Создан способ получения нового биологически активного наноматериала на основе церия
15 августа 2022
Коллектив ученых из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Института микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины разработал эффективный метод синтеза коллоидных растворов диоксида церия в неполярных растворителях – основы для создания принципиально новых биологически активных наноматериалов. Работа поддержана Российским научным фондом (грант 19-13-00416). Результаты исследований опубликованы в журнале Molecules.
Среди огромного разнообразия современных наноматериалов диоксид церия (CeO2) занимает особое место, что связано с его уникальными физическими и химическими свойствами, важными с точки зрения практического использования. Диоксид церия способен эффективно поглощать ультрафиолетовое излучение, что делает его одним из наиболее перспективных компонентов солнцезащитных препаратов нового поколения, не содержащих токсичных оксидов цинка и титана. Крайне низкая растворимость данного материала обеспечивает безопасность его использования в составе косметических препаратов. Уникальность диоксида церия в нанокристаллическом состоянии связана с его способностью имитировать функции целого ряда энзимов, то есть выступать в качестве катализатора биологически важных процессов, связанных с кислородным и энергетическим обменом в живых системах. К настоящему времени экспериментально установлена ярко выраженная антиоксидантная активность нанодисперсного диоксида церия, благотворно влияющая на процессы роста и деления клеток, в том числе стволовых.
Наиболее удобной формой для использования диоксида церия в составе биологически активных материалов, космецевтических и фармацевтических препаратов являются коллоидные растворы – их можно точно дозировать, в них наночастицы долгое время сохраняют свои размеры и не меняют свойств. Существует множество методов синтеза коллоидных растворов диоксида церия в воде, однако способы получения стабильных коллоидных растворов CeO2 в неполярных органических растворителях практически неизвестны. В то же время, такие материалы очень важны с точки зрения создания новых препаратов для терапии различных кожных заболеваний, в том числе ран различной этиологии.
Комментирует автор статьи, член-корреспондент РАН Владимир Иванов: “Стабилизировать нанокристаллический CeO2 в неполярных органических растворителях крайне сложно, так как это соединение обладает очень высоким сродством к молекулам воды – на его поверхности она всегда присутствует в большом количестве. Тут работает известный со времен средневековья принцип, «подобное растворяется в подобном»: растворить частицы, покрытые полярными молекулами воды, в неполярной органической среде просто невозможно.
Для решения этой задачи нужно «обмануть» неполярный растворитель – изменить поверхность наночастиц так, чтобы она тоже стала неполярной. Для этого мы решили использовать молекулы каприловой кислоты (она входит в состав многих растительных жиров), которые одним фрагментом могут соединяться с диоксидом церия, а структура второго фрагмента придает частице сродство с органическим растворителем. Для получения наночастиц мы реализовали эффективный метод синтеза, не требующий использования высоких температур или дорогостоящих реагентов.
Мы провели исследования свойств полученных коллоидных растворов диоксида церия в неполярных растворителях, и они показали выраженные антиоксидантные свойства. Полученные материалы в несколько сотен раз уменьшали концентрацию одной из наиболее активных форм кислорода – супероксид анион-радикала, – играющего ключевую роль в процессах окислительного повреждения клеток. Таким образом, наночастицы диоксида церия проявили свойства, присущие антиоксидантным ферментам – супероксиддисмутазам, – играющим важнейшую роль в защите живых систем от окислительного стресса.
Данное исследование очередной раз продемонстрировало, что диоксид церия является «нанозимом» – неорганическим аналогом природных энзимов. Мы считаем, что полученные нами новые наноматериалы могут быть использованы для решения широкого круга задач – от создания композиций для терапии кожных заболеваний и солнцезащитных препаратов до получения присадок к моторным топливам, повышающих их эффективность и уменьшающих выбросы вредных продуктов сгорания. Предложенный нами простой и экологичный способ синтеза, без сомнения, ускорит внедрение наноматериалов на основе диоксида церия”.
Текст: пресс-служба ИОНХ РАН
Baranchikov, A.E.; Razumov, M.I.; Kameneva, S.V.; Sozarukova, M.M.; Beshkareva, T.S.; Filippova, A.D.; Kozlov, D.A.; Ivanova, O.S.; Shcherbakov, A.B.; Ivanov, V.K. FacileSynthesis of Stable Cerium Dioxide Sols in Nonpolar Solvents. Molecules 2022, 27, 5028. https://doi.org/10.3390/molecules27155028
На фото: внешний вид коллоидного раствора наночастиц диоксида церия в неполярном органическом растворителе (гептане) и демонстрация эффекта Тиндаля (слева); изображение наночастиц диоксида церия, полученное методом просвечивающей электронной микроскопии (справа).
