Kasutaja:AnettV/Metall-fenoolne võrgustik

Allikas: Vikipeedia

Metall-fenoolne võrgustik[muuda | muuda lähteteksti]

Fe-TA@Au nanoosakesed (TEM)

Metall-fenoolne võrgustik (ing. kl metal phenolic network)  ehk MPN on supramolekulaarne hübriidvõrk, mis koosneb polüfenoolist ja metalliioonidest. Polüfenoolil ja metalliioonid moodustavad sünergilise toime. Metall-fenoolseid võrgustikke saab sünteesida mitmesugusteks vormideks, nagu nanoosakesed, kapslid ja hüdrogeelid.[1][2][3] Tänapäeval on MPN sageli kasutatav oma tööpõhimõtte ja omaduste tõttu. MPN tööpõhimõte on keskkonnas olevad metallioonid siduda vabade hüdroksüülrühmade abil, vähendades metallioonidest tingitud ROS-i (ing. kl reactive oxygen species) ning tagab mikrokeskkonna homöastaasi.[1][2] MPN-id on biomeditsiinis laialdaselt kasutatavad: antibakteriaalne, soodustab kudede regenereerimist, fotodermiline efekt.[4] Lisaks kasutatakse MPN-e, et siduda heitvees olevaid raskmetalle, vähendades seega raskemetallide toksilise koguse jõudmist loodusesse.[5]

MPN (polüfenoolid+metalliioonid)[muuda | muuda lähteteksti]

Polüfenoolid[muuda | muuda lähteteksti]

Polüfenoole leidub rohkesti taimedes (peamiselt puuviljades, köögiviljades). Polüfenoolide keemilised struktuurid on keerulised, kuid sellele vaatamata on identifitseeritud umbes 8000 polüfenooli. Polüfenoolid sisaldavad ühte või mitut aromaatsest tsüklist, kuhu on seondunud üks või mitu hüdroksüülrühma, tagades ühendite bioloogilise aktiivsuse. Hüdroksüülrühmad võivad reageerida nii orgaaniliste kui ka anorgaaniliste ühenditega. Polüfenoolid saab klassifitseerida viite põhikategooriasse: stilbeenid, flavonoidid, fenoolhapped, lignaanid ja teised. Polüfenoolide mitmekesine struktuur annab neile erinevad omadused nagu põletikuvastane, diabeedivastane, hemostaatilised ning antioksüdantsed.[6] Kõige rohkem on uuritud polüfenoolide antimikroobseid toimemehhanisme: bakterirakuga membraaniga seondumine, vähendab biokile tekkimise võimalust ning inhibeerivad bakterite ensüüme.[7]

Üks sagedamini kasutatav polüfenool on tanniinhappe ehk TA. Uuringud on näidanud, et tanniinhappe kõrge kontsentratsioon Staphylococcus aureuse (S. aureus) ja Escherichia coli (E. coli) vastu vähendab bakterite jõudlust  ja pikendab antibakteriaalne toime kestust.[7] Tanniinhappe sisaldab digallushapperühmi, mis tekitavad E. coli, Pseudomonas aeruginosa, S. aureus'e bakterirakkude membraanis pöördumatuid muutusi nagu membraani hüdrofoobsuses, väheneb elektrilaengu negatiivsus, toimub membraani rebenemine/perforatsioon. Kõik need muutused võivad viia bakterirakku hukkumisel, kuna puudub kaitsebarjäär.[6][7] Teised sagedasti kasutatavad polüfenoolid on näiteks tee polüfenool (TP) ja kohvhape (CA).[6]

Metalliioonid[muuda | muuda lähteteksti]

Erinevatel metallidel on antimikroobsed omadused. Metallidest eralduvad metalliioonid, mis on antimikroobse toimega.[8] Hõbedat (Ag) kasutatakse madalatel kontsentratsioonidel, kuna on äärmiselt mürgised. Väärismetallid annavad nii antimikroobset, bakterisiidset kui ka fototermilist toimet.[9] Siirdemetallid nagu Fe3+ ja Ca2+ on laia antibakteriaalse toimega. Nimetatud siirdemetallid tagavad inimorganismis füsioloogilist rolli, mikroelemendid. Hemoglobiinis leidub rauda, oluline ehitusmaterjal vereloomesüsteemis.[10] 99% keha kaltsiumist esineb luude ja hammaste koostises.[11] Metalliioonidel on erinevad antimikroobsed mehhanismid nagu bakteriraku membraani kahjustamine, seondumine valkude, peptiidide ja muude ainetega, mõjutades nende funktsiooni.[12]

MPN vormid[muuda | muuda lähteteksti]

MPN nanoosakesed[muuda | muuda lähteteksti]

Mitmesuguseid MPN nanoosakesi saab lihtsa üheetapilise protseduuri (ing. kl one-step assembly) abil sünteesida. Levinumad on hõbeioonid, mida tihti kasutatakse MPN nanoosakestes, kuna on stabiilsed ja tõhusad antioksüdandid. Lisaks avaldavad hõbeioonid tõhusat antibakteriaalset toimet näiteks S. aureuse ja E. coli vastu.[13] Teadlased leidsid, et moodustades liitnanoosakesi nagu tanniinhappe ja raua ioonid tärklise nanoosakestel annavad efektiivset antibakteriaalset ja antioksüdantset toimet. Uuringus selgus, et nanoosakesed on pH-tundlikud, madala pH-tasemetel metalliioonid vabanevad.[14]

MPN kapslid[muuda | muuda lähteteksti]

MPN kapslid annavad mitmeid omadusi nagu selektiivne läbilaskvus, mehaaniline/terminaalne stabiilsus, membraani paksus, reageerimisvõime erinevatele stiimulitele.[15][16] MPN-kapsleid saadakse MPN-katte sadestamise teel malli pinnale. Hiljem eemaldatakse substraat mallilt.[1] TA ja Fe3+ sadestamine mallidele annab erineva kujuga MPN kapsleid (lamedad, sfäärilised, ellipsoidsed). TA ja Fe3+ suhte kogus mõjutab kapsli või kile paksust. MPN-kapsli värvus on mõjutatud pH-st (pH <2 värvitu, pH < 6 sinine, pH >7 punane).[17]

MPN hüdrogeel[muuda | muuda lähteteksti]

MPN hüdrogeelid on 3D- võrgustikuga geelid, mis seonduvad polüfenoolste hüdroksüülstruktuuridega teiste ainetega, näiteks metallioonidega.[3] Hüdrogeelide valmistamisel kasutatakse sageli TA, mis tagab sobiva geeli moodustamise.[4] Otsest MPN-geeli saab valmistada, kui lisada TA ning Ti4+ õiges koguses  N, N-dimetüülformamiidi (DMF), N-metüül-2-pürrolidooni (NMP) ja vesilahuse segusse. Ainult IVB metalliioonide puhul on täheldatud otsest in situ geelistumist.[18] Ti4+ kasutatakse sageli farmatseutiliste koostisosade (API) eesmärkidel kristallisatsioonikeskkonnana. Geel-API kristalsetel kooslustel on suur potentsiaal ravimikandajana.[19] MPN-geelidel on hea biosobivus ja in vivo madal immonogeensus.[20]

MPN tuvastamise meetodid[muuda | muuda lähteteksti]

MPN morfoloogia hindamiseks kasutatakse transmisssioonelektonmikroskoopiat (TEM). Nannoosakeste hüdrodünaamilise ja ζ-potentsiaali hindamiseks kasutatakse Zeta-sizerit (Malvern Instruments Ltd.). Metalliioonide ja polüfenoolide vahelist interaktsiooni tuvastatakse UV/ Vis absorptsioonspektrofotomeetria, Fourier' transformatsiooni infrapunaspektrofotomeetria (FT-IR) ja Ramani spektroskoopia abil.[2]

Kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

Meditsiinivaldkond[muuda | muuda lähteteksti]

Tervishoiusüsteemis kasutatakse laialdaselt metall fenoolse võrgustiku matalliioonina hõbedat, kuna pakub nii antibakteriaalset, seenevastast ja viiruslikku toimet. Hõbeioone kasutatakse biomaterjalides, kuna on antibakteriaalse toimega nii gram-positiivsetele kui ka gram-negatiivsetele bakteritele (Staphylococcus aureus, Escherichia coli), aga multiresistentsetele bakterile nagu metitsilliinresistentne Staphylococcus aureus (MRSA).[13] Uuringud on näidanud, et MPN-komposiitidel on fototermilised omadused, kus bakterid surmatakse mitteinvasiivselt, bakterite membraan kahjustub, kuna valguse energia muundatakse soojuseks. Sünteesiti hüdrogeel, mis sisaldas katehhooli ja Fe3+ vahelist koordinatsiooni, lisaks pöörduvaid imiinsidemeid. Lähiinfrapunaspektroskoopia abil  (lainepikkusel 808 nm) tuvastati, et hüdrogeelil on fototermiline antimikroobne toime (inhibeeris baktereid 1,4 W cm-2) kiiritusajaga 5-10 minutit. MPN hüdrogeeli saab tulevikus kasutada alternatiivmeetodina, et  asendada antibiootikume.[21]

Ökotoksikoloogia[muuda | muuda lähteteksti]

MPN erinevate membraanide kasulikkust on täheldatud ka veepuhtuse saavutamisel, mida tavalised veehoidlad ei suuda saavutada. Veehoidlates kasutatavad membraanid ei suuda õlist  reovett eemaldada. Teadlased sünteesisid membraani hüdrofiilsuse parandamiseks kõrge hüdrofiilsusega TA-Fe3+-PEI/PVP modifitseeritud membraani, millel on parem saastumisvastane jõudlus.[22] Uuringud on näidanud, et värviõli-vee segude eralduskiirust parandab oluliselt RGO/PDA/Bi12O17Cl2-TiO2 komposiitmembraan ning lisades LDH ja g-C3N4 fotokatalüsaatoreid suureneb värvaine lagunemine.[23] MPN-id sisaldavad metallioone, mis mõjutavad raskemetallide kontsentratsiooni vees. Näiteks võivad MPN membraani pinna positiivse laengu PEI ja GA koossadestamine aidata membraani poorsel osal filtreerida reoveest metalliioone. [24]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Guo, Junling; Ping, Yuan; Ejima, Hirotaka; Alt, Karen; Meissner, Mirko; Richardson, Joseph J.; Yan, Yan; Peter, Karlheinz; von Elverfeldt, Dominik; Hagemeyer, Christoph E.; Caruso, Frank (26. mai 2014). "Engineering Multifunctional Capsules through the Assembly of Metal–Phenolic Networks". Angewandte Chemie International Edition (inglise). 53 (22): 5546–5551. DOI:10.1002/anie.201311136. ISSN 1433-7851.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Pucci, Carlotta; Martinelli, Chiara; De Pasquale, Daniele; Battaglini, Matteo; di Leo, Nicoletta; Degl’Innocenti, Andrea; Belenli Gümüş, Melike; Drago, Filippo; Ciofani, Gianni (13. aprill 2022). "Tannic Acid–Iron Complex-Based Nanoparticles as a Novel Tool against Oxidative Stress". ACS Applied Materials & Interfaces (inglise). 14 (14): 15927–15941. DOI:10.1021/acsami.1c24576. ISSN 1944-8244. PMC 9011352. PMID 35352893.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  3. ↑ 3,0 3,1 Qiu, Yong; Park, Kinam (31. detsember 2001). "Environment-sensitive hydrogels for drug delivery". Advanced Drug Delivery Reviews (inglise). 53 (3): 321–339. DOI:10.1016/S0169-409X(01)00203-4.
  4. ↑ 4,0 4,1 Xu, Wanjun; Lin, Zhixing; Pan, Shuaijun; Chen, Jingqu; Wang, Tianzheng; Cortez‐Jugo, Christina; Caruso, Frank (6. november 2023). "Direct Assembly of Metal‐Phenolic Network Nanoparticles for Biomedical Applications". Angewandte Chemie International Edition (inglise). 62 (45). DOI:10.1002/anie.202312925. ISSN 1433-7851.
  5. ↑ Wen, Yajie; Yang, Xiaobin; Li, Yangxue; Yan, Linlin; Zhao, Yuanyuan; Shao, Lu (1. september 2023). "Progress reports of metal-phenolic network engineered membranes for water treatment". Separation and Purification Technology. 320: 124225. DOI:10.1016/j.seppur.2023.124225. ISSN 1383-5866.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 Li, Wei; Chen, Haihong; Xu, Bing; Wang, Yi; Zhang, Canyang; Cao, Yong; Xing, Xinhui (1. detsember 2023). "Research progress on classification, sources and functions of dietary polyphenols for prevention and treatment of chronic diseases". Journal of Future Foods. 3 (4): 289–305. DOI:10.1016/j.jfutfo.2023.03.001. ISSN 2772-5669.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Borges, Anabela; Ferreira, Carla; Saavedra, Maria J.; Simões, Manuel (25. juuli 2013). "Antibacterial Activity and Mode of Action of Ferulic and Gallic Acids Against Pathogenic Bacteria". Microbial Drug Resistance (inglise). 19 (4): 256–265. DOI:10.1089/mdr.2012.0244. ISSN 1076-6294.
  8. ↑ Gao, Xinghui; Wang, Qian; Ren, Lulu; Gong, Pei; He, Min; Tian, Weidong; Zhao, Weifeng (15. detsember 2021). "Metal-phenolic networks as a novel filler to advance multi-functional immunomodulatory biocomposites". Chemical Engineering Journal (inglise). 426: 131825. DOI:10.1016/j.cej.2021.131825.
  9. ↑ Kim, Taeho; Zhang, Qiangzhe; Li, Jin; Zhang, Liangfang; Jokerst, Jesse V. (26. juuni 2018). "A Gold/Silver Hybrid Nanoparticle for Treatment and Photoacoustic Imaging of Bacterial Infection". ACS Nano (inglise). 12 (6): 5615–5625. DOI:10.1021/acsnano.8b01362. ISSN 1936-0851. PMC 8045556. PMID 29746090.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  10. ↑ Lemire, Joseph A.; Harrison, Joe J.; Turner, Raymond J. (13. mai 2013). "Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications". Nature Reviews Microbiology (inglise). 11 (6): 371–384. DOI:10.1038/nrmicro3028. ISSN 1740-1526.
  11. ↑ Li, Kelvin; Wang, Xia-Fang; Li, Ding-You; Chen, Yuan-Cheng; Zhao, Lan-Juan; Liu, Xiao-Gang; Guo, Yan-Fang; Shen, Jie; Lin, Xu; Deng, Jeffrey; Zhou, Rou; Deng, Hong-Wen (28. november 2018). "The good, the bad, and the ugly of calcium supplementation: a review of calcium intake on human health". Clinical Interventions in Aging (English). 13: 2443–2452. DOI:10.2147/CIA.S157523. PMC 6276611. PMID 30568435.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  12. ↑ Yougbaré, Sibidou; Mutalik, Chinmaya; Okoro, Goodluck; Lin, I.-Hsin; Krisnawati, Dyah Ika; Jazidie, Achmad; Nuh, Mohammad; Chang, Che-Chang; Kuo, Tsung-Rong (26. august 2021). "Emerging Trends in Nanomaterials for Antibacterial Applications". International Journal of Nanomedicine (English). 16: 5831–5867. DOI:10.2147/IJN.S328767. PMC 8405884. PMID 34475754.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link) CS1 hooldus: tundmatu keel (link)
  13. ↑ 13,0 13,1 Zhang, Xi-Feng; Liu, Zhi-Guo; Shen, Wei; Gurunathan, Sangiliyandi (13. september 2016). "Silver Nanoparticles: Synthesis, Characterization, Properties, Applications, and Therapeutic Approaches". International Journal of Molecular Sciences (inglise). 17 (9): 1534. DOI:10.3390/ijms17091534. ISSN 1422-0067. PMC 5037809. PMID 27649147.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  14. ↑ Qin, Yang; Wang, Jinpeng; Qiu, Chao; Hu, Yao; Xu, Xueming; Jin, Zhengyu (21. oktoober 2019). "Self-Assembly of Metal–Phenolic Networks as Functional Coatings for Preparation of Antioxidant, Antimicrobial, and pH-Sensitive-Modified Starch Nanoparticles". ACS Sustainable Chemistry & Engineering (inglise). 7 (20): 17379–17389. DOI:10.1021/acssuschemeng.9b04332. ISSN 2168-0485.
  15. ↑ Ping, Yuan; Guo, Junling; Ejima, Hirotaka; Chen, Xi; Richardson, Joseph J.; Sun, Huanli; Caruso, Frank (3. jaanuar 2015). "pH-Responsive Capsules Engineered from Metal-Phenolic Networks for Anticancer Drug Delivery". Small (inglise). 11 (17): 2032–2036. DOI:10.1002/smll.201403343.
  16. ↑ Rahim, Md. Arifur; Ejima, Hirotaka; Cho, Kwun Lun; Kempe, Kristian; Müllner, Markus; Best, James P.; Caruso, Frank (25. veebruar 2014). "Coordination-Driven Multistep Assembly of Metal–Polyphenol Films and Capsules". Chemistry of Materials (inglise). 26 (4): 1645–1653. DOI:10.1021/cm403903m. ISSN 0897-4756.
  17. ↑ Ejima, Hirotaka; Richardson, Joseph J.; Liang, Kang; Best, James P.; van Koeverden, Martin P.; Such, Georgina K.; Cui, Jiwei; Caruso, Frank (12. juuli 2013). "One-Step Assembly of Coordination Complexes for Versatile Film and Particle Engineering". Science (inglise). 341 (6142): 154–157. DOI:10.1126/science.1237265. ISSN 0036-8075.
  18. ↑ Rahim, Md. Arifur; Björnmalm, Mattias; Suma, Tomoya; Faria, Matthew; Ju, Yi; Kempe, Kristian; Müllner, Markus; Ejima, Hirotaka; Stickland, Anthony D.; Caruso, Frank (24. oktoober 2016). "Metal–Phenolic Supramolecular Gelation". Angewandte Chemie International Edition (inglise). 55 (44): 13803–13807. DOI:10.1002/anie.201608413. ISSN 1433-7851.
  19. ↑ Rahim, Md. Arifur; Hata, Yuuki; Björnmalm, Mattias; Ju, Yi; Caruso, Frank (28. mai 2018). "Supramolecular Metal–Phenolic Gels for the Crystallization of Active Pharmaceutical Ingredients". Small (inglise). 14 (26). DOI:10.1002/smll.201801202. ISSN 1613-6810.
  20. ↑ Björnmalm, Mattias; Wong, Lok Man; Wojciechowski, Jonathan P.; Penders, Jelle; Horgan, Conor C.; Booth, Marsilea A.; Martin, Nicholas G.; Sattler, Susanne; Stevens, Molly M. (2019). "In vivo biocompatibility and immunogenicity of metal–phenolic gelation". Chemical Science (inglise). 10 (43): 10179–10194. DOI:10.1039/C9SC03325D. ISSN 2041-6520. PMC 6837883. PMID 31700596.{{ajakirjaviide}}: CS1 hooldus: PMC vormistus (link)
  21. ↑ Liang, Yuqing; Li, Zhenlong; Huang, Ying; Yu, Rui; Guo, Baolin (27. aprill 2021). "Dual-Dynamic-Bond Cross-Linked Antibacterial Adhesive Hydrogel Sealants with On-Demand Removability for Post-Wound-Closure and Infected Wound Healing". ACS Nano (inglise). 15 (4): 7078–7093. DOI:10.1021/acsnano.1c00204. ISSN 1936-0851.
  22. ↑ Wu, Junhui; Wang, Zhi; Yan, Wentao; Wang, Yao; Wang, Jixiao; Wang, Shichang (15. detsember 2015). "Improving the hydrophilicity and fouling resistance of RO membranes by surface immobilization of PVP based on a metal-polyphenol precursor layer". Journal of Membrane Science (inglise). 496: 58–69. DOI:10.1016/j.memsci.2015.08.044.
  23. ↑ Yu, Zongxue; Feng, XiaoFang; Min, Xia; Li, XiuHui; Shao, LiangYan; Zeng, HaoJie (12. september 2019). "RGO/PDA/Bi12O17Cl2–TiO2 composite membranes based on Bi12O17Cl2–TiO2 heterojunctions with excellent photocatalytic activity for photocatalytic dyes degradation and oil–water separation". Journal of Materials Science: Materials in Electronics (inglise). 30 (19): 18246–18258. DOI:10.1007/s10854-019-02179-y. ISSN 0957-4522.
  24. ↑ Xu, Shu; Lu, Dongwei; Qi, Jingyao; Wang, Panpan; Zhao, Yumeng; Zhang, Hui; Ma, Jun (15. aprill 2021). "Gravity-driven multifunctional microporous membranes for household water treatment: Simultaneous pathogenic disinfection, metal recycling, and biofouling mitigation". Chemical Engineering Journal (inglise). 410: 128289. DOI:10.1016/j.cej.2020.128289.
Pärit leheküljelt "https://et.wikipedia.org/w/index.php?title=Kasutaja:AnettV/Metall-fenoolne_võrgustik&oldid=6573086"