Структурные и спектральные особенности композитов на основе белковых сред с одностенными углеродными нанотрубоками

Аннотация

Исследованы структурные особенности нанокомпозитов, полученных при лазерном облучении водно-белковых сред с одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ), электродуговым (ОУНТI) и газофазным методами (ОУНТII). С помощью спектроскопии комбинационного рассеяния нанокомпозитов определен нековалентный характер взаимодействия нанотрубок с молекулами белков. Белковая составляющая в нанокомпозитах подверглась необратимой денатурации и может выступать в качестве связующего биосовместимого материала, который является источником аминокислот для биологических тканей при имплантации нанокомпозитов в организм. Образцы, изготовленные из ОУНТI, с меньшим диаметром и длиной имели наиболее однородную структуру. При увеличении концентрации от 0.01 до 0.1 % происходило увеличение среднего размера
микропор от 45 до 85 мкм и пористости образца в общем с 46 до 58 %. При этом доля открытых пор для двух типов концентраций ОУНТI составила 2 % от общего объема композита. В нанокомпозитах на основе ОУНТI показано наличие мезопор. Увеличение концентрации нанотрубок привело к уменьшению удельных значений поверхности и объема пор образца. Исследованные нанокомпозиты могут использоваться в качестве тканеинженерных матриц для восстановления объемных дефектов биологических тканей

REFERENCES

1. Eletskii A. V. Carbon nanotubes. Usp., 1997, v. 40(9), pp. 899–924. https://dji.org/10.1070/PU1997v040n09ABEH000282
2. Tuchin A. V., Tyapkina V. A., Bityutskaya L. A., Bormontov E. N. Functionalization of capped ultrashort single-walled carbon nanotube (5, 5). Condensed matter and interphases, 2016, v. 18(4), pp. 568–577. URL: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_4_2016_015.pdf (in Russ.)
3. Dolgikh I., Tyapkina V. A., Kovaleva T. A., Bityutskaya L. A. 3D Topological changes in enzyme glucoamylase when immobilized on ulrta0short carbon naotubes. Condensed matter and interphases, 2016, v. 18(4), pp. 505–512. URL: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_4_2016_007.pdf (in Russ.)
4. Kulikova T. V., Tuchin A. V., Testov D. A., Bityutskaya L. A., Bormontov E. N., Averin A. A. Structure and properties of self-organized 2D and 3D antimony/carbon composites. Technical Physics, 2018, v. 63(7), pp. 995–1001. https://doi.org/10.1134/S1063784218070216
5. Kulikova T. V., Bityutskaya L. A., Tuchin A. V., Lisov E. V., Nesterov S. I., Averin A. A., Agapov B. L. Structural heterogeneities and electronic effects in self-organized core-shell type structures of Sb. Letters on materials, 2017, v. 7(4), pp. 350–354. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2017-4-350-354
6. Gerasimenko A. Yu. Laser structuring of the carbon nanotubes ensemble intended to form biocompatible ordered composite materials. Condensed matter and interphases, 2017, v. 19(4), pp. 489–501. https://doi.org/10.17308/kcmf.2017.19/227
7. Ma R. Z., Wei B. Q., Xu C. L., Liang J., Wu D. H. The morphology changes of carbon nanotubes under laser irradiation. Carbon, 2000, vol. 38(4), pp. 636–638.  https://doi.org/10.1016/s0008-6223(00)00008-7
8. Sadeghpour H. R., Brian E. Interaction of laser light and electrons with nanotubes. Physica Scripta, 2004, vol. 110, pp. 262–267. https://doi.org/10.1238/physica. topical.110a00262
9. Gyorgy E., Perez del Pino A., Roqueta J., Ballesteros B., Cabana L., Tobias G. Effect of laser radiation on multi-wall carbon nanotubes: study of shell structure and immobilization process. of Nanoparticle Research, 2013, v. 15(8), p. 1852. https://doi.org/10.1007/s11051-013-1852-6
10. Krasheninnikov A. V., Banhart F. Engineering of nanostructured carbon materials with electron or ion beams. Nature Materials, 2007, v. 6(10), pp. 723–733. https://doi.org/10.1038/nmat1996
11. Ogihara N., Usui Y., Aoki K., Shimizu M., Narita N., Hara K., Nakamura K., Ishigaki N., Takanashi S., Okamoto M., Kato H., Haniu H., Ogiwara N., Nakayama N., Taruta S., Saito N. Biocompatibility and bone tissue compatibility of alumina ceramics reinforced with carbon nanotubes. Nanomedicine, 2012, v. 7(7), pp. 981–993. https://doi.org/10.2217/nnm.12.1
12. Abarrategi A., Gutiérrez M.C., Moreno-Vicente C., Hortigüela M. J., Ramos V., Lуpez-Lacomba J. L., Ferrer M. L., del Monte F. Multiwall carbon nanotube scaffolds for tissue engineering purposes. Biomaterials, 2008, v. 29(1), pp. 94–102. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.09.021
13. Newman P., Minett A., Ellis-Behnke R., Zreiqat H. Carbon nanotubes: Their potential and pitfalls for bone tissue regeneration and engineering. Nanomedicine, 2013, v. 9(8), pp. 1139–1158. https://doi.org/10.1016/j.nano.2013.06.001
14. Sahithi K., Swetha M., Ramasamy K., Selvamurugan N. Polymeric composites containing carbon nanotubes for bone tissue engineering. International journal of biological macromolecules, 2010, v. 46(3). pp. 281–283. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2010.01.006
15. Pan L., Pei, He R., Wan Q., Wang J. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2012, vol. 93, pp. 226–234. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.01.011
16. Mattioli-Belmonte M., Vozzi G, Whulanza Y., Seggiani M., Fantauzzi V., Orsini G., Ahluwalia A. Tuning polycaprolactone–carbon nanotube composites for bone tissue engineering scaffolds. Materials Science and Engineering: C, 2012, v. 32(2), pp. 152–159. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.10.010
17. Venkatesan J., Qian Z., Ryu B., Kumar N.A., Kim S. Preparation and characterization of carbon nanotube-grafted-chitosan – Natural hydroxyapatite composite for bone tissue engineering. Carbohydrate Polymers, 2011, v. 83(2). pp. 569–577. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.08.019
18. Lin C., Wang Y., Lai Y., Yang W., Jiao F., Zhang H., Shefang Ye., Zhang Q. Incorporation of carboxylation multiwalled carbon nanotubes into biodegradable poly(lactic-co-glycolic acid) for bone tissue engineering. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, v. 83(2), pp. 367–375. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2010.12.011
19. Gerasimenko A. Yu. , Glukhova O. E., Savostyanov G. V., Podgaetsky V. M. Laser structuring of carbon nanotubes in the albumin matrix for the creation of composite biostructures. Journal of Biomedical Optics, 2017, v. 22(6), pp. 065003-1–065003-8. https://doi.org/10.1117/1.jbo.22.6.065003