Размерный состав, структура и антиоксидантные свойства наночастиц диоксида церия, полученных автоклавным синтезом
https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-143-152
Аннотация
Цель исследования. Провести характеризацию размерного состава, атомного и электронного строения, а также антиоксидантной активности наночастиц диоксида церия, синтезированных гидротермальным методом в автоклаве.
Методы. Наночастицы диоксида церия были синтезированы в автоклаве при 150°С. Размерный состав наночастиц характеризовался дифрактометрией малоуглового рентгеновского рассеяния. Структурно-фазовый состав исследовался с помощью рентгеновской дифрактометрии. Сканирующая электронная микроскопия с приставкой энергодисперсионного рентгеновского анализа была задействована для анализа элементного состава образцов. Антиоксидантная активность исследовалась в реакции фотохимической деградации красителя метиленового синего при облучении диодным источником с длиной волны 660 нм. Определение остаточной концентрации метиленового синего в процессе фотодеградации производили с помощью спектрофотометрии.
Результаты. Методом гидротермального синтеза в автоклаве при 150°С синтезированы беспримесные наночастицы диоксида церия размером 10-25 нм. В присутствии полученных наночастиц диоксида церия процесс фотодеградации красителя метиленового синего под действием красного лазерного излучения замедляется на 80%. Добавление стабилизированных цитратом аммония наночастиц диоксида церия приводит к замедлению процесса фотодеградации метиленового синего при облучении красным светом за счёт антиоксидантной активности, растущей с повышением концентрации наночастиц. Максимальная антиоксидантная активность проявляется при мольном соотношении цитрата аммония к CeO2 не более 2:1.
Заключение. Синтезированные гидротермальным методом наночастицы CeO2, стабилизированные цитратом аммония, обладают выраженной антиоксидантной активностью. Полученные результаты могут быть использованы для разработки селективных противоопухолевых фотосенсибилизаторов на основе наночастиц диоксида церия.
Ключевые слова
Об авторах
А. М. ЧерновРоссия
Чернов Артем Максимович - аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Л. С. Агеева
Россия
Агеева Лилия Сергеевна - кандидат химических наук, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Д. С. Рассеко
Россия
Рассеко Дмитрий Сергеевич - аспирант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
В. А. Пода
Россия
Пода Владислав Андреевич - магистрант кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
В. И. Каленчук
Россия
Каленчук Валерий Иванович - студент кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
В. В. Родионов
Россия
Родионов Владимир Викторович - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Регионального центра нанотехнологий.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
М. А. Пугачевский
Россия
Пугачевский Максим Александрович - доктор физико-математических наук, профессор кафедры нанотехнологий, микроэлектроники, общей и прикладной физики, директор Регионального центра нанотехнологий.
ул. 50 лет Октября, д. 94, Курск 305040
Список литературы
1. Biomedical applications of nanoceria: new roles for an old player / S. Kargozar, F. Baino, S. J. Hoseini, S. Hamzehlou, M. Darroudi, J. Verdi [et al.] // Nanomedicine. 2018. Vol. 3, is. 23. Р. 3051-3069. https://doi.org/10.2217/nnm-2018-0189
2. Антиоксидантная активность аблированных наночастиц диоксида церия в окислительной фотокаталитической реакции / В.А. Мамонтов, В.В. Родионов, А.Ю. Рыженкова, И.В. Егельский, В.И. Каленчук, М.А. Пугачевский // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 199-210. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-199-210
3. Antioxidant properties of stabilized CeO2 nanoparticles / M.A. Pugachevskii, A.N. Chibisov, V.A. Mamontov, A.P. Kuzmenko // Physica status solidi (a). 2021. Vol. 218, no. 20. P. 2100355. https://doi.org/10.1002/pssa.202100355
4. Rao G.R., Mishra B.G. Structural, redox and catalytic chemistry of ceria-based materials // Bulletin of the Catalysis Society of India. 2003. Vol. 2. Р. 122-134.
5. Cerium oxide nanoparticles: properties, biosynthesis and biomedical applications / K.R.B. Singh, V. Nayak, T. Sarkar, R.P. Singh // Royal society of chemistry. 2020. Vol. 10, is. 45. Р. 27194-27214. https://doi.org/10.1039/d0ra04736h
6. Bouzigues C., Gacoin T., Alexandrou A. Biological applications of rare-earth based nanoparticles // ACS Nano. 2011. Vol. 5, is. 11. Р. 8488-505. https://doi.org/10.1021/nn202378b
7. Controlling the surface chemistry of cerium oxide nanoparticles for biological application / A. Gupta, S. Das, C. Neal, S. Seal // Journal of Materials Chemistry B. 2016. Vol. 4, is. 19. P.3195-3202.
8. Нанокристаллический диоксид церия: свойства, получение, применение / В.К. Иванов, А.Б. Щербаков, А.Е. Баранчиков, В.В. Козик. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2013. 284 с.
9. Ilves V.G., Sokovnin S.Yu. Production and studies of properties of nanopowders on the basis of CeO2 // Nanotechnologies in Russia. 2012. Vol. 7, is. 5-6. P. 213-226.
10. Engineered defects in Cerium oxides: tuning chemical reactivity for biomedical, environmental, & energy applications / S. Seal, A. Jeyaranjan, C.J. Neal, U. Kumar, T.S. Sakthivel, D.C. Sayle // Nanoscale. 2020. Vol. 12, is. 13. Р. 6879-6899. https://doi.org/10.1039/d0nr01203c
11. Catalytic properties and biomedical applications of Cerium oxide nanoparticles / C. Walkey, S. Das, S. Seal, J. Erlichman, K. Heckman, L. Ghibelli [et al.] // Environ. Sci.: Nano. 2015. Vol. 2, is. 1. Р. 33-53. https://doi.org/10.1039/C4EN00138A
12. Hydrothermal synthesis of gadolinium (Gd) doped Cerium oxide (CeO2) nanoparticles: characterization and antibacterial activity / Y.A. Syed Khadar, A. Balamurugan, V.P. Devarajan, R. Subramanian // Oriental journal of chemistry. 2017. Vol. 33, is. 5. P. 2405-2411. http://dx.doi.org/10.13005/ojc/330533
13. Environment-mediated structure, surface redox activity and reactivity of ceria nanoparticles / T.X.T. Sayle, M. Molinari, S. Das, U.M. Bhatta, G. Mobus, S.C. Parker, S. Seal [et al.] // Nanoscale. 2013. Vol. 5, is. 13. Р. 6063-73. https://doi.org/10.1039/c3nr00917c
14. Способ получения стабильных водных коллоидных растворов наночастиц диоксида церия: патент 2615688 Российская Федерация, МПК C01F 17/00, B01J 13/00 / Иванов Е.К., Щербаков А.Б., Теплоногова М.А., Шекунова Т.О., Баранчиков А.Е., Иванова О.С. [и др.]. № 2016112343; заявл. 01.04.2016; опубл. 06.04.2017, Бюл. № 10.
15. Тринеева О.В. Методы определения антиоксидантной активности объектов растительного и синтетического происхождения в фармации (обзор) // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2017. № 4. С. 180-197.
Рецензия
Для цитирования:
Чернов А.М., Агеева Л.С., Рассеко Д.С., Пода В.А., Каленчук В.И., Родионов В.В., Пугачевский М.А. Размерный состав, структура и антиоксидантные свойства наночастиц диоксида церия, полученных автоклавным синтезом. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024;14(4):143-152. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-143-152
For citation:
Chernov A.M., Ageeva L.S., Rasseko D.S., Poda V.A., Kalenchuk V.I., Rodionov V.V., Pugachevskii M.A. Size composition, structure and antioxidant properties of Cerium dioxide nanoparticles obtained by autoclave synthesis. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2024;14(4):143-152. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-143-152