350 rub
Journal Technologies of Living Systems №5 for 2012 г.
Article in number:
Sorption activity of magnetically operated nanoparticles in organism media
Keywords: efferent methods magnetically operated nanosorbents magnetite carbon nanotubes surface modification albumin dodecylmercaptan selective sorption
Authors:
Yu.G. Yanovsky, A.G. Rozhkov, V.I. Karandin, A.N. Danilin, S.M. Nikitin, M.A. Guseva, T.A. Gustova, A.I. Alekhin, N.G. Goncharov
Abstract:
Nanosorbents can have very large specific surface, and therefore, high sorption capacity. The surface of the particles can be modified by special molecular shells to make or strengthen adsorption specificity. The nanoparticles can be magnetically operated, that allows controlling them using an external magnetic field. For example, nanosorbents with the magnetite kernel (the bearer of the molecular shells) can be extracted from biological fluids using a magnetic filter. So, the idea of using nano-particles as sorbents for medical purposes is very promising. In this context, the aim of this study is not only the synthesis of magnetically operated nanoobjects that suitable for medicine, but also a comparative study of nanoparticles sorption properties in experiments with blood plasma and lymph samples. There are investigated the sorption properties of nano- and micro-sized magnetite particles (Fe3O4) with shells of albumin or dodecyl mercaptan molecules (CH3(CH2)11SH). Сarbon nanotubes (CNTs) have been synthesized using the vapor deposition of carbonaceous material on the heated catalyst (CVD method). Their sorption properties are investigated as well. Magnetite particles were synthesized using a few known techniques. CNTs prepared by the chemical vapor deposition on the catalyst systems Fe/Al2O3 or Co/Al2O3. To modify the magnetite particles surface by the albumin the microemulsion approach is used, as well as an original technique for albumin modification during synthesis of magnetic particles. To bring the sorption properties of normal saturated hydrocarbons, the particles surface was modified by normal hydrocarbon chains С12Н25 attached to the nucleus via the bond Fe-S-C. This allows modifying the magnetic particles by dodecyl mercaptan molecules for the sorption of different density lipoproteins. The sorption efficiency of sorbents is demonstrated in experiments with blood plasma and lymph of 12 donors. Biochemical content indices of the main blood and lymph ingredients are used for controlled criteria of the sorption capacity. Those indices determine the ingredient concentrations that characterize the state of the cell, organ, and general homeostasis in various diseases. This paper shows a high sorption efficiency of a number of sorbents, including CNT, in relation to the ingredients of the blood plasma and lymph, which is of considerable interest to medical and technical applications.
Pages: 23-32
References
  1. Афанасьева О.И., Алтынова Е.В., Кузнецова Ю.В. и др. Иммуносорбенты для перфузии цельной крови (синтез и характеристика) // Эфферентная терапия. 2006. Т.12. № 4.
    С.15 - 20.
  2. Алтынова Е.В., Афанасьева О.И., Болды­рев А.Г. и др. Гемосорбенты для удаления атерогенных липопротеидов (invitro сравнение) // Эфферентная терапия. 2006. Т.12. № 4. С. 3 - 14.
  3. Saal S.D., Parker T.S., Gordon B.R. et al.Removal of low-density lipoproteins in patients by extracorporeal immunoadsorption // Amer. J. Med. 1986. V. 80. P.583 - 589.
  4. Pokrovsky S. Synthesis and characteristics of a monoclonal immunosorbent for LDL-apheresis // Extracorporeal lipid extraction / Ed. S. Saal. ReprintedfromASAJO. 1987. V. 10. № 4.
    P. 814 - 815.
  5. Коновалов Г.А., Беленков Ю.Н., Звездкин П.В. и др. Аферез иммуноглобулинов - новый подход к лечению тяжелых форм дилатационной кардиомиопатии // Кардиология. 2002. № 6. С. 123 - 127.
  6. Staudt A., Dorr M., Staudt Y. et al.Role of immunoglobulin G3 subclass in dilated cardiomyopathy: results from protein A immunoadsorption // Amer. Heart J. 2005. V. 150. P.729 - 736.
  7. Tompson G.R. LDL-apheresis // Atherosclerosis. 2003. V.167. P.1 - 13.
  8. Рожков А.Г., Карандин В.И. Эфферентная терапия в хирургической клинике. М.: Миклош. 2010. 255 с.
  9. Ерюхин И.А., Шашков Б.В. Эндотоксикоз в хирургической клинике. СПб.: Logos. 1995. 304 с.
  10. Ермолов А.С., Александрова И.В., Бердников Г.А. и др. Непрерывная лимфосорбция и иммунокоррегирующая терапия больных деструктивным панкреатитом // Сб. трудов II съезда лимфологов России. СПб. 2005. С.105 - 107.
  11. Нифатьев О.Е., Макаров А.К., Сухорукова А.М. и др. Влияние плазмо- и лимфосорбции на функциональное состояние печени при механической желтухе и остром панкреатите // Труды Российского симпозиума «Детоксикация в хирургии». Махачкала. 1989. С. 61 - 62.
  12. Яновский Ю.Г., Данилин А.Н., Захаров А.П. и др. Опытно-конструкторские разработки портативного устройства для экстракорпоральной очистки биологических сред организма от токсинов и вирусов с использованием магниточувствительных нано- и микрочастиц // Альманах клинической медицины. 2008. Т. XVII. Ч. 2. С.293 - 296.
  13. Загребин Л.В., Шестов С.С., Яновский Ю.Г. и др. Метод очистки крови от вирусной инфекции путём сорбции на магнитоуправляемых наночастицах // Технологии живых систем. 2008. Т.5. № 2 - 3. C.111 - 118.
  14. Яновский Ю.Г., Данилин А.Н., Карнет Ю.Н. и др.Сравнительные исследования сорбционной эффективности и структуры поверхности нано- и микроразмерных магнитоуправляемых частиц для их использования в медицине и биологии // Технологии живых систем. 2007. Т. 4. № 5 - 6. С. 73 - 84.
  15. Гудошников С.А., Любимов Б.Я., Скомаров­ский В.С. и др. Влияние свойств магнитных наночастиц на эффективность их фильтрации из биологических сред организма в магнитных полях с высоким пространственным градиентом // Сб. трудов Междунар. форума по нанотехнологиям «Rusnanotech-08». 2008. Т. 2. С. 318 - 319.
  16. Яновский Ю.Г., Данилин А.Н., Никитин С.М. и др. Новые функциональные магнитоуправ­ляемые наносорбенты для экстракорпоральной очистки крови и лимфы от метаболитов и токсинов // Сб. материалов III Евразийского конгресса по медицинской физике и инже­нерии «Медицинская физика - 2010». 2010.
    Т. 3. С.228 - 231.
  17. Mürbe J., Rechtenbach A., Töpfer J. Synthesis and physical characterization of magnetite nanoparticles for biomedical applications // Materials Chemistry and Physics. 2008. V.110. P.426 - 433.
  18. Sun J., Zhou S., Hou P. et al.Synthesis and characterization of biocompatible Fe3O4 nanoparticles // Journal of Biomedical Materials Research. 2007. Part A. V.80 А(2). P.333 - 341.
  19. Елецкий А.В.Углеродные нано­трубки // Успехи физических наук. 1997. Т.167. № 9.С.945 - 971.
  20. Piedigrosso P., Konya Z., Colomer J.-F. et al.Production of differently shaped multi-wall carbon nanotubes using various cobalt supported catalysts // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000. V.2. P.163 - 170.
  21. Li Y., Liu J., Wang Y., Lin Z.Preparation of monodispersed Fe-Mo nanoparticles as the catalyst for CVD synthesis of carbon nanotubes // Chem. Mater. 2001. V.13. P.1008 - 1014.
  22. Sohn J.I., Choi Chel-Jong, Lee S. et al.Growth behavior of carbon nanotubes on Fe-deposited (001) Si substrates // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. Iss. 20.
  23. Couchman P.R., Jesser W.A. Thermodynamic theory of size dependence of melting temperature in metals // Nature. 1977. V.269. P.481 - 483.
  24. Chunfu Z., Jinquan C., Duanzhi Y. et al. Preparation and radiolabeling of human serum albumin (HSA)-coated magnetite nanoparticles for magnetically targeted therapy // Applied Radiation and Isotopes. 2004. V.61, Issue 6.P.1255 - 1259.