نانوکامپوزیت نانوفیبر سلولز/سیلیکا: تهیه، شناسایی و خواص رهایش کنترل شده با pH داروی دوکسوروبیسین

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

نانوکامپوزیت نانوفیبر سلولز/سیلیکا از طریق استخراج نانوفیبر سلولز (CNFs) از برگ یوکا و به دنبال آن تثبیت نانوذرات SiO2 بر روی سطح نانوفیبرهای سلولز تهیه شد که SiO2@CNFs خوانده شد. نانوکامپوزیت SiO2@CNFs با استفاده از تکنیک‌های متنوعی شامل طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR)، پراش اشعه X (XRD)، تجزیه و تحلیل حرارتی (TGA)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ الکترون عبوری (TEM) و اسپکتروسکوپی پراکندگی انرژی X (EDS) شناسایی شد و به عنوان سیستمی برای رهایش کنترل شده داروی ضد سرطان دوکسوروبیسین مورد استفاده قرار گرفت. نانوفیبر سلولز CNFs به تنهایی میزان بالایی از بارگذاری داروی دوکسوروبیسین (% 82/79) را در مقایسه با SiO2@CNFs (% 67/72) نشان داد. درحالیکه CNFs رهایش سریع دارو را نشان داد، ولی SiO2@CNFs خواص رهایش کنترل شده دارو را از خود نشان داد. رهایش دوکسوروبیسین از CNFs حساس به pH نبوده، بطوریکه میزان بالای رهایش دوکسوروبیسین در دو pH 5/4 و 4/7 به ترتیب %94 و %88 طی 5 تا 7 ساعت مشاهده گردید. درحالیکه، رهایش دوکسوروبیسین از SiO2@CNFs بطور آهسته اتفاق افتاده و می‌تواند با pH کنترل شود، بطوریکه درصد رهایش دوکسوروبیسین از SiO2@CNFs %5/73 در pH 5/4 و %07/17 در pH 4/7 پس از 48 ساعت اندازه گیری شد. سینتیک رهایش دوکسوروبیسین از طریق فیت داده‌های تجربی با مدل‌های سینتیکی شناخته شده شامل مدل‌های سینتیکی درجه صفر، درجه اول، هیگوچی، کورسمایر-پپاس، هیگزون-کورول، ویبول و گومپرتز مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که رهایش دوکسوروبیسین از SiO2@CNFs در pH 5/4 از مدل‌های هیگوچی و هیگزون-کورول تبعیت کرده و در pH 4/7 از مدل هیگزون-کورول تبعیت میکند. فیت داده‌ها با استفاده از مدل کورسمایر-پپاس نشاندهنده نفوذ nonFickian دوکسوروبیسین از SiO2@CNFs در pH 5/4 با مقدار n برابر با 4755/0 و نفوذ Fickian در pH 4/7 با مقدار n برابر با 3359/0 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Cellulose Nanofibers/SiO2 Nanocomposite: Preparation, Characterization and pH-Controlled Doxorubicin Delivery Properties

نویسندگان [English]

  • Roya Ferdose
  • Maryam Zirak
  • Mahnaz Saraei
Department of Chemistry, Payam Noor University (PNU), Tehran, Iran
چکیده [English]

Cellulose nanofibers/SiO2 nanocomposite was prepared by extraction of cellulose nanofibers (CNFs) from Yucca leaves, followed by immobilization of SiO2 nanoparticles on the surface of cellulose nanofibers denoted as SiO2@CNFs. Prepared SiO2@CNFs nanocomposite was characterized using various techniques, including Fourier Transform Infra-Red (FT-IR), X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) analysis, and used as controlled drug delivery system for the release of doxorubicin, an anticancer drug. CNFs exhibited higher loading level of doxorubicin (79.82%) than SiO2@CNFs (72.67%), while CNFs exhibited rapid drug release, but SiO2@CNFs showed controlled drug release properties. Doxorubicin release from CNFs is not pH sensitive, as CNFs released high content of doxorubicin, 94.0% and 88.0% within 5-7 h, at both pH values of 4.5 and 7.4, respectively. However, the release of doxorubicin from SiO2@CNFs occurred slowly, and could be controlled by pH, as cumulative release percentage of doxorubicin from SiO2@CNFs were measured to be 73.5% at pH = 4.5, while 17.07% at pH = 7.4 after 48 h. Doxorubicin release kinetic was studied by fitting the experimental data with well-known kinetic models, including zero order, first order, Higuchi, Korsmeyer-Peppas, Hixson-Corwell, Weibull and Gompertz models. Results revealed that the doxorubicin release from SiO2@CNFs is well fitted with Higuchi and Hixson–Crowell models at pH = 4.5 and Hixson–Crowell model at pH = 7.4. Fitting the date using Korsmeyer-Peppas indicated the nonFickian diffusion of doxorubicin from SiO2@CNFs at pH = 4.5 by n values of 0.4755, and Fickian type diffusion at pH = 7.4 by n values of 0.3359.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cellulose
  • SiO2 nanoparticles
  • Drug delivery
  • Doxorubicin
  • Higuchi
  • Hixson-Corwell
  • Korsmeyer-Peppas

مراجع

[1] A. Deshpande, C. Rhodes, N. Shah, and A. Malick, Drug Dev. Ind. Pharm. 22 (1996) 531.
[2] E. Einafshar, A. Haghighi Asl, M. Ramezani, A. Hashemnia, and A. Malekzadeh, Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (2008) 548.
[3] G.R. Mahdavinia, S. Ettehadi, M. Amini, and M. Sabzi, RSC Advances 5 (2015) 44516.
[4] F. Khanmohammadi, B.M. Razavi Zadeh, and S.N. Azizi, Applied Chemistry (2022).
[5] S. Salmanpour, M.A. Khalilzadeh, D. Zareyee, and H. Karimi-Maleh, Applied Chemistry 15 (2020) 9.
[6] R. Kolakovic, L. Peltonen, A. Laukkanen, J. Hirvonen, and T. Laaksonen, Eur. J. Pharm. Biopharm. 82 (2012) 308.
[7] G. Rezanejade Bardajee, S. Asgari, and S. A. Mirshokraei, Iran. J. Chem. Chem. Eng. 40 (2021) 1386.
[8] S. J. Tabatabaei Rezaei, A. Mashhadi Malekzadeh, L. Sarbaz, H. Niknejad, and A. Ramazani, J. Appl. Chem. 15 (2020) 55.
[9] Z. Ali Mardan, and M. Darabi, J. Appl. Chem. 10 (2015) 29.
[10] H. Hosseinzadeh, J. Appl. Chem. 6 (2011) 21.
[11] G. R. Mahdavinia, A. Afzali, H. Etemadi, H. and Hoseinzadeh, Nanomed. Res. J. 2 (2017) 111.
[12] M. Zirak, A. Abdollahiyan, B. Eftekhari-Sis, and M. Saraei, Cellulose 25 (2018) 503.
[13] M. Kianfar, and A. Mohammadi, Applied Chemistry 15 (2020) 163.
[14] P. Stenstad, M. Andresen, B. S. Tanem, and P. Stenius, Cellulose 15 (2008) 35.
[15] T. Zimmermann, N. Bordeanu, and E. Strub, Carbohydr. Polym. 79 (2010) 1086.
[16] A. Chakraborty, M. Sain, and M. Kortschot, Holzforschung 59 (2005) 102.
[17] H. Valo, S. Arola, P. Laaksonen, M. Torkkeli, L. Peltonen, M. B. Linder, R. Serimaa, S. Kuga, J. Hirvonen, and T. Laaksonen, Eur. J. Pharm. Sci. 50 (2013) 69.
[18] J. Hu, H. -Y. Li, G. R. Williams, H. -H. Yang, L. Tao, and L. -M. Zhu, J. Pharm. Sci. 105 (2016) 1104.
[19] A. Allafchian, H. Hosseini, and S. M. Ghoreishi, Int. J. Bio. Macromol. 163 (2020) 1780.
[20] K. Löbmann, and A. J. Svagan, Int. J. Pharm. 533 (2017) 285.
[21] M. Arruebo, M. Galán, N. Navascués, C. Téllez, C. Marquina, M. R. Ibarra, and J. Santamaría,  Chem. Mater. 18 (2006) 1911.
[22] M. Kundu, S. Chatterjee, N. Ghosh, P. Manna, J. Das, and P. C. Sil, Mater. Sci. Eng. C 116 (2020) 111239.
[23] M. Lin, H. Wang, S. Meng, W. Zhong, Z. Li, R. Cai, Z. Chen, X. Zhou, and Q. Du, J. Pharm. Sci. 96 (2007) 1518.
[24] R. Thenmozhi, M. S. Moorthy, J. Sivaguru, P. Manivasagan, S. Bharathiraja, Y. -O. Oh, and J. Oh, J. Nanosci. Nanotechnol. 19 (2019) 1951.
[25] C. A. McCarthy, R. J. Ahern, R. Dontireddy, K. B. Ryan, and A. M. Crean, Expert Opin. Drug Deliv. 13 (2016) 93.
[26] Y. Chen, H. Chen, and J. Shi, Expert Opin. Drug Deliv. 11 (2014) 917.
[27] T. T. H. Thi, T. N. Q. Nguyen, D. T. Hoang, and D. H. Nguyen, Mater. Sci. Eng. C 99 (2019) 631.
[28] Y. Liu, Y. Peng, T. Zhang, F. Qiu, and D. Yuan, Cellulose 25 (2018) 3067.
[29] J. I. Morán, V. A. Alvarez, V. P. Cyras, and A. Vázquez, Cellulose 15 (2008) 149.
[30] S. Zhou, V. Apostolopoulou-Kalkavoura, M. V. T. da Costa, L. Bergström, M. Strømme, and C. Xu, Nano-Micro Lett. 12 (2020) 1.
[31] H. El-Didamony, K. A. Khalil, I. Ahmed, and M. Heikal, Constr. Build. Mater. 35 (2012) 77.
[32] J. Sun, Z. Xu, W. Li, and X. Shen, Nanomaterials 7 (2017) 102.
[33] S. Dash, P. N. Murthy, L. Nath, and P. Chowdhury, Acta Pol. Pharm. 67 (2010) 217.
[34] M. L. Bruschi, Strategies to modify the drug release from pharmaceutical systems, Woodhead Publishing (2015).
[35] P. L. Ritger, and N. A. Peppas, J. Control. Releas. 5 (1987) 23.
[36] P. L. Ritger, and N. A. J. Control. Releas. 5 (1987) 37.
[37] H. Omidian, and K. Park, Introduction to hydrogels, Biomedical applications of hydrogels handbook, Springer (2010) 1.
[38] N. Peppas, Pharm. Acta Helv. 60 (1985) 110.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار