بررسی ظرفیت آبگیری و رهایش دارویی نانوکامپوزیت با پایه پلیمری پلی یورتان و بخش های زیستی میوه انار

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

دوره 13، شماره 47، اردیبهشت 1401، صفحه 71-90   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/jnm.2023.30376.1958

نویسندگان

پیمان محمد زاده جهانی¹؛ هوشنگ حمیدیان²؛ علی بهراد وکیل آباد^{* 3}؛ مایده جعفری³؛ سامیه فزونی⁴؛ حانیه شرفی نژاد⁴

¹استادیار دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی بم ، بم، ایران.

²دانشیار گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، کرمان ، ایران.

³استادیار گروه سرامیک، پژوهشکده مواد، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران.

⁴کارشناسی ارشد، گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، کرمان، ایران

تاریخ دریافت: 12 اردیبهشت 1401،  تاریخ بازنگری: 18 دی 1401،  تاریخ پذیرش: 19 دی 1401 

چکیده

مقدمه: نانوکامپوزیت ها به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد از جمله غیر سمی بودن و سازگاری زیستی به طور گسترده در پژوهش های علوم زیستی استفاده می شوند. در این تحقیق، نانوکامپوزیت جدید با استفاده از پلیمر پلی یورتان و قسمت میان بر گوشتی انار و ذرات نانو نقره تهیه شد.
روش: ترکیب نانوکامپوزیت حاوی پلیمر پلی یورتان، بخش میان بر گوشتی میوه انار و نانوذرات نقره به روش شیمیایی تر سنتز شد. خواص جذب آب و رهایش دارویی نانوکامپوزیت جدید بررسی شد. ترکیب پلی یورتال با درصد وزنی های مختلف از میان بر گوشتی انار بررسی گردید. با استفاده از سبزی خرد کن به مدت 2 دقیقه، متوسط اندازه 1 میلی متر بدست آورده شد.
یافته ها: بهترین ترکیب با کارایی بالا برای جذب (4.85 گرم بر گرم) و انتشار دارو (0.45 گرم بر لیتر) با استفاده از نانوکامپوزیت ترکیبی از پلیمر پلی یورتان با 5 گرم از بخش میان بر گوشتی انار و 1 گرم نانوذرات نقره نشانده شده بدست آورده شد. آنالیز SEM مورفورلوژی و نحوه پراکندگی نانوذرات را در کامپوزیت مشخص کرد. آنالیزهای FTIR و نیز XRD پیک های مختصه ذرات نقره را نشان دادند که نشان دهنده سنتز موفق نانوکامپوزیت از مواد سازگار با محیط زیست می باشد. بررسی دانه بندی نانوذرات نقره نشانده شده بر روی نانوکامپوزیت با استفاده از آنالیزهای تصاویر SEM (متوسط ابعاد حدود 50 نانومتر) و نیز بررسی دانه بندی کریستال ها با استفاده XRD با دانه بندی متوسط حدود 15 نانومتر بدست آورده شد. این موضوع نشان دهنده پخش شدگی مناسب نانوذرات در خمیره کامپوزیت بود که دلیل اصلی کارایی بالای نانوکامپوزیت در جذب و پخش دارو در محیط آبی تشخیص داده شد. دلیل این توزیع دانه بندی ریز و یکنواخت می تواند به دلیل خاصیت میسل سازی خمیره مواد ارگانیکی در فرایند سنتز باشد که با به تله انداختن کریستال های تشکیل شده از رشد بیشتر آن جلوگیری می کند. آنالیز UV-Vis برای اندازه گیری کمی جذب و انتشار دارو استفاده شد. طول موج ماکزیمم جذب سیپروفلوکساسین 270 نانومتر در آنالیز اسپکتوفتومتری UV-Vis بود.

کلیدواژه‌ها

نانوکامپوزیت؛ میان بر گوشتی انار؛ پلی یورتان؛ انتشار دارویی؛ زیست سازگاری

عنوان مقاله [English]

Study on the capacity of medicinal intake and release of the polymeric polyurethane and biological parts of pomegranate fruit nanocomposite

نویسندگان [English]

Peyman Mohammadzadeh Jahani¹؛ Hooshang Hamidian²؛ Ali Behrad Vakylabad³؛ Maedeh Jafari³؛ Samieh Fozuni⁴؛ Hanieh Sharafinejad⁴

¹Assistant professor of the school of medicine, Bam University of medical sciences, Bam, Iran.

²Associate Professor, Department of Chemistry, Payame Noor University (PNU), Kerman, Iran.

³Assistant professor, Department of Materials Science, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran.

⁴MSc graduate, Department of Chemistry, Payame Noor University (PNU), Kerman, Iran.

چکیده [English]

Introduction: Nanocomposites are used in biological research due to their unique properties like non-toxicity and biocompatibility. In this study, a new nanocomposite was prepared using polyurethane polymer, and the meaty middle part of the pomegranate which infixed with nano-silver particles.
Method: The nanocomposites containing polyurethane polymer, meaty shortcut part of pomegranate fruit, silver nanoparticles, and ciprofloxacin (drug) were chemically synthesized. SEM photomicrographs confirmed the presence of spherically dispersed silver nanoparticles. The combination of polyurethane with different weight percentages of pomegranate broiler was studied.
Results: The best performance for drug uptake (4.85 g/g) and release (0.45 g/l) was obtained using a combination of polyurethane polymer with 5 g of pomegranate middling meat, and 1 g of silver nanoparticles (NC3). SEM analysis determined the morphology and dispersion of nanoparticles. FTIR and XRD analysis showed specific peaks (at 2-thetas of 27.01, 38.103, 44.374, 64.541) of silver indicating successful synthesis of the nanocomposites. By studying the particle size distribution (PSD) of silver nanoparticles, SEM image analyses and XRD crystalline size analysis showed that there was a very good match between these two PSDs. This indicates the high dispersion of nanoparticles in composite paste without agglomeration, which was the main reason for the high efficiency of nanocomposite in drug adsorption and dispersion in an aqueous environment. The soluble calibration curve with specified percentages of this drug was used to measure the quantitative dissolution of ciprofloxacin. The maximum wavelength of ciprofloxacin absorption was 270 nm in UV-Vis spectrophotometry analysis.

کلیدواژه‌ها [English]

Nanocomposite, Meaty middling pomegranate, Polyurethane, Pharmaceutical emission, Biocompatibility

مراجع

[1]          Mohammadzadeh Jahani, P., et al., Recycling Silver from Sarcheshmeh Copper Anodic Sludge for Green Synthesis of Silver-Based Nanocomposites. Journal of Mineral Resources Engineering, 2021. 6(2): p. 123-138.

[2]          Jordan, J., et al., Experimental trends in polymer nanocomposites—a review. Materials science and engineering: A, 2005. 393(1-2): p. 1-11.

[3]          Berta, M., et al., Effect of chemical structure on combustion and thermal behaviour of polyurethane elastomer layered silicate nanocomposites. Polymer Degradation and Stability, 2006. 91(5): p. 1179-1191.

[4]          Sanchez, C., et al., Applications of hybrid organic–inorganic nanocomposites. Journal of Materials Chemistry, 2005. 15(35-36): p. 3559-3592.

[5]          Jeong, B., et al., Thermoreversible gelation of poly (ethylene oxide) biodegradable polyester block copolymers. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 1999. 37(6): p. 751-760.

[6]          Chen, T.K., J.Y. Chui, and T.S. Shieh, Glass transition behaviors of a polyurethane hard segment based on 4, 4 ‘-diisocyanatodiphenylmethane and 1, 4-butanediol and the calculation of microdomain composition. Macromolecules, 1997. 30(17): p. 5068-5074.

[7]          Zia, K.M., et al., Molecular engineering of chitin based polyurethane elastomers. Carbohydrate Polymers, 2008. 74(2): p. 149-158.

[8]          Manthiram, A., H.L. Marcus, and D.L. Bourell, Selective laser sintering using nanocomposite materials. 1995, Google Patents.

[9]          Fornes, T., et al., Nylon 6 nanocomposites: the effect of matrix molecular weight. Polymer, 2001. 42(25): p. 09929-09940.

[10]       Jose, A.J., M. Alagar, and A.S. Aprem, Thermal and barrier properties of organoclay-filled polysulfone nanocomposites. International Journal of Polymeric Materials, 2012. 61(7): p. 544-557.

[11]       Gyoo, P.M., S. Venkataramani, and S.C. Kim, Morphology, thermal, and mechanical properties of polyamide 66/clay nanocomposites with epoxy‐modified organoclay. Journal of applied polymer science, 2006. 101(3): p. 1711-1722.

[12]       Erdem, N., A.A. Cireli, and U.H. Erdogan, Flame retardancy behaviors and structural properties of polypropylene/nano‐SiO2 composite textile filaments. Journal of applied polymer science, 2009. 111(4): p. 2085-2091.

[13]       Alexandre, M. and P. Dubois, Polymer-layered silicate nanocomposites: preparation, properties and uses of a new class of materials. Materials science and engineering: R: Reports, 2000. 28(1-2): p. 1-63.

[14]       Merino, S., et al., Nanocomposite hydrogels: 3D polymer–nanoparticle synergies for on-demand drug delivery. ACS nano, 2015. 9(5): p. 4686-4697.

[15]       Xu, H., et al., Polymer encapsulated upconversion nanoparticle/iron oxide nanocomposites for multimodal imaging and magnetic targeted drug delivery. Biomaterials, 2011. 32(35): p. 9364-9373.

[16]       Abd-Rabou, A.A. and H.H. Ahmed, CS-PEG decorated PLGA nano-prototype for delivery of bioactive compounds: A novel approach for induction of apoptosis in HepG2 cell line. Advances in medical sciences, 2017. 62(2): p. 357-367.

[17]       Barikani, M., et al., Preparation and application of chitin and its derivatives: a review. Iranian Polymer Journal, 2014. 23(4): p. 307-326.

[18]       Feldman, D., Poly (Vinyl Alcohol) Recent Contributions to Engineering and Medicine. Journal of Composites Science, 2020. 4(4): p. 175.

[19]       Shirode, A.B., et al., Nanoencapsulation of pomegranate bioactive compounds for breast cancer chemoprevention. International journal of nanomedicine, 2015. 10: p. 475.

[20]       Heber, D., R.N. Schulman, and N.P. Seeram, Pomegranates: ancient roots to modern medicine. 2006: CRC press.

[21]       Benzie, I.F. and S. Wachtel-Galor, Herbal medicine: biomolecular and clinical aspects. 2011.

[22]       Gil, M.I., et al., Antioxidant activity of pomegranate juice and its relationship with phenolic composition and processing. Journal of Agricultural and Food chemistry, 2000. 48(10): p. 4581-4589.

[23]       Seeram, N., et al., Rapid large scale purification of ellagitannins from pomegranate husk, a by-product of the commercial juice industry. Separation and purification technology, 2005. 41(1): p. 49-55.

[24]       Larrosa, M., et al., Ellagitannins, ellagic acid and vascular health. Molecular aspects of medicine, 2010. 31(6): p. 513-539.

[25]       Mohseni, M.S., et al., Green synthesis of Ag nanoparticles from pomegranate seeds extract and synthesis of Ag-Starch nanocomposite and characterization of mechanical properties of the films. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2020. 25: p. 101569.

[26]       Ibraheem, D.R., et al., Ciprofloxacin-Loaded Silver Nanoparticles as Potent Nano-Antibiotics against Resistant Pathogenic Bacteria. Nanomaterials, 2022. 12(16): p. 2808.

[27]       Ganjouzadeh, F., S. Khorrami, and S. Gharbi, Controlled cytotoxicity of Ag-GO nanocomposite biosynthesized using black peel pomegranate extract against MCF-7 cell line. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 2022. 71: p. 103340.

[28]       Amjad, A., A. Anjang Ab Rahman, and M.S.Z. Abidin, Effect of nanofillers on mechanical and water absorption properties of alkaline treated jute fiber reinforced epoxy bio nanocomposites. Journal of Natural Fibers, 2022: p. 1-17.

[29]       Zafar, N., et al., Moringa concanensis-Mediated Synthesis and Characterizations of Ciprofloxacin Encapsulated into Ag/TiO2/Fe2O3/CS Nanocomposite: A Therapeutic Solution against Multidrug Resistant E. coli Strains of Livestock Infectious Diseases. Pharmaceutics, 2022. 14(8): p. 1719.

[30]       Asadi, S., et al., Ciprofloxacin-Loaded Titanium Nanotubes Coated with Chitosan: A Promising Formulation with Sustained Release and Enhanced Antibacterial Properties. Pharmaceutics, 2022. 14(7): p. 1359.

[31]       Badinezhad, M., M. Soleimani, and S. Jafari, Stimuli responsive nano-composite co-delivery of Doxorubicin and ciprofloxacin using HPLC-UV combined spectroscopy methods. Materials Today Communications, 2022. 30: p. 103128.

[32]       Rami, M.R., et al., Synthesis of magnetic bio-nanocomposites for drug release and adsorption applications. South African Journal of Chemical Engineering, 2022. 42: p. 115-126.

[33]       Shariatinia, Z. and M. Ziba, Smart pH-responsive drug release systems based on functionalized chitosan nanocomposite hydrogels. Surfaces and Interfaces, 2022. 29: p. 101739.

[34]       Amjad, A., et al., Effect of nanofillers on mechanical and water absorption properties of alkaline treated flax/PLA fibre reinforced epoxy hybrid nanocomposites. Advanced composite materials, 2022. 31(4): p. 351-369.

[35]       Beygi, M., et al., Mechanical and Thermal Expansion Properties of Wood-PVC/LDPE Nanocomposite. Fibers and Polymers, 2022: p. 1-8.

[36]       Slowing, I.I., et al., Mesoporous silica nanoparticles as controlled release drug delivery and gene transfection carriers. Advanced drug delivery reviews, 2008. 60(11): p. 1278-1288.

[37]       Khan, Y.A., et al., Chitosan-alginate hydrogels for simultaneous and sustained releases of ciprofloxacin, amoxicillin and vancomycin for combination therapy. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 2021. 61: p. 102126.

[38]       Orsu, P. and S. Matta, Fabrication and characterization of carboxymethyl guar gum nanocomposite for application of wound healing. International Journal of Biological Macromolecules, 2020. 164: p. 2267-2276.

[39]       Zafar, N., et al., Synthesis and characterization of potent and safe ciprofloxacin-loaded Ag/TiO2/CS nanohybrid against mastitis causing E. coli. Crystals, 2021. 11(3): p. 319.

[40]       Singh, J., S. Kumar, and A.S. Dhaliwal, Controlled release of amoxicillin and antioxidant potential of gold nanoparticles-xanthan gum/poly (Acrylic acid) biodegradable nanocomposite. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 2020. 55: p. 101384.