Synthesis and Characterization of Hybrid Chitosan/magnetite Nanocomposite Fluid

Abstract

Метою даної роботи є розробка простого, дешевого і відтворюваного методу синтезу стабільних нанокомпозитних магнітних рідин хітозан/магнетит з розміром частинок менше 100 нм і дослідження деяких їхніх фізико-хімічних властивостей. В результаті проведених досліджень розроблено метод синтезу поліфункціональних гібридних нанокомпозитних магнітних рідин складу хітозан/магнетит/ олеат натрію з багаторівневою архітектурою. Для структурної характеризації отриманих магнітних нанорідин були використані методи малокутового розсіяння нейтронів, інфрачервоної Фур'є-спектро-скопії та просвічуючої електронної мікроскопії. Методом малокутового розсіяння нейтронів встановлено формування агрегатів в магнітних рідинах. Сигнал розсіювання від фрактальних частинок був отриманий одночасно з сигналом малокутового розсіяння нейтронів для полідисперсних сферичних частинок в вивчаємих рідких системах. Запропоновано механізм взаємодії олеату натрію з хітозаном в системі хітозан/магнетит/олеат натрію. Показано, що зв'язок магнетиту/олеату натрію з хітозаном можна пояснити електростатичною взаємодією між позитивно зарядженою молекулою хітозану і негативно зарядженим покриттям з олеату натрію на поверхні магнетиту. Сильна електростатична взаємодія також призводить до переносу протона з олеїнової кислоти в хітозан, створюючи таким чином стабільний комплекс. Синтезований нанокомпозит може бути використаний для адресної доставки ліків і осадження ліків в клітинах і органах-мішенях, для діагностики і терапії захворювань на клітинному рівні.

The purpose of this work is to develop a simple, cheap and reproducible method for the synthesis of stable magnetic fluid nanocomposite chitosan/magnetite with particle size less than 100 nm and to study some of its physical and chemical properties. As a result, the method of synthesis of polyfunctional hybrid magnetic liquid nanocomposite chitosan/magnetite/sodium oleate with multilevel architecture was developed. With methods of small-angle neutron scattering, infrared Fourier spectroscopy, and transmission electron microscopy the structural characterization of the obtained magnetic nanofluids was performed. The formation of aggregates in magnetic fluids is established based on results from small-angle neutron scattering. The scattering signal from fractal particles was obtained simultaneously with the signal of small-angle neutron scattering for polydispersed spherical particles in the studied liquid systems. The mechanism of interaction of sodium oleate with chitosan in the system of chitosan/magnetite/sodium oleate is proposed. It has been shown that the binding between magnetite/sodium oleate and chitosan can be explained by the electrostatic interaction between a positively charged chitosan molecule and negatively charged coating of sodium oleate on the surface of magnetite. Strong electrostatic interaction also leads to the proton transfer from oleic acid to chitosan, thus creating a stable complex. The synthesized nanocomposite can be potentially used for targeted drug delivery and deposition of drugs in target cells and organs, for the diagnostics and therapy of diseases at the cellular level.