Microfluidic-assisted synthesis of hybrid calcium carbonate/silver microparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The development of advanced methods for the synthesis of nano- and microparticles for biomedical applications is of considerable interest. A method for the synthesis of submicron silver-shelled calcium carbonate particles using a microfluidic chip designed to provide control over particle formation is proposed. Precise control of reaction parameters enables the formation of silver shell and calcium carbonate particles in a controlled manner. The distribution of pores in the hybrid particles was analyzed using small-angle X-ray scattering, which provided insight into the complex structure of the pores. The results provide information on particle morphology and may facilitate the development of new calcium carbonate-based materials for various applications.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. V. Ermakov

Institute of Molecular Theranostics, First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: trushina.d@mail.ru
Russian Federation, Moscow

S. V. Chapek

Southern Federal University

Email: trushina.d@mail.ru

The Smart Materials Research Institute

Russian Federation, Rostov-on-Don

Е. V. Lengert

Institute of Molecular Theranostics, First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: trushina.d@mail.ru
Russian Federation, Moscow

P. V. Konarev

NRC “Kurchatov Institute”

Email: trushina.d@mail.ru

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow

V. V. Volkov

NRC “Kurchatov Institute”

Email: trushina.d@mail.ru

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow

M. A. Soldatov

Southern Federal University

Email: trushina.d@mail.ru

The Smart Materials Research Institute

Russian Federation, Rostov-on-Don

D. B. Trushina

Institute of Molecular Theranostics, First Moscow State Medical University (Sechenov University); NRC “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: trushina.d@mail.ru

Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Yang D., Gao K., Bai Y. et al. // Int. J. Biol. Macromol. 2021. V. 182. P. 639. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.04.057
  2. Verkhovskii R.A., Ivanov A.N., Lengert E. et al. // Pharmaceutics. 2023. V. 15 (5). P. 1566. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15051566
  3. Song W., Zhang Y., Yu D.-G. et al. // Biomacromolecules. 2021. V. 22 (2). P. 732. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.0c01520
  4. Lengert E.V., Trushina D.B., Soldatov M., Ermakov A.V. // Pharmaceutics. 2022. V. 14 (1). P. 139. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14010139
  5. Huang Y., Cao L., Parakhonskiy B.V., Skirtach A.G. // Pharmaceutics. 2022. V. 14 (5). P. 909. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14050909
  6. Trucillo P. // Processes. 2021. V. 9 (3). P. 470. https://doi.org/10.3390/pr9030470
  7. Zhao X., Wu D., Ma X. et al. // Biomed. Pharmacother. 2020. V. 128. P. 110237. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2020.110237
  8. Finbloom J.A., Sousa F., Stevens M.M., Desai T.A. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2020. V. 167. P. 89. https://doi.org/10.1016/j.addr.2020.06.007
  9. Turiel-Fernández D., Gutiérrez-Romero L., Corte-Rodriguez M. et al. // Anal. Chim. Acta. 2021. V. 1159. P. 338356. https://doi.org/10.1016/j.aca.2021.338356
  10. Tu J., Yu A.C.H. // BME Front. 2022. V. 2022. https://doi.org/10.34133/2022/9807347
  11. Novoselova M.V., German S.V., Abakumova T.O. et al. // Colloids Surf. B. 2021. V. 200. P. 111576. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.111576
  12. Kung C.-T., Gao H., Lee C.-Y. et al. // Chem. Eng. J. 2020. V. 399. P. 125748. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125748
  13. Ma Z., Li B., Peng J., Gao D. // Pharmaceutics. 2022. V. 14 (2). P. 434. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14020434
  14. Liu Y., Yang G., Hui Y. et al. // Small. 2022. V. 18 (36). https://doi.org/10.1002/smll.202106580
  15. Huang K.S., Yang C.H., Wang Y.C. et al. // Pharmaceutics. 2019. V. 11 (5). P. 212. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics11050212
  16. Huang Y., Liu C., Feng Q. et al. // Nanoscale Horizons. 2023. V. 8 (12). P. 1610. https://doi.org/10.1039/D3NH00217A
  17. Hao N., Nie Y., Zhang J.X.J. // Biomater. Sci. 2019. V. 7 (6). P. 2218. https://doi.org/10.1039/C9BM00238C
  18. Svenskaya Y., Pallaeva T. // Pharmaceutics. 2023. V. 15 (11). P. 2574. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15112574
  19. Maleki Dizaj S., Sharifi S., Ahmadian E. et al. // Expert Opin. Drug Deliv. 2019. V. 16 (4). P. 331. https://doi.org/10.1080/17425247.2019.1587408
  20. Zhao P., Tian Y., You J. et al. // Bioengineering. 2022. V. 9 (11). P. 691. https://doi.org/10.3390/bioengineering9110691
  21. Westrøm S., Bønsdorff T.B., Bruland Ø.S., Larsen R.H. // Transl. Oncol. 2018. V. 11 (2). P. 259. https://doi.org/10.1016/j.tranon.2017.12.011
  22. Li R.G., Lindland K., Bønsdorff T.B. et al. // Materials (Basel). 2021. V. 14 (23). P. 7130. https://doi.org/10.3390/ma14237130
  23. Feoktistova N., Rose J., Prokopović V.Z. et al. // Langmuir. 2016. V. 32 (17). P. 4229. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b00717
  24. Svenskaya Y.I., Lengert E.V., Tarakanchikova Y.V. et al. // J. Mater. Chem. B. 2023. V. 11 (17). P. 3860. https://doi.org/10.1039/D2TB02779H
  25. Ferreira A.M., Vikulina A.S., Volodkin D. // J. Control. Release. 2020. V. 328. P. 470. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.08.061
  26. Lengert E.V., Savkina A.A., Ermakov A.V. et al. // Mater. Sci. Eng. C. 2021. V. 126. P. 112144. https://doi.org/10.1016/j.msec.2021.112144
  27. Kiryukhin M.V., Lim S.H., Lau H.H. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2021. V. 594. P. 362. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.03.059
  28. Vikulina A.S., Feoktistova N.A., Balabushevich N.G. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20 (13). P. 8822. https://doi.org/10.1039/C7CP07836F
  29. Jenjob R., Phakkeeree T., Crespy D. // Biomater. Sci. 2020. V. 8 (10). P. 2756. https://doi.org/10.1039/C9BM01872G
  30. De Geest B.G., De Koker S., Sukhorukov G.B. et al. // Soft Matter. 2009. V. 5 (2). P. 282. https://doi.org/10.1039/B808262F
  31. Garcia L., Kerns G., O’Reilley K. et al. // Micromachines. 2021. V. 13 (1). P. 28. https://doi.org/10.3390/mi13010028
  32. Ermakov A.V., Chapek S.V., Lengert E.V. et al. // Micromachines. 2023. V. 15 (1). P. 16. https://doi.org/10.3390/mi15010016
  33. Shapovalov V.V., Chapek S.V., Tereshchenko A.A. et al. // Micro Nano Eng. 2023. V. 20. P. 100224. https://doi.org/10.1016/j.mne.2023.100224
  34. Sukhorukov G.B., Volodkin D.V., Günther A.M. et al. // J. Mater. Chem. 2004. V. 14 (14). P. 2073. https://doi.org/10.1039/B402617A
  35. Yashina A., Meldrum F., DeMello A. // Biomicrofluidics. 2012. V. 6 (2). P. 022001. https://doi.org/10.1063/1.3683162
  36. Witt H., Yandrapalli N., Sari M. et al. // Langmuir. 2020. V. 36 (44). P. 13244. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c02175
  37. Tan P., Li H., Wang J., Gopinath S.C.B. // Biotechnol. Appl. Biochem. 2020. P. bab.2045. https://doi.org/10.1002/bab.2045
  38. Horne J., De Bleye C., Lebrun P. et al. // J. Pharm. Biomed. Anal. 2023. V. 233. P. 115475. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2023.115475
  39. Marchenko I., Borodina T., Trushina D. et al.// J. Microencapsul. 2018. V. 35 (7–8). P. 657. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1571642
  40. Feigin L.A., Svergun D.I. Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering / Ed. Taylor G.W. NY: Springer, 1987. https://doi.org/10.1007/978-1-4757-6624-0
  41. Bukreeva T.V., Marchenko I.V., Parakhonskiy B.V., Grigor’ev Y.V. // Colloid J. 2009. V. 71 (5). P. 596. https://doi.org/10.1134/S1061933X09050032
  42. Mikheev A.V., Pallaeva T.N., Burmistrov I.A. et al. // Cryst. Growth Des. 2023. V. 23 (1). P. 96. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.2c00796

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Topology of the microfluidic device (1 – transport phase inlet, 2 – reagent 1, 3 – reagent 2, 4 – reaction zone, 5 – droplet storage chamber, 6 – outlet, 7 – general view).

Download (140KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Micrograph of the plane of the microfluidic chip during the formation of CaCl2/Na2CO3 droplets in castor oil with the addition of 0.1 M AgNO3 and excess NH4OH, followed by washing with 5% glucose (C6H12O6).

Download (362KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM images of CaCO3 particles synthesized in the bulk phase using ethylene glycol (a) and CaCO3@Ag hybrid particles synthesized by the droplet method using a microfluidic device, in standard mode (b) and in combination with back-electron scattering mode (c).

Download (200KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. DLS results for the distribution of CaCO3 particles synthesized in the bulk phase using ethylene glycol and CaCO3@Ag hybrid particles synthesized by the droplet method using a microfluidic device.

Download (65KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Experimental SAXS curves (a) and distribution functions Dv(r) (b) for CaCO3 synthesized in the bulk phase and inside the microfluidic chip during the formation of Ag NPs.

Download (112KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Antibacterial activity of hybrid vaterite CaCO3@Ag particles according to the standard minimum inhibitory concentration method (a) and the modified method: b – control, c – particles at a concentration of 10 particles per cell; as well as the viability of bacterial cells depending on the number of hybrid CaCO3@Ag particles added to the culture medium (d).

Download (318KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».