https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/819 10.15407/hftp16.04.451 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 451-462 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 451-462 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 4 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 451-462 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.04 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |