Воздействие ультразвука на нестероидные противовоспалительные лекарства в комплексных соединениях нанокомпозитов на основе оскидов меди, железа, цинка и графена

Целью работы является формирование нанокомпозитов на основе оксидированного графена и оксидов металлов (медь-железо, цинк и железо) посредством взаимодействия с ультразвуком (20 кГц) и исследование их электромагнитных свойств с помощью методов сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, поглощения электромагнитного излучения и флуоресценции. Результатом работы является разработка одношагового метода ультразвука для формирования функциональных нанокомпозитов Cu/Fe-, ZnO- и Fe3O4-поливиниловый спирт и метода ультразвукового коньюгирования исходных лекарственных соединений, таких как кеторолак и ацетилсалициловая кислота, с данными нанокомпозитами. Установлено, что сформированные лекарственные нанокомпозиты Cu/Fe-графен-кеторолак, ZnO-графен-ацетилсалициловая кислота и Fe3O4-кеторолак приобретают оптические и суперпарамагнитные свойства наночастиц с улучшенными электромагнитными характеристиками благодаря ультразвуковой коньюгации. Выявлено, что нанокомпозиты Cu/Fe-графен-кеторолак имеют сферическую форму и размер, не превышающий 100 нм, на поверхности послойной структуры оксидированного графена. Сформированные нанокомпозиты Cu/Fe-графен-кеторолак приобретают улучшенные оптоэлектронные свойства благодаря наличию атомов меди и железа в матрице графена. Показано, что нанокомпозиты ZnO-графен-ацетилсалициловая кислота приобретают улучшенные свойства флуоресценции преимущественно за счет электромагнитного взаимодействия с фазой оксида цинка, сформированной на поверхности графена. Доказано, что коньюгирование кеторолака с магнетитом увеличивает электронную плотность нанокомпозита Fe3O4-кеторолак, который приобретает суперпарамагнитные свойства, а его покрытие поливиниловым спиртом может улучшить биосовместимость. В целом сформированные нанокомпозиты представляют большой интерес в области медицинской электроники и наномедицины в качестве функциональных материалов с улучшенными электромагнитными свойствами, контролируемыми на молекулярном и атомном уровне. Данные нанокомпозиты могут найти применение как в качестве материалов, так и компонентов в электронных устройствах для диагностики и лечения воспалительных заболеваний. Для промышленной области особый интерес представляет одношаговый экологически чистый метод ультразвука, применение которого можно расширить разнообразным спектром неорганических и органических материалов и лекарственных веществ.

графен, нанокомпозит, оскид меди, оскид цинка, магнетит, нестероидные противовоспалительные лекарства, ультразвук

1. Bjarnason I., Scarpignato, C., Holmgren, E., Olszewski, M., Rainsford, K. D., Lanas, A. Mechanisms of Damage to the Gastrointestinal Tract From Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drugs. Gastroenterology. 2018;154:500-514. DOI: 10.1053/j.gastro.2017.10.049.

2. Banti C.N., Hadjikakou S.K. Non‐Steroidal Anti‐Inflammatory Drugs (NSAIDs) in Metal Complexes and Their Effect at the Cellular Level. Eur. J. Inorg. Chem. 2016; 2016: 3048-3071. DOI: 10.1002/ejic.201501480.

3. Marzuillo P., Calligaris L., Amoroso S., Barbi E. Narrative Review Shows that the Short-term Use of Ketorolac is Safe and Effective in the Management of Moderate-to-severe Pain in Children. Acta Paediatrica. 2018;107(4):560-567. DOI: 10.1111/apa.14189.

4. Chen, W.Y., Holmes, M.D. Role of Aspirin in Breast Cancer Survival. Curr. Oncol. Rep. 2017;19:48. DOI: 10.1007/s11912-017-0605-6.

5. Pelaz B., Alexiou C., Alvarez-Puebla R.A., Alves F., Andrews A. M., et. al. Diverse Applications of Nanomedicine. ACS Nano. 2017;11, 3:2313-2381. DOI: 10.1021/acsnano.6b06040.

6. Reina G., Gonzalez-Dominguez J.M., Criado A., Vazquez E., Bianco A., Prato M. Promises, Facts and Challenges for Graphene in Biomedical Applications. Chem. Soc. Rev. 2017;46:4400-4416. DOI: 10.1039/C7CS00363C.

7. Suslick K.S., Eddingsaas N.C., Flannigan D.J., Hopkins S.D., Xu H. The Chemical History of a Bubble. Acc. Chem. Res. 2018;51:2169-2178. DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00088.

8. Radziuk D., Mikhnavets L., Vorokhta M., Matolin V., Tabulina L., Labunov V. Sonochemical Formation of Copper/Iron-modified Graphene Oxide Nanocomposites for Ketorolac Delivery. Chem. Eur. J. 2019;25(24):6233-6245. DOI: 10.1002/chem.201900662.

9. Fiadosenka U., Matsukovich A., Tabulina L., Labunov V., Radziuk D. The Properties of the Sonochemically Functionalized Nonsteroidal Anti-inflammatory Drug Ketorolac in an Fe3O4-Graphene Oxide Nanocomposite. New J. Chem. 2019;43:16118-16122. DOI: 10.1039/C9NJ03730F.

10. Tkach A., Matsukovich A., Krekoten N., Tabulina L., Labunov V., Radziuk D. Graphene Oxide-Coated CuO Nanoparticles for Functionalization of Acetylsalicylic Acid and Diclofenac. ACS Appl. Nano Mater. 2020;3:5593-5604. DOI: 10.1021/acsanm.0c00852.

11. Radziuk D., Mikhnavets L., Tkach A., Tabulina L., Labunov V. Sonochemically Assembled Photoluminescent Copper-Modified Graphene Oxide Microspheres. Langmuir 2018;34:8599-8610. DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b01557.

12. El-Shahawy A.S. Spectroscopic Structural Studies of Salicylic Acid, Salicylamide and Aspirin. Spectrochimica Acta. 1988;44A:903-907. DOI: 10.1016/0584-8539(88)80007-2.

13. Kovi P.J., Miller C.L., Schulman S.G. Biprotonic Versus Intramolecular Phototautomerism of Salicylic Acid and Some of Its Methylated Derivatives in the Lowest Excited Singlet State. Anal. Chim. Acta. 1972;61:7-13. DOI: 10.1016/S0003-2670(01)81919-X.

14. Cooney T.F., Wang L., Sharma S.K., Gauldie R.W., Montana A.J. Raman Spectral Study of Solid and Dissolved Poly(vinyl alcohol) and Ethylene‐vinyl Alcohol Copolymer. J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 1994;32:1163-1174.