Коллаген

Aug 01, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 6104 (2022) Цитировать эту статью

2544 Доступа

8 цитат

8 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе был изготовлен новый магнитный органо-неорганический гибридный катализатор путем инкапсуляции наночастиц магнетита@кремнезема (Fe3O4@SiO2) с белковым коллагеном Isinglass (IGPC) с использованием эпихлоргидрина (ECH) в качестве сшивающего агента. Исследования характеристик приготовленных частиц проводились с использованием различных аналитических методов, в частности, инфракрасного анализа с преобразованием Фурье (FTIR), сканирующей электронной микроскопии (SEM), трансмиссионной электронной микроскопии (TEM), магнитометрии вибрирующего образца (VSM), энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. (EDS), порошковая рентгеновская дифракция (XRD), термогравиметрический анализ (TGA) и анализ Брунауэра-Эммета-Теллера (BET). Результаты рентгеноструктурного анализа показали наличие кристаллической и аморфной фаз, которые вносят вклад в магнетит и изингласс соответственно. Более того, формирование структуры ядро/оболочка было подтверждено изображениями ПЭМ. Синтезированный Fe3O4@SiO2/ECH/IG был применен в качестве бифункционального гетерогенного катализатора в синтезе производных спирооксиндола посредством многокомпонентной реакции изатина, малононитрила и CH-кислот, продемонстрировавших его превосходные каталитические свойства. Преимуществами этого экологически чистого подхода были низкая загрузка катализатора, короткое время реакции, стабильность и возможность повторного использования как минимум в течение четырех циклов.

В настоящее время использование бифункциональных катализаторов стало новой областью для продвижения химических реакций в экологически чистых и экологически чистых путях и процессах. Чтобы разработать новые подходы, которые более бережно относятся к окружающей среде, стратегии разработки катализаторов в настоящее время ориентированы на полимеры природного происхождения, такие как полисахариды или белки, которые получают из возобновляемых ресурсов, часто биосовместимы, а также более биоразлагаемы, чем их синтетические аналоги. Гетерогенные катализаторы на биологической основе, приготовленные из возобновляемых природных полимеров, в последние годы привлекли значительное внимание из-за их существенных преимуществ, таких как биоразлагаемость, стабильность и возможность повторного использования. Комбинация наночастиц и биоразлагаемых полимеров может привести к созданию нанобиокомпозитов, которые имеют потенциал для различных каталитических и экологических применений1,2,3,4,5.

Для иммобилизации природных полимеров, таких как диоксид кремния, смолы, композиты на основе диоксида кремния и магнитные материалы, среди других, обычно используются многочисленные подложки. Магнитные наночастицы на основе таких металлов, как Cu, Co, Fe и Ni, обеспечивают мощную твердую опорную систему для иммобилизации белков6,7,8,9,10, среди них наночастицы магнетита (Fe3O4) обладают замечательными свойствами, такими как суперпарамагнетизм, низкая токсичность. , высокая удельная поверхность, биосовместимость и легкость разделения, что делает их более интересными для исследователей.

Одним из наиболее часто используемых методов иммобилизации белков является перекрестное сшивание. Для коллагеновых материалов использовались многие сшивающие агенты, такие как глутаровый альдегид, изоцианаты, глиоксаль и карбодиимиды11.

Природные полимеры, такие как полисахариды (целлюлоза, хитозан, хитин, альгинат, каррагинан, лигнин, фукоидан и др.) и белки, использовались в качестве катализаторов химических превращений12,13,14,15,16,17,18. Покрытие магнитных частиц природными полимерами позволяет им использовать свои функциональные группы для ускорения химических реакций, а также для легкого разделения19,20.

Основываясь на нашем интересе к превращению сельскохозяйственных и морских отходов в материалы с добавленной стоимостью21,22,23, мы использовали Isinglass (IG), природный полимер, полученный из плавательного пузыря рыб с высоким содержанием белка коллагена, для инкапсуляции наночастиц Fe3O4@SiO2 с помощью эпихлоргидрин (ECH) в качестве сшивающего агента. Полученный гибридный материал Fe3O4@SiO2/ECH/IG был использован в качестве бифункционального гетерогенного катализатора в синтезе производных спирооксиндола. Было показано, что такой гибридный материал на основе природного полимера IG как с кислотными, так и с основными группами является очень эффективным катализатором различных химических превращений, включая синтез триазолов24, производных 4H-пирана25 и связывание Сузуки26. ИГ содержит множество аминокислот, свойства и каталитические характеристики которых были продемонстрированы на протяжении многих лет27,28.