Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Химия. Биология. Экология

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)

Для цитирования:

Руденко Д. А., Браташов Д. Н., Шиповская А. Б. Изучение поверхности пленок хитозана и его солей с органическими кислотами методом атомно-силовой микроскопии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 4. С. 387-394. DOI: 10.18500/1816-9775-2020-20-4-387-394

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 255)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Химия
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
547.458:537.9+539.211
DOI: 
10.18500/1816-9775-2020-20-4-387-394

Изучение поверхности пленок хитозана и его солей с органическими кислотами методом атомно-силовой микроскопии

Авторы: 
Руденко Дарья Андреевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Браташов Даниил Николаевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Шиповская Анна Борисовна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Приведены результаты исследования морфологии и рельефа поверхности плёнок хитозана солевой (С-) и основной (О-) химической формы методом атомно-силовой микроскопии. Пленки формировали из раствора полимера в уксусной, молочной, лимонной и янтарной кислотах. Для проведения химической реакции соль>основание хитозана использовали NaOH и триэтаноламин. Получены томограммы поверхности, определены основные морфологические характеристики и параметры шероховатости пленочных образцов. Установлено, что морфология, степень упорядоченности, среднеквадратичная шероховатость и высота неровностей поверхностного рельефа определяются химической формой полимера, природой используемой кислоты и реагентом реакции полимераналогичного превращения. Поверхность пленок хитозана С-формы характеризуется фибриллярным структурным упорядочением (для сукцината хитозана – еще и дендритообразованием), О-формы – глобулярным. Наименьший размер поверхностных надмолекулярных элементов реализуется для пленок хитозана С-формы, а наибольшая шероховатость – для пленок хитозана О-формы. Варьирование реагента химической реакции С>О-форма хитозана не влияет на морфологические характеристики пленок, однако отражается на шероховатости микрорельефа. Формирование более однородной основной пленки хитозана реализуется в среде органического основания. Высказано предположение, что формирование фибриллярных надмолекулярных структур обусловлено разворачиванием и распрямлением макроцепей вследствие отталкивания одноименно заряженных мономерных звеньев, глобулярных – сворачиванием и уплотнением макроклубков после нейтрализации совокупного заряда макроцепи.

Ключевые слова: 
хитозан
пленки
атомно-силовая микроскопия
морфология поверхности
параметры шероховатости
Список источников: 
  1. Сливкин Д. А., Лапенко В. Л., Сафонова О. А., Суслина С. Н., Беленова А. С. Хитозан для фармации и медицины // Вестн. ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2011. № 2. C. 214–232.
  2. Dutta P. K., Tripathi S., Mehrotra G. K., Dutta J. Perspectives for chitosan based antimicrobial fi lms in food applications // Food Chemistry. 2009. Vol. 114, № 4. P. 1173–1182.
  3. Muthusankar E., Ragupathy D. Chitosan Based Nanocomposite Biosensors: A Recent Review // Sensor Letters. 2018. Vol. 16, № 2. Р. 81–91.
  4. ЧудиноваЮ. В., Коновалова М. В., Ильина А. В., Варламов В. П. Влияние физико-химических характеристик хитозана на структуру тонких пленок // Изв. УНЦ РАН. 2016. № 3. С. 103–106.
  5. Жуйкова Ю. В. Пути формирования и молекулярная структура тонких пленок на основе природных полисахаридов : дис. ... канд. биол. наук. М., 2018. 162 с.
  6. Zhong Y., Zhuang C., Gu W., Zhao Y. Effect of molecular weight on the properties of chitosan fi lms prepared using electrostatic spraying technique // Corb. Pol. 2019. Vol. 212. P. 197–205.
  7. Zhuang C., Zhong Y., Zhao Y. Effect of deacetylation degree on properties of Chitosan fi lms using electrostatic spraying technique // Food Control. 2019. Vol. 97. P. 25–31.
  8. Wang Z., Fei S., Kong W., Xiao Q., Zhu J. Effects of metal ions on the self-assembly of chitosan molecules investigated with atomic force microscopy // Intern. J. of Food Properties. 2018. Vol. 21, № 1. P. 1986–1994.
  9. Lewandowska K., Sionkowska A., Kaczmarek B., Furtos G. Characterization of chitosan composites with various clays // Intern. J. Biol. Macromol. 2014. Vol. 65. P. 534–541.
  10. Li J., Zivanovic S., Davidson P. M., Kit K. Production and characterization of thick, thin and ultra-thin chitosan/PEO fi lms // Corb. Pol. 2011. Vol. 83, № 2. P. 375–382.
  11. Ferreira A. S., Nunes C., Castro A., Ferreira P., Coimbra M. A. Infl uence of grape pomace extract incorporation on chitosan fi lms properties // Corb. Pol. 2014. Vol. 113. P. 490–499.
  12. Kara F., Aksoy E. A., Yuksekdag Z., Hasirci N., Aksoy S. Synthesis and surface modifi cation of polyurethanes with chitosan forantibacterial properties // Corb. Pol. 2014. Vol. 112. P. 39–47.
  13. Ko Y. G., Yu S. M., Park S. J. Chun H. J., Kim C. H. Characterization of surface properties and cytocompatibility of ionetched chitosan fi lms // Langmuir. 2012. Vol. 28, № 18. Р. 7223?7232.
  14. Karakecili A. G., Satriano C., Gumusderelioglu M., Marletta G. Surface characteristics of ionically crosslinked chitosan membranes // J. Appl. Surf. Sci. 2007. Vol. 106. Р. 3884–3888.
  15. Arzate-Vбzquez I., Chanona-Pйrez J. J., CalderуnDomнnguez G., Terres-Rojas E., Garibay-Febles V., Martнnez-Rivas A., Gutiйrrez-Lуpez G. F. Microstructural characterization of chitosan and alginate fi lms by microscopy techniques and texture image analysis // Carbohydr. Polym. 2012. Vol. 87, № 1. Р. 289–299.
  16. Lei J., Yang L., Zhan Y., Wang Y., Ye T., Li Y., Deng H., Li B. Polyethylene terephthalate/polypropylene fi lmsassembled with chitosan and various preservatives for antimicrobialfood packaging // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. Vol. 114. Р. 60–66.
  17. Morgado D. L., Frollini E., Castellan A., Rosa D. S., Coma V. Biobased fi lms prepared from NaOH/thiourea aqueous solution of chitosan and linter cellulose // Cellulose. 2011. Vol. 18, № 3. Р. 699–712.
  18. Mathew S., Abraham T. E. Characterisation of ferulic acid incorporated starch–chitosan blend fi lms // Food Hydrocoll. 2008. Vol. 22. Р. 826–835.
  19. Zheng Z., Zhang L., Kong L., Wang A., Gong Y., Zhang X. The behavior of MC3T3-E1 cells on chitosan/poly-L-lysine composite fi lms: Effect of nanotopography, surface chemistry, and wettability // J. Biomed. Mater. Res. A. 2008. Vol. 89, № 2. Р. 453–465.
  20. Lewandowska K. Surface studies of microcrystalline chitosan/poly(vinyl alcohol) mixtures // Appl. Surf. Sci. 2012. Vol. 263, № 15. Р. 115–123.
  21. Xu H., Ma L., Shi H., Gao C., Han G. Chitosan-hyaluronic acid hybrid fi lm as a novel wound dressing: in vitro and in vivo studies // Polym. Adv. Technol. 2007. Vol. 18. Р. 869–875.
  22. Yan X.-L., Khor E., Lim L.-Y. Chitosan-Alginate Films Prepared with Chitosans of Different Molecular Weights // J. Biomed. Mater. Res. 2001. Vol. 58, № 4. Р. 358–365.
  23. Mazaheri M., Akhavan O., Simchi A. Flexible bactericidal graphene oxide–chitosan layers for stemcell proliferation // Appl. Surf. Sci. 2014. Vol. 301. Р. 456–462.
  24. Xu Y., Ren X., Hanna M. A. Chitosan/clay nanocomposite fi lm preparation and characterization // J. Appl. Surf. Sci. 2006. Vol. 99. Р. 1684–1691.
  25. Wang S., Jing Y. Effects of formation and penetration properties of biodegradable montmorillonite/chitosan nanocomposite fi lm on the barrier of package paper // Appl. Clay Sci. 2017. Vol. 138. Р. 74–80.
  26. Cardenas G., Anaya P., Rio R. D., Schrebler R., Plessing C., Schneider M. Scanning electron microscopy and atomic force microscopy of chitosan composite fi lms // J. Chil. Chem. Soc. 2010. Vol. 55, № 3. P. 352–358.
  27. Богомолова Т. Б., Козлова Н. В., Чвалун С. Н. Модификация хитозана прививкой гликолевой кислоты с ее последующей поликонденсацией в процессе термообработки // Высокомол. соед. Б. 2009. Т. 51, № 9. С. 1695–1703.
  28. Ghosh A., Ali M. A. Studies on physicochemical characteristics of chitosan derivatives with dicarboxylic acids // J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47. Р. 1196–1204.
  29. Necas D., Klapetek P. Gwyddion: an open-source software for SPM data analysis // Cent. Eur. J. Phys. 2012. Vol. 10, № 1. Р. 181–188.
  30. Аксенова Н. А., Тимофеева В. А., Роговина С. З., Тимашев П. С., Глаголев Н. Н., Соловьева А. Б. Особенности фотокаталитических свойств и структуры порфиринсодержащих систем на основе хитозана // Высокомол. соед. Б. 2010. Т. 52, № 2. С. 314–320.
  31. Шаталова О. В., Аксенова Н. А., Соловьева А. Б., Кривандин А. В., РоговинаС. З., Сидохин Ф. А. Особенности кристаллизации хитозана с различной молекулярной массой и его смесей с плюроником F-127 по данным атомно-силовой микроскопии и рентгеновской дифракции // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2011. № 5. С. 50–56.
  32. Федосеева Е. Н., Федосеев В. Б. Взаимодействие хитозана и бензойной кислоты в растворе и пленках // Высокомол. соед. А. 2011. Т. 53, № 11. С. 1900–1907.
Поступила в редакцию: 
30.11.2020