Efectul unor compuşi naturali utilizaţi în tratamentele alternative asupra citostaticelor [309106]

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

ȘCOALA DOCTORALĂ DE ȘTIINȚE

DOMENIUL CHIMIE

TEZĂ DE DOCTORAT

Coordonatori științifici

Prof. Univ. Dr. Alexandru Popescu

Prof. Univ. Dr. Ing. Adriana Samide (cotutelă)

Doctorand: [anonimizat]

2021

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA

ȘCOALA DOCTORALĂ DE ȘTIINȚE

DOMENIUL CHIMIE

Interacțiunile unor compuși farmaceutici în sisteme multicomponente. [anonimizat]. Univ. Dr. Alexandru Popescu

Prof. Univ. Dr. Ing. Adriana Samide (cotutelă)

Doctorand: [anonimizat]

2021

Mulțumesc tuturor celor care m-[anonimizat].

[anonimizat]. Univ. Dr. Popescu Alexandru și Prof. Univ. Dr. Ing. Samide Adriana.

[anonimizat] d-lui Lect. Univ. Dr. Tutunaru Bogdan.

[anonimizat], Universitatea din Craiova care a pus la dispoziție infrastructura de cEPRetare a laboratorului de cEPRetare "Electrochimie și Coroziune", [anonimizat]-VIS, investigației TG/DSC.

CUPRINS

INTRODUCERE…………………………………………………………………………………………………………………….

CAPITOLUL I………………………………………………………………………………………………………………………..

CAPITOLUL II ……………………………………………………………………………………………………………………..

CAPITOLUL III…………………………………………………………………………………………………………………….

CAPITOLUL IV…………………………………………………………………………………………………………………….

CAPITOLUL V………………………………………………………………………………………………………………………

CAPITOLUL VI…………………………………………………………………………………………………………………….

CAPITOLUL VII…………………………………………………………………………………………………………………..

BIBLIOGRAFIE SI WEBGRAFIE…………………………………………………………………………………………

[anonimizat] a produsului activ și acțiunea sa farmacologică.

[anonimizat] a [anonimizat] o toxicitate cât mai redusă.

Pentru a [anonimizat], pH-ul, densitatea, [anonimizat], indicele de refractie. [anonimizat]ra altora și efectele secundare ale acestor procese de interacțiune.

Potențialul terapeutic al plantelor este cunoscut înca din antichitate, ele fiind folosite sub diferite forme pentru proprietățile lor farmaceutice, în special uleiurile esențiale care au în componența lor terpene și compuși nonterpenici cu acțiune supresivă asupra unor tumori [1]. Astfel, este absolut necesar ca pacientul să cunoască atât beneficiile, cât și riscurile metodelor medicale alternative.

În prezenta teză ne-am propus să studiem posibile interacțiuni între compuși naturali utilizați în tratamente alternative și trei dintre citostaticele uzuale administrate în chimioterapie ( Epirubicina – EPR, Gemcitabina – GCT și Paclitaxelul – PTX).

O bună și mare aplicabilitate în medicină o au polimerii sintetici, care prezintă proprietăți biodegradabile și biocompatibile, ei fiind utilizați la confecționarea unor dispozitive implantabile, compatibile cu organismul uman, precum protezele. De asemenea, sunt folosiți ca vehicule de transport pentru compușii mic-moleculari, cum ar fi medicamentele, ele transportând medicamentele la celulele bolnave, neafectându-le pe cele sănătoase. Alcoolul polivinilic este compatibil, degradabil și interacționează cu anumite medicamente pe care le conduce către celulele țintă. El poate fi un bun suport pentru transportul Epirubicinei în ceea ce privește viteza de difuzie în organism, cît și eliberarea monitorizată a citostaticului.

Unul dintre obiectivele tezei a fost și efectul pe care sistemele de transport și compușii mic-moleculari le au asupra bioimplanturilor, cum ar fi titanul. Aceștia pot întreține un strat de suprafață stabil care să imbunătățească interfața metal/țesut sau pot favoriza deterioarea prin anihilarea mai rapidă a stării pasive.

Se pot forma sisteme complexe polimer-metal-medicament care să aibă efecte benefice asupra sănătății și care pot interacționa cu suprafața bioimplnturilor formând filme subțiri, care restricționează procesele de oxidare, respectiv de coroziune. În acest sens un bun exemplu sunt nanoparticulele metalice cu proprietățile lor antimicrobiene, precum nanoparticulele de argint folosite în studiul nostru.

Prezenta teză de doctorat prezintă atât o incursiune în literatura de specialitate, precum și rezultatele cercetării cu privire la: stabilitatea electrochimică a unor citostatice în absența și în prezența uleiurilor esențiale; sinteza, caracterizarea și aplicațiile unui compozit pe bază de alcool polivinilic și nanoparticule de argint; interacțiile compozit/Epirubicină/titan; influența compușilor chemoterapici asupra stabilității electrochimice a Nistatinului; procese chimice și electrochimice ale Ceftriaxonei studiate prin tehnici electrochimice asistate de spectrofotometria UV-Vis; degradarea chimică și analiza termică a Acidului Valproic.

Astfel, teza este structurată clasic în 3 părți care cuprind 7 capitole:

Partea I reflectă stadiul actual al cunoașterii în domeniu (1 capitol).

Partea a II-a prezintă contribuțiile originale (6 capitole).

Partea a III-a redă bibliografia (….referințe).

Capitolul I prezintă un studiu care evidențiază documentarea asupra cercetării. Sunt prezentate aspecte cu privire la substanțele folosite în studiu: uleiurile esențiale și rolul lor ca diferiți agenți, antibacterieni, antifungici, antivirali, proprietățile antimutagene și toxicitatea acestora; medicamentele chemoterapicele, nistatinul, ceftriaxona, acidul valproic; alcoolul polivinilic; nanoparticulele de argint.

Capitolele II, III, IV, V, VI și VII prezinta partea de contribuții originale.

Capitolul II descrie materialele utilizate: uleiul esențial de portocale, citostaticele (Epirubicină, Gemcitabină, Paclitaxel), nanodisperiile pe bază de nanoparticule de argint/alcool polivinilic/epirubicină, nistatinul, ceftriaxona, oțelul inoxidabil. De asemenea, sunt prezentate metodele de investigare utilizate, cum ar fi măsurătorile electrochimice, spectrofotometria UV-Vis, analiza termică, microscopia de forță atomică (AFM), spectroscopia de impedanșă electrochimică (EIS).

Capitolul III prezintă studiul cinetic al interacțiilor dintre citostatic și componenta activă din uleiul esențial de portocale, după cum urmează:

Interacțiuni Epirubicină/d-limonen, Gemcitabină/d-limonen, Paclitaxel/d-limonen; studiul stabilității electrochimice utilizând spectrofotometria UV-Vis;

Abordarea cinetică;

Capitolul IV redă:

interacțiunile nanoparticule de argint/alcool polivinilic/citostatic cu interacțiuni nAg/APV și trasarea curbei de calibrare; stabilitatea nanodispersiilor nAg/APV, în timp; stabilitatea termică a nanodispersiilor nAg/APV;

Modelarea cinetică a procesului de adsorbție a nanoparticulelor de argint pe matricea gazdă de alcool polivinilic în regim dinamic unde este abordată cinetica reacției de echilibru de ordin întâi în ambele sensuri; determinarea constatei de viteză (kobs) pentru procesul de adsorbție a nAg în matricea polimeră de APV;

Interacțiile nAg/APV cu epirubicina (EPR);

Caracterizarea filmului de nAg/APV de la preparare până la analiza prin microscopia electronică de baleiaj cuplată cu spectroscopia de raze X cu dispersie de energie (SEM/EDS), spectroscopia Raman, analiza termică a filmului compozit de nAg/APV.

Capitolul V prezintă aplicații ale filmelor rezultate din sisteme multicomponente și performanța anticorozivă a filmului bazat pe nanoparticule de argint/alcool polivinilic/epirubicină adsorbit pe suprafața titanului, cât și pe suprafața oțelului inoxidabil 304L.

Capitolul VI descrie interacțiunea electrochimică a nistatinului cu diferiți compuși citostatici în prezența anionilor clorură, stabilitatea electrochimică a Nistatinului atunci când sunt utilizați diferiți electrozi metalici precum: Cu, Ni, Pb, Sb și Ti, cât și stabilitatea termică. Rezultatele experimentale obținute au fost publicate în Revista de Chimie (ISI, F.I. = 1,605).

Capitolul VII sistematizează procesele chimice și electrochimice ale ceftriaxonei studiate prin tehnici electrochimice asistate de spectrofotometria UV-Vis.

Teza de doctoorat este finalizată cu concluzii generale și …. referințe din literatura de specialitate.

Rezultatele experimentale obținute și prezentate în teză sunt validate prin publicarea a 6 lucrări în reviste de specialitate cotate ISI, la care am fost coautor sau prim autor.

CAPITOLUL I

Stadiul actual al cunoașterii în domeniu

Uleiuri esențiale. Efecte terapeutice și toxicitate

Uleiurile esențiale și rolul lor ca agenți antibacterieni

Moleculele vegetale (molecule din plante) sunt binecunoscute pentru proprietățile lor antimicrobiene. Uleiurile esențiale din plante au manifestat activități inhibitorii cu spectru larg, în special împotriva feluritor bacterii patogene grampozitive sau gramnegative [1-3]. Eficacitatea antibacteriană poate varia atât în ​​cazul uleiurilor, cât și al diferitelor bacterii. De exemplu, uleiul de lemn de santal (Santalum album), uleiul de manuka (Leptospermum Scoparium) și uleiurile vetiver (C. zizanioides) sunt foarte active împotriva bacteriilor grampozitive, dar nu și împotriva celor gramnegative [4, 5]. În general, uleiurile esențiale de cimbru, oregano, cele din arborele de ceai (tea-tree), scorțișoară, iarbă de lămâie, bay (Dafin indian – Pimenta acris), mirt de lămâie, cuișoare și cel din lemn de trandafir sunt cele mai active din punct de vedere antimicrobian. Acestea sunt active la concentrații <1% vol/vol, adică prezintă MIC de <1% [4, 6]. Uleiul de bay, cuișoare, iarbă de lămâie, oregano și cel de cimbru inhibă creșterea Escherichiei Coli când sunt folosite în concentrații de 0.02, 0.04, 0.06, 0.05 și, respectiv 0.05%. Uleiul de cimbru, rozmarin, mentă, iarbă de lămâie, cuișoare și bay (dafin) au dat rezultate în prevenirea infecțiilor cu Staphylococcus aureus la concentrații de ≤ 0,05%, în timp ce uleiul de busuioc și cel de eucalipt au prezentat activiate inhibitorie la concentrație de 1% [4, 5, 7]. În general, uleiurile esențiale împreună cu fenoli și aldehide manifestă un caracter antibacterian mai mare [8-10].

Modul principal de acțiune al uleiurilor esențiale constă în destabilizarea membranei. Uleiurile esențiale sunt de natură lipofilă și, prin urmare, sunt ușor permeabile prin peretele celular și membrana celulară. Interacțiunile dintre uleiurile esențiale și componentele acestora cu polizaharide, acizi grași și fosfolipide fac ca membranele bacteriene să fie mult mai permeabile, ca urmare pierderea ionilor și a conținutului celular duce la moartea celulelor [11, 12]. În mod asemenator, interferența în activitatea pompei de protoni, pierderea integrității membranei, pierderea conținutului celular pot duce la moartea celulei [6, 13].

Uleiurile esentiale și rolul lor ca agenți antifungici

Ciupercile patogene fiind eucariote au acțiuni asemanatoare cu gazdele lor atât la nivel celular, cât și la nivel molecular, deci acestea sunt foarte rezistente la tratamentele antifungice [14]. Unii dintre agenții patogeni fungici sunt specii foarte frecvente, precum Candida spp., Aspergillus spp., Cryptococcus sp. care afectează o mare parte din pacienții imunocompromiși. In chimioterapia antifungică de succes se cunoaște un răspuns limitat din partea medicamentelor antifungice existente [15]. Din cauza tulpinilor rezistente la medicamente, infecțiilor asociate cu biofilme și efectelor secundare la medicamentele prescrise, în prezent se intalnesc dificultăți în prevenirea și tratamentul infecțiilor fungice. Prin urmare, infecțiile fungice invazive sunt asociate cu procente foarte ridicate ale morbidității și mortalității [16].

Dintre uleiurile esențiale, cele de scorțișoară, lemongrass, mentă japoneză, iarbă de ghimbir, uleiul de mușchi și uleiurile de cuișoare au fost observate ca fiind cele mai promițătoare împotriva Candidei albicans, concentrațiile eficiente variind de la 0,01 la 0,15% [17], [5].

Uleiul de lemongrass (citronela sau iarba lămâioasă/iarba de lămâie) (C. citratus) la concentrații active ce variează între 0,006 și 0,03% este unul dintre cele mai eficiente uleiuri împotriva filamentelor ciupercilor. Uleiurile de portocal, lămâie, mandarine și grapefruit inhibă activitatea ciupercilor Aspergillus niger, A. flavus, Penicillium verrucosum și P. Chrysogenum la concentrații < 1 % [18].

Drojdiile patogene sensibile, precum și cele rezistente la medicamente, inclusiv agentul patogen major al oamenilor, C. albicans, au fost inhibate de către uleiurile esențiale bogate în terpenoide [17], [19].

Uleiurile esențiale și rolul lor ca agenți antivirali

Împiedicarea replicării virale se crede că se datorează prezenței monoterpenelor, sesquiterpenelor și constituenților fenilpropanoizi din uleiurile esențiale [20]. Activitatea inhibitoare împotriva virusului herpetic este corelată cu uleiul de eucalipt și de cimbru [21], [22]. Se constată că uleiul de Malaleuca alternifolia (ulei de arbore de ceai) prezintă rezultate semnificative în tratamentul infecțiilor recurente ale virusului herpes [23].

De exemplu, uleiul de oregano provoacă descompunerea învelișului HSV (virus herpes simplex) pentru a atenua capacitatea infecțioasa a acestuia [24]. Uleiul de oregano este, de asemenea, cunoscut că manifestă activitate antivirală împotriva virusului febrei galbene la 3,7 µg / ml [25]. Izoborneolul, o monoterpenă a mai multor uleiuri esențiale prezintă un efect virucid asupra HSV-1 prin inhibarea glicozilării proteinelor virale [26].

Un studiu in vivo pe șoarece a evidențiat eficacitatea eugenolului din uleiul de cuișoare care interferă cu dezvoltarea keratitelor provocate de către virusul herpetic [27].

Uleiurile esențiale și proprietățile lor antimutagene

S-au observat activități antimutagene semnificative la anumite uleiuri esențiale și componenții acestora.

Uleiurile esențiale de arbore de ceai (Melaleuca alternifolia) si lavandă (L. Angustifolia) manifestă un puternic potențial inhibitor împotriva mutațiilor provocate de E. Coli [28]. Mutațiile induse de UV în S. typhimurium; E. coli și S. cerevisiae sunt împiedicate de către uleiul esențial de salvie (S. Officinalis) și principalii săi constituenți [29]. In vitro s-a observat că uleiul esențial de turmeric (curcuma – Curcuma longa), cel de frunze de Betel (Piper Betel) și amestecul din extract de lemn de acacia catechu (Acacia catechu) previn anomalii cromozomiale ale limfocitelor umane (apară limfocitele umane de anomalii cromozomiale) [30].

Printre mecanismele rezultate din activitatea antimutagenă a uleiurilor esențiale se numără interferența cu mutații, fapt ce determină sisteme de reparare a ADN-ului [29] și inducerea necrozei/apoptozei, deci și moartea celulară [31].

Uleiurile esențiale și acțiunea lor împotriva cancerului

Una dintre cele mai dificile provocări în chimioterapie este tratamentul tumorilor maligne în cancer, stoparea creșterii/înmulțirii celulelor maligne care duc la cancer. Molecule de plante, cum ar fi taxolul, sunt eficiente împotriva proliferării celulelor canceroase. Diferite tipuri de tumori maligne, cum ar fi gliomul, cancerul de colon, cancerul gastric, cancerul hepatic uman, tumorile pulmonare, cancerul mamar și leucemia sunt raportate ca fiind micșorate după tratamentul cu uleiuri esențiale din plante. Prin urmare, astfel de molecule ar trebui să aibă posibile activități anticancer pentru a fi folosite în prevenirea și planul de tratament [32], [33], [34].

Terpenoizii, precum și constituenții polifenoli ai uleiurilor din plantelor împiedică proliferarea celulelor tumorale prin necroză sau inducția apoptozei [35], [36].

Inducerea apoptozei de către uleiul de arbore de ceai (M. alternifolia) și principalul său component, alcoolul monoterpenic, terpinen-4-ol, este asociată cu incidența scăzută a melanomului uman [37].

Uleiurile esențiale prezintă capacitatea de a acționa ca antioxidanți și de a interveni în funcțiile mitocondriale ale celulelor mamiferelor, ca urmare, ele diminuă activitățile metabolice caracteristice dezvoltării tumorilor maligne, cum ar fi metabolismul celular crescut, surplusul mitocondrial sau stresul oxidativ permanent) [38].

Toxicitatea uleiurilor esențiale

Riscul diferitelor efecte toxice, cum ar fi iritația și corozivitatea, sensibilizarea celulelor, absorbția pEPRutanată, toxicitatea acută asupra sistemului organelor, fototoxicitatea, carcinogenitatea și teratogenitatea limitează utilizarea uleiurilor esențiale în scopul medical.

Uleiurile esențiale constituie diferite molecule active, prin urmare, atacă multiple ținte într-o celulă [39]. Prima lor țintă este membrana citoplasmatică, perturbarea și permeabilizarea membranei celulare duc la pierderea unor funcții celulare importante, cum ar fi homeostazia ionică și lanțul de transport al electronilor [35]. Uleiurile esențiale pot exEPRita efecte citotoxice asupra celulelor eucariote. Permeabilizarea membranelor mitocondriale exterioare și interioare determină moartea celulară prin necroză și apoptoză [40]. În general, alcoolul, aldehidele și constituenții fenolici sunt responsabili de citotoxicitatea uleiurilor esnțiale [41].

Sunt depuse eforturi pentru a evalua toxicitatea componentelor selectate ale uleiurilor esnțiale, astfel încât acestea să poată fi utilizate ca standarde pentru a se asigura utilizarea în condiții de siguranță, uneori, un singur constituent major izolat dintr-un ulei este analizat. Studiile privind toxicitatea uleiurilor, pentru un ulei esențial sau un constituent purificat, sunt disponibile sub forma unor rapoarte de caz simple și studii pe animale (calcul la LD50 (doza letala)) [42]. Multe uleiuri esențiale au avut un efect mortal pentru mamiferele de companie. De exemplu, uleiul de busuiocul cerbilor (Mentha pulegium) poate provoca la câini sângerări interne și deteriorarea plămânilor ducând la deces [43]. Efectele toxice ale terpenoidelor cetonice sunt cunoscute încă de mult timp. Estragolul prezent în uleiurile esențiale de tarhon, anason stea, anason verde, busuioc și fenicul este demonstrat că are efect carcinogen; la șoareci, când este ingerat sau administrat intraperitoneal provoacă modificari de ADN. Rezultate asemanatoare au fost obținute pentru metil izo-eugenol. Uleiul esențial de busuiocul cerbilor (M. Pulegium) cu pulegona și menthofuranul ca și componente majore are la șoareci efect hepatotoxic [44], [45].

Este dificil de utilizat rezultatele obținute pe animale pentru a decide nivelurile de toxicitate la om. Însă, s-a observat că toxicitatea poate varia în funcție de specie sau de sex în cadrul aceleiași specii. Uleiurile esențiale pot fi sigure la concentrații scăzute, dar la om afișează toxicitate la concentrații ridicate, reprezentate ca doze letale [46]. Toxicitatea la om a fost observată în diferite situații, cum ar fi expunerea la/pe piele, ingestia accidentală, expunerea la produse industriale și studiile clinice pentru toxicitatea cutanată. Uleiul esențial cu componentul principal citralul, este prezentat ca și cauza necrozei și vacuolizării celulare histologice [47]. Ingestia de limonen poate provoca diaree și proteinurie tranzitorie la voluntarii sănătosi [45].

Câteva dintre bine cunoscutele uleiuri esențiale și componenții lor obișnuiți au efecte toxice asupra oamenilor la concentrații ridicate. De exemplu, expunerea la uleiuri cum ar fi cel de pelin (Artemisia absinthium), busuiocul cerbilor (M. Pulegium), obligeană (A. calamus) și muștar (Brassica nigra) care conțin tujon, pulegonă, β-asaronă și, respectiv, izocianat de alil au efecte toxice la om [48].

Un studiu recent a demonstrat că cele patru uleiuri esențiale – palmarosa, citronella, lemongrass și vetiver induc citotoxicitate și genotoxicitate în limfocitele umane la concentrații mai mari. De asemenea, două componente terpenoide ale acestora, citralul și geraniolul, prezintă efecte asemănătoare, cu toate acestea, aceste uleiuri s-au dovedit a fi sigure pentru consumul uman la concentrații scăzute [46].

1.2. Substanțe medicamentoase și nu numai folosite în prezenta teză de doctorat

1.2.1. Chemoterapice. Generalități, utilizare, efecte secundare

Chemoterapicele reprezintă denumirea generică a medicamentelor cu efect anticancerigen. Acestea prezintă proprietăți diferite precum și moduri de acțiune diferite. Efectele lor în organism sunt date de substanța activă și ceilalți compuși prezenți în medicament. Citostaticele se pot clasifica și în funcție de modul în care funcționează.

Medicamentele citostatice (citotoxice) sunt transportate prin sânge în întregul corp. Medicamentele citotoxice pot fi utilizate în mai multe scopuri; distrugerea tumorilor, pentru susținerea efectelor unei intervenții chirurgicale, susținerea radioterapiei, reducerea metastazelor sau pentru a atenua simptomele afecțiunii.

În funcție de mecanismul de acțiune, citostaticele interferă în procesul de mitoză în moduri distincte, pot afectaAND-ul unei celule. Chimioterapia prezintă eficiență dacă celulele canceroase mor după tratament (apoptoză = moartea programată a celulelor sau necroză) sau se transformă într-o celulă mai puțin imatură (un proces numit diferențiere). În alte cazuri, din nefericire, celulele canceroase pot repara daunele cauzate de medicamentul citostatic, ele devin rezistente și, prin urmare, nu răspund la tratament.

Medicamentele citostatice pot avea diferite indicații, în funcție de obiectiv; unele tipuri de cancer pot fi tratate numai cu medicamente citostatice. Uneori se utilizează adițional și chimioterapia. De exemplu, după o intervenție chirurgicală, pentru eliminarea unei tumori, se poate da și un curs de chimioterapie. Scopul este de a ucide toate celulele canceroase care s-ar fi răspândit departe de locul în care s-a format cancerul (situl tumorii primare).

Chimioterapia după un tratament principal se numește chimioterapie adjuvantă. Chimioterapia administrată înainte de un alt tratament este chimioterapie neoadjuvantă. Chimioterapia paliativă presupune administrarea unor medicamente citostatice pentru reducerea simptomelor.

Există mai mult de 100 de medicamente diferite pentru chimioterapie. Principalele tipuri sunt: Agenți de alchilare, Antimetaboliți, Antibiotice antitumorale, Inhibitori de topoizomerază, Inhibitori mitotici, Corticosteroizii, Terapii țintite, Agenți de diferențiere, Terapia hormonală, Imunoterapia.

1.2.1.1. Epirubicina

Epirubicina este un medicament anticancer eficient, dar provoacă în mod natural mai multe efecte secundare. Prin urmare, determinarea acestui medicament în probele biologice, joacă un rol esențial în evaluarea efectelor secundare ale acestuia. Un biosensor nou pe bază de ADN a fost fabricat pentru analiza epirubicinei în probe biologice. Senzorul a fost fabricat prin modificarea unui electrod de grafit cu polipirol, grafen redus dopat cu azot (pentru îmbunătățirea conductivității electrice) și au fost utilizate modificările semnalului electrodului pentru determinarea epirubicinei. Electrodul obținut a arătat o sensibilitate ridicată la epirubicină în intervalul de concentrație de 0,004-55,0 μM și a avut o limită de detecție de 1,0 nM [49]. Pentru evaluări suplimentare, interacțiunile dintre bazele ds-ADN și epirubicină au fost investigate printr-un studiu teoretic de andocare, iar datele obținute au confirmat intEPRalarea epirubicinei în canalele minore ale ds-ADN cu bazele guanine [49].

A fost introdus un nou electrod cuprinzând nanotubul de carbon multiwall cu argint (Ag-MWCNT) pentru investigarea voltametrică a medicamentului anticancer Epirubicină (EP) în sânge, în urină și în preparate injectabile. Microscopia electronică de scanare a emisiilor de câmp (FE-SEM), metodele TEM, EDX și XRD au fost utilizate pentru a studia structura de suprafață și topografia electrodului modificat. S-a utilizat spectroscopia cu impedanță electrochimică (EIS) pentru a analiza proprietățile electrochimice ale noului electrod. Acest electrod modificat a fost aplicat pentru investigarea EP prin voltametrie ciclică (CV) și voltametrie cu undă pătrată (SWV) într-o soluție tampon de acetat ca electrolit suport (pH 1,5 – 6,8). Voltamograma ciclică a EP în intervalul potențial de la -1,0 la 1,0 V a prezentat vârfuri redox reversibile dependente de pH [50]. Curentul maxim de redox la pH 4,7 a fost liniar proporțional cu concentrația de EP în intervalul 0,003 – 0,25 μM cu o limită de detecție de 1,0 × 10-3 μM (RSD < 5 %) după 20 min.. Acest senzor este potrivit pentru analiza cantităților de EP din praparate farmaceutice, probe de sânge sau urină [50].

Cancerul de sân este una dintre cele mai frecvente afecțiuni maligne la populația de sex feminin. Recent, dezvoltarea produselor medicale a fost avansată pentru această boală; cu toate acestea, pacienții încă suferă de eșecul tratamentelor curente și sunt necesare urgent noi strategii terapeutice. Au fost elaborate nanoparticule conținând estrogen, lipozom-epirubicină, placlitaxel și au prezentat o absorbție semnificativ mai mare în celulele MCF-7 de cancer de sân uman, în principal prin calea mediată de receptor-ligand, ceea ce duce la o activitate citotoxică eficientă. Timpul de circulație sistemică și biodistribuția în organele principale ale EPI și PTX furnizate de ES-SSL-Lipozomii au fost crescute. În consecință, noile formulări au suprimat în mod semnificativ creșterea tumorii fără a induce toxicitate [51]. O cantitate adecvată de nanoparticule CoFe2O4 (CoFe2O4 / NPs) a fost utilizată pentru modificarea electrodului de pastă de carbon în prezența uleiului de parafină și 1,3-dipropilimidazoliumbromură (1,3-DPIBr) ca lianți. Electrodul modificat a arătat activitate catalitică pentru electro-oxidarea epirubicinei în stare biologică. Nanoparticula CoFe2O4 a fost sintetizată prin metoda co-precipitației cu diametrul de ~ 17,0 nm și caracterizată prin metode XRD și TEM. Metoda cronoamperometrică a fost utilizată pentru a evalua coeficientul de difuzie al epirubicinei în soluție tampon fosfat pH = 7,0. S-a obținut o curbă de calibrare cu sensibilitate (0,1426 μA / μM) pentru epirubicină în intervalul de concentrație 0,04–450 μM. Senzorul amplificat a arătat o capacitate bună de analiză a epirubicinei în probele de injecție și ser [52].

Noi senzori anticancer au fost propuși pentru realizarea unui sistem electrochimic constând în nanotuburi de carbon cu pereți unici decorați 3D Fe3O4 (Fe3O4-SWCNTs) și nanocompozit 1-metil-3-octilimidazlium (MOCTICl) cu pastă de carbon (CPE) pentru determinarea epirubicinei. În prima etapă, structura și morfologia nano-compozitelor 3D Fe3O4-SWCNT au fost caracterizate cu metode XRD și SEM. Ca urmare a conductivității electrice ridicate noii senzori au prezentat o îmbunătățire semnificativă a semnalului de oxidare a epirubicinei și au fost utilizați pentru determinarea epirubicinei într-un interval de concentrație de 0,02-700 μM cu o limită de detecție de 7,0 nM [53].

S-a realizat evaluarea și compararea incidenței și a factorilor de risc ai disfuncției ventriculului stâng (LVD) la pacienții cu cancer mamar timpuriu care primesc chimioterapie adjuvantă pe bază de epirubicină. 3577 pacienți evaluabili au fost analizați retrospectiv: 2553 au primit epirubicină, 662 au primit hormonoterapie singură și 362 nu au avut tratament sistemic. Doza cumulată de epirubicină a fost < 300 mg / m2 la 1040 pacienți, 300-600 în 1155, 600 600 în 279, urmată de radioterapie în 96 % din cazuri. Pacienții și-au normalizat funcția cardiacă sau nu au necesitat investigații suplimentare, un pacient a fost stabilizat cu tratament specific, doi pacienți și-au agravat funcțiile și unul a murit de insuficiență cardiacă congestivă. Au fost identificați doi factori de risc semnificanți: vârsta + 65 ani și indicele de masă corporală > 27 kg / m2. După o monitorizare pe termen lung, riscul de LVD legat de epirubicină a fost acceptabil (1,36 %) cu o moarte toxică (0,04 %) [54].

1.2.1.2. Gemcitabina

Rinovirusul, un agent cauzativ major al răcelii comune, este asociat cu crize severe ale astmului și a bolii pulmonare obstructive cronice. În prezent, nu există tratament antiviral sau vaccin pentru rinovirusul uman (HRV). Gemcitabina (20,20-difluorodoxicitidină, dFdC) este un analog de dezoxicitidină cu activitate antivirală împotriva rinovirusului, precum și enterovirusului 71, in vitro. Cu toate acestea, efectele antivirale ale gemcitabinei in vivo nu au fost cEPRetate. Într-un studiu recent, s-au evaluat efectele antivirale ale gemcitabinei în infecția cu HRV. Administrarea intranazală de gemcitabină a scăzut semnificativ sarcina virală pulmonară și inflamația prin scăderea citokinelor proinflamatorii, incluzând și reducerea numărului de limfocite infiltrate pulmonare. Aceste rezultate sugerează că gemcitabina, un medicament antineoplastic, poate fi repoziționată ca medicament antiviral pentru a inhiba infecția cu VHR [55].

Se estimează că peste 80% dintre femeile cu cancer de ovar avansat recidivează în timpul sau după terapia adjuvantă. Gemcitabina este unul dintre numeroasele tratamente care poate fi utilizat atât ca agent unic, cât și ca terapie combinată pentru tratamentul cancerului ovarian recurrent [56]. Au fost realizate studii controlate care au evaluat gemcitabina fie singură, fie ca terapie combinată. Două studii au comparat gemcitabina cu doxorubicina liposomală pegilată la femeile cu cancer ovarian recurent rezistent la platină. Diferența de supraviețuire totală și fără progresie a fost nesemnificativă. Tratamentul cu gemcitabină a fost asociat cu neutropenie semnificativ mai mare, în timp ce doxorubicina liposomală pegilată a fost asociată cu sindromul mână-picior. Un studiu a evaluat carboplatin și gemcitabina raportată la carboplatin. Diferența de supraviețuire generală a fost nesemnificativă, dar supraviețuirea fără progresie a fost mai lungă cu gemcitabină și carboplatin. Un studiu a evaluat gemcitabina comparativ cu gemcitabină și pertuzumab. Supraviețuirea generală și supraviețuirea fără progresie au fost similare în cele două cazuri. Un studiu a comparat gemcitabina și carboplatina cu gemcitabina, carboplatina și bevacizumab. Rezultatele arată că gemcitabina este un agent activ și sigur în tratamentul cancerului ovarian recurent sensibil la platină și rezistent, dar ar putea evidenția nevoia de noi studii particularizate la pacienții tratați în prealabil [56].

Gemcitabina administrată intravezical a fost recent introdusă pentru tratamentul cancerului vezicii urinare superficiale și are un profil de eficacitate și toxicitate favorabilă în comparație cu mitomicina C (MMC), agentul chimioterapeutic cel mai frecvent utilizat [57]. A fost evaluată potența citotoxică a gemcitabinei în comparație cu MMC în celule uroteliale derivate din țesuturi ne-maligne (UROtsa) și maligne (RT4 și T24) pentru a evalua selectivitatea. Celulele au fost tratate cu gemcitabină sau mitomicină C la concentrații până la dozele clinice timp de 1 sau 2 h (durata clinică). Au fost evaluate viabilitatea celulară, formarea ROS, funcția urotelială și secreția de citokine inflamatorii. Gemcitabina a prezentat o selectivitate citotoxică ridicată pentru cele două linii celulare maligne (RT4, T24), comparativ cu celulele uroteliale non-maligne. În schimb, efectele citotoxice ale MMC au fost neselective cu potență echivalentă în fiecare dintre liniile celulare. Efectul citotoxic al gemcitabinei în liniile celulare maligne a fost asociat cu o creștere a formării radicalilor liberi și a fost semnificativ scăzut în prezența unui inhibitor de transport nucleozid echilibrat. Selectivitatea gemcitabinei pentru celulele uroteliale maligne poate reprezenta efectele urologice adverse mai puțin frecvente în comparație cu alte substanțe chimioterapeutice utilizate frecvent [57].

Administrarea de gemcitabină în adenocarcinomul ductal pancreatic este limitată de farmacocinetica slabă, fibroza densă și hipo-vascularizare. Lipozomii activabili, cu eliberare de medicamente rezultată din încălzirea locală, îmbunătățesc stabilitatea și circulația serului, iar medicamentul eliberat păstrează capacitatea de a difuza în interiorul tumorii [58]. O limitare a gemcitabinei liposomale a fost eficiența redusă. Pentru a aborda această limitare, s-a utilizat potențialul de solubilizare superior al gluconatului de cupru (II) pentru a forma un complex cu gemcitabină (cupru:gemcitabine = 1: 4).

Încapsularea liposomală a gemcitabinei a condus la un timp de înjumătățire a circulației de ~ 2 h in vivo (comparativ cu circulația raportată de 16 min pentru gemcitabină liberă la șoareci), iar medicamentul liber nu a fost detectat în plasmă. Lipozomii/gemcitabină rezultați au fost eficienți atât împotriva cancerului de sân murin, cât și a cancerului pancreatic in vitro. Trei tratamente repetate de lipozomi/gemcitabină activabili, au mărit supraviețuirea în comparație cu tratamentul cu gemcitabină singur. Cu 5 % din doza de gemcitabină liberă (5 în loc de 100 mg / kg), creșterea tumorii a fost suprimată în același grad ca gemcitabina. În plus, într-un model tumoral mai agresiv de cancer pancreatic, gemcitabina lipozomală combinată cu hipertermie locală a condus la moarte celulară indusă și la regiuni de apoptoză și necroză [58].

Au fost investigate efectele citotoxice ale nanoparticulelor lipidice solide încărcate cu gemcitabină asupra celulelor canceroase pancreatice primare (PPCL-46) și celulelor canceroase pancreatice (MiaPaCa-2). Nanoparticulele au fost preparate din monostearat de gliceril (GMS), polisorbat 80 (Tween® 80) și poloxamer 188 (Pol 188) ca agenți tensioactivi folosind o metodă de omogenizare la rece. Nanoparticulelor lipidice solide încărcate cu gemcitabine au avut efecte citotoxice împotriva celulelor pancreatice canceroase (PPCL_46 și Mia-PaCa-2) superioare cazului în care s-au folsit cu GemHCl simplă [59].

Celulele supresoare derivate mieloide (MDSC) promovează imunosupresia mediată de tumoră și progresia cancerului. Gemcitabina (GCT) este un agent chimioterapeutic care combate MDSC; cu toate acestea, utilizarea sa clinică este împiedicată de rezistența sa la medicamente și de administrarea ineficientă in vivo. A fost elaborată o strategie de formulare a unei nanoparticule de Gemcitabină monofosfat cu fosfat de calciu (LCP) și lipide și investigtă imunitatea antitumorală. Nanoparticulele obținute au indus în mod semnificativ apoptoza și au redus imunosupresia în microambientul tumoral. Astfel, administrarea in vivo a agenților folosind nanotehnologie ar putea să modifice substanțial funcțiile imunosupresive și să stimuleze răspunsul imunitar al celulelor T pentru o eficacitate sporită a agentului antitumoral [60].

A fost elaborat un compozit pe bază de oxid de grafene redus electrochimic – nanoparticule de bismut (Er-GOBi) ca senzor electrochimic pentru determinarea clorhidratului de gemcitabină (GCT). Interfața electrodului a fost pregătită prin turnarea prin picurare a suspensiei de oxid de grafenă / nitrat de bismut pe un electrod de carbon sticlos (GCE), urmată de electro-reducerea în domeniul de potențial de la 0,6 V la -1,7 V. Tehnicile SEM, FTIR, EDAX și AFM au fost utilizate pentru caracterizarea electrodului. Au fost utilizate metodele de spectroscopie electrochimică de impedanță și voltametrie ciclică pentru studiul proprietăților de transfer de sarcină [37]. Performanța de detectare a ErGO-Bi / GCE a fost optimizată prin variarea parametrilor dependenți de curent. Relația liniară între curentul de pic și concentrația GMB a fost observată în intervalul 0,1–51,1 mmol / L în metoda voltametrică diferențială și 2,1–61,1 mmol / L în metoda voltametrică liniară. Utilitatea practică a senzorului propus, Er-GOBi / GCE a fost demonstrată prin determinarea GMB în formulările farmaceutice și probele de urină [61].

Comportamentul electrochimic al unui clorhidratului de gemcitabină (GCT) a fost studiat la pH = 10,4 în soluție tampon de fosfat 0,2 M ca suport electrolit la 25,1 °C pe electrodul de aur (GE), folosind tehnici voltametrice diferite. Procesul electrochimic a fost observat a fi controlat prin difuzie, ireversibil și implicând etape oxidative monoelectronice. În condiții optime, curentul de vârf a fost proporțional cu concentrația GCT în intervalul de 0,1-15 mM cu o limită de detecție de 0,06 mM prin voltametrie în pulsuri diferențiale. Metoda a fost dezvoltată pentru determinarea GCT în formulări farmaceutice și urină [62].

1.2.1.3. Paclitaxel

Inhibitorii ciclului celular, inclusiv paclitaxelul, sunt printre cele mai utilizate și eficiente terapii pentru cancer. Cu toate acestea, mai multe provocări limitează succesul paclitaxelului, inclusiv rezistența la medicamente și efectele secundare toxice. Paclitaxel acționează în primul rând prin stabilizarea microtubulelor, blocând celulele în stare mitotică. Cu toate acestea, citotoxicitatea rezultată și ratele de combatere a tumorilor observate nu pot fi explicate pe deplin doar prin acest mecanism [63]. Modificările dependente de concentrația medicamentoasă sunt dezvăluite în țintele cunoscute ale medicamentului, inclusiv tubuline, precum și în multe alte proteine și complexe proteice implicate în semnalizarea apoptotică și homeostazia celulară. Ca atare, au fost studiate modificările la nivel de sistem ale structurilor proteice și a interacțiunilor care apar cu tratamentul cu paclitaxel [63].

Neuropatia periferică indusă de chimioterapie (CIPN) este un efect advers major al paclitaxelului. Mai multe produse pe bază de lipozomi au fost aprobate și au demonstrat eficiențe superioare și profiluri de siguranță pentru alte medicamente. Un prim obiectiv este evaluarea efectului formulării de lipozomi de paclitaxel (L-PTX) asupra neurotoxicității in vitro și in vivo în comparație cu formularea standard a Taxol®. Al doilea obiectiv a fost investigarea efectului formulării asupra biodistribuției paclitaxelului după administrarea intravenoasă la un model animal. Paclitaxelul liber a fost toxic pentru celulele de origine neuronală (IC50 = 18,4 μg / ml) la o concentrație mai mică decât celulele canceroase pulmonare (IC50 = 59,1 μg / mL), iar L-PTX a demonstrat o toxicitate comparabilă în ambele linii celulare (IC50 = 31,8 și 33,7 μg / ml) [40]. Administrarea de L-PTX la 2 mg / kg pe doză pentru un număr total de 4 doze în ziua 0, 2, 4 și 6 la șobolani nu a dus la creșterea sensibilității ca răspuns la stimularea mecanică sau termică, în comparație cu administrarea Taxol® la același nivel de doză care a dus la neuropatie. Biodispoziția Paclitaxel a fost evaluată pentru două formulări în plasmă, ficat, plămâni, creier, măduva spinării, piele și mușchi de șobolan, după o singură doză intravenoasă, la 6 mg / kg. Expunerea la paclitaxel în creier, măduva spinării, mușchi și piele a fost mai mică în grupul L-PTX comparativ cu grupul Taxol®. Lipozomii pegilați care conțin paclitaxel au fost dezvoltați cu succes și au demonstrat o reducere a neurotoxicității in vitro în celulele neuronale și au împiedicat dezvoltarea neuropatiei periferice in vivo. Această dovadă a conceptului de studiu a arătat că formularea în nanoparticule este o abordare promițătoare pentru reducerea (sau prevenirea) neurotoxicității cauzate de medicamentele pentru cancer [64].

Pentru a reduce efectele secundare ale chimioterapiei au fost evidențiate terapiile țintă. Paclitaxel, medicamentul pentru tratamentul cancerului, este depus electrochimic pe aliajul de Ti ca stenturi vasculare pentru terapia localizată a tumorii, prin susținerea eliberării de medicamente pentru a realiza apoptoza celulelor canceroase sau prevenirea metastazelor cancerului [65]. În experiment, testele de polarizare catodică cuplate cu reacții electrochimice au fost analizate pentru a specula mecanismul de depunere. A fost utilizat un spectrofotometru (spectrometru vizibil UV) pentru a măsura încărcarea și eliberarea de medicament. În cele din urmă, s-a efectuat analiza viabilității celulelor pentru eficacitatea medicamentului. Se concluzionează că paclitaxelul poate fi depus cu succes pe aliajul de titan prin metoda electrochimică. În plus, eșantionul acoperit post-hidroxiapatită cu o porozitate ridicată poate spori încărcarea medicamentului de la 395 ± 95 μg / cm2 până la 572 ± 99 μg / cm2. Toate rezultatele indică faptul că acoperirea compozitului paclitaxel / hidroxiapatită prin metoda depunerii electrochimice este mult mai eficientă și mai promițătoare.

S-au dezvoltat formulări de paclitaxel (PTX) cu dispersie solidă (SD) și micele (M) pentru a îmbunătăți solubilitatea și absorbția orală la șobolani. În plus, efectele anti-cancer îmbunătățite ale formulărilor PTX au fost comparate în diferite linii de celule pentru cancerul de sân. Formulările SD cu diverși copolimeri au fost preparate folosind o metodă de evaporare a solventului și micelele cu Soluplus® amestecate cu D-α-tocoferil polietilen glicol-1000-succinat (TPGS) utilizând o metodă de hidratare. Formulările SD și micelele au fost, stabile timp de 3 și, respectiv, o lună. Efectele anti-cancer au crescut semnificativ în celulele canceroase ale sânului, și nu au fost toxice pentru celulele normale [66]. Carcinomul ovarian (OC) este una dintre principalele cauze de deces în rândul malignităților ginecologice din întreaga lume. Se caracterizează prin rata mare de mortalitate din cauza lipsei diagnosticului precoce. Regimul chimioterapeutic de primă linie pentru cancerul ovarian epitelial în stadiu tardiv este paclitaxel în asociere cu carboplatin. Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, recidiva apare în termen de șase luni, în ciuda succesului inițial al acestei combinații chimioterapeutice. O mulțime de provocări au fost întâmpinate cu administrarea convențională de paclitaxel, pe lângă apariția toxicității grave în afara țintei. O problemă majoră este solubilitatea slabă a paclitaxelului, care a fost îmbunătățită prin adăugarea de Cremophor EL, care din păcate a dus la reacții adverse la hipersensibilitate. Un alt obstacol este rezistența multiplă la medicamente, care este cauza principală a recurenței de CO. În consecință, încorporarea paclitaxelului, exclusiv sau în combinație cu alte medicamente, în sistemele de nano a atras atenția multor cEPRetători pentru a evita toate aceste obstacole. Au fost descrise provocări în ceea ce privește proprietățile fizico-chimice, activitatea biologică și livrarea țintită de PTX cu soluții corespunzătoare folosind nanotehnologia. Au fost colectate diferite categorii de nanoconductori folosiți, inclusiv sisteme de lipide, proteine, polimerice, nanoemulsii solide și hibride. Au fost propuse, de asemenea, perspective viitoare, inclusiv considerații imperative de cEPRetare în terapia cancerului ovarian [67].

Paclitaxelul a fost încorporat în amidon poros în formule de nanoparticule (PNPS), iar proprietățile lor au fost cercetate prin utilizarea paclitaxelului brut și a sistemul de paclitaxel în amidon poros (PPS) ca grupuri de control. Conform rezultatelor testate, încărcarea medicamentului și eficiența de încapsulare a PNPS au fost mai mari decât cele ale PPS. Prepararea PNPS a fost o metodă potențială pentru a îmbunătăți dizolvarea și biodisponibilitatea paclitaxelului [68].

Paclitaxelul a început să fie utilizat recent împotriva tratamentului cancerului de prostată și este un compus foarte eficient împotriva cancerului. A fost testat efectul sinergic a doi compuși activi ai plantelor (sulforafanul (SFN) și silimarina (SILY)) și a mai multor specii de plante endemice din Turcia (Phlomis leucophracta, Rubia davisiana, Alkanna tinctoria), care sunt cunoscute să aibă efect anticarcinogen. Substanțele din plante și extractele endemice din plante au fost combinate cu medicamentul Paclitaxel. Extractele de plante endemice și substanțe pe bază de plante au indicat efecte antiproliferative și apoptotice în liniile celulare ale cancerului de prostate [69]. Folosind diferite combinații de extracte din plante sau substanțe active cu paclitaxel, pot fi dezvoltate strategii de tratament mai economice și mai eficiente.

Paclitaxelul a fost studiat electrochimic în soluție tampon fosfat la pH diferit folosind un electrod de grafit. Pentru scopuri analitice, s-a obținut un pic voltametric controlat difuziv ireversibil în soluția tampon fosfat pH 7 cu rezistență ionică 0,2 M la 1,214 V. Conform relației liniare dintre curentul de pic și concentrația paclitaxelului, metoda voltametrică a pulsului diferențial a fost dezvoltată pentru determinarea cantitativă a acesteia în preparate farmaceutice și lichide biologice umane. Răspunsul liniar a fost obținut în intervalul 4,0×10–7 până la 3,0×10–6 M cu o limită de detectare de 2,46×10–9 M. Precizia și acuratețea metodei dezvoltate au fost verificate prin studii de recuperare. Metoda propusă a fost aplicată cu succes la forma de dozare individuală în formele injectabile și la fluidele biologice umane [70].

Comportamentul electrochimic al medicamentului paclitaxel a fost studiat la un electrod de carbon sticlos în soluții tampon fosfat folosind tehnici voltametrice cu impulsuri ciclice și diferențiale. Procesul de oxidare s-a dovedit a fi ireversibil pe intervalul de pH (3.0-10.4) și a fost controlat prin difuzie. Au fost discutate efectele potențialului de vârf anodic (Ep), curentului de vârf anodic (Ipa), vitezei de scanare, pH-ului, constantei eterogene de viteză etc. A fost dezvoltată o metodă analitică pentru determinarea paclitaxelului în soluție tampon fosfat ca electrolit suport. Metoda propusă a fost aplicată cu succes la determinarea paclitaxelului în eșantioane reale [70, 71].

1.2.2. Nistatin. Generalități, acțiune terapeutică, structura chimică și moleculară

Antifungicele (antimicoticele) prezintă acțiune fungicidă sau fungistatică, ele se administrează în scopul tratării infecțiillor cu ciuperci patogene de la nivelul dermei, mucoaselor digestive și ale căilor genito-urinare. Unele ciuperci, cum ar fi Candida albicans, sunt deosebit de rezistente la chimioterapie, acțiunea unor antibiotice antimicotice fiind foarte necesară în reducerea simptomatologiei secundare; acestea pot fi administrate fie extern, fie per os.

Nistatinul, izolat în 1950 din culturi de Streptomyces noursei, face parte din clasa antibioticelor marolitice cu structură polienică cuprinzând în molecula sa aminozaharul micozamina și agliconul (laptona) nistatinolid [72, 73]. Este un antifungic utilizat pe scară largă împotriva fungilor patogeni, levurilor, neafectând protozoarele și actinomicetele. Este întâlnit ca o pulbere de culoare galben deschis, puțin solubilă în apă, solubilă în metanol, etanol, dimetilformamidă.

Pe piața farmaceutică substanța activă nistatin este întâlnită în produse precum Nistatin, Stamicin, Nidoflor, Polygynax sau Mycostatin [74].

Antimicotice produse de sinteză derivă din antisepticele simple neselective pe bază de clorfenol și prezintă o toxicitate în egală măsură atât pentru gazdă, cât și pentru fungi. Aceste produse se administrează extern, local sub formă de creme, unguenturi, pomezi sau soluții. Există și antimicotice sistemice cu administrare orală, care au dovedit rezultate foarte bune. Ele s-au obținut prin introducerea derivaților imidazolici, bazicitatea imidazolului și structura apropiată de a multor produse naturale din organism le reduce toxicitatea și mărește selectivitatea [74].

Nistatin – C47H73NO18, masa moleculară 940,1, prezintă în mediu neutru maxim de absorbție la 210 nm, 290 nm, 305 nm si 319 nm, iar în mediul acid și alcalin – 220 nm [75]. Criteriile de puritate fiind raportate la 291 nm, 305 nm și 319 nm.

Dozarea nistatinului substanță se poate realiza și din preparate farmaceutice. Una dintre metodele de dozare poate fi reacția de culoare a nistatinului în mediu alcalin cu absorbția maximă la 380 nm [76, 77]. Se mai pot folosi pentru dozare reacțiile de culoare cu TiCl4 în dimetilformamidă (DMF) [78], acid fosforic [79] sau clorură de aluminiu și acid clorhidric în mediu hidroalcoolic [75].

Medicamente. Noțiuni introductive

Generalități. Compatibilitate, incompatibilitate, stabilitate

Consumul de medicamente a crescut enorm in toata lumea, mai ales in ultimul timp cand se lanseaza si o diversitate de substante chimice, sub forme fie ca aditivi alimentari, pesticide sau diferite substante chimice folosite in agricultura si industrie [80].

Deoarece sanatatea oamenilor este amenintata de sporirea poluarii chimice a aerului, a apei, a alimentelor, consumul substantelor medicamentoase a crescut tot mai mult, statisticile aratand atat cresterea sperantei de viata, cat si cifra de afaceri a industriei farmaceutice [80].

Medicamentele sunt substante chimice cu proprietati multiple curative sau de prevenție.

Dupa Pierre Raymond medicamentele sunt clasificate in patru categorii: medicamente indispensabile; medicamente secundare sau adjuvante

Medicamente asa-zise de confort precum vitaminele, tonifiantele, tranchilizantele

Medicamente de tip placebo [80]

Sunt urmarite doua aspecte esentiale: actiunea medicamentoasa pur farmacodinamica si influenta medicului prescriptor din punct de vedere psihic si psihoterapeutic, avand ca efect amplificarea sau diminuarea efectului medicamentos [80].

Aceste efecte pot fi:

– sinergice, cand doua sau mai multe substante actioneaza in acelasi scop

– antagoniste, cand substantele administrate actioneaza in sens contrar

– indiferente, cand nu exista nicio interactiune intre substante [80].

Cum dupa afirmatia lui Franz Halberg "un om nu este acelasi la 10 dimineata si la 10 seara", trebuie avut in vedere faptul ca nu toate medicamentele nou aparute sunt si ceea ce trebuie, cu efectul tinta dorit functie de diversitatea organismelor si a patologiilor, astfel sunt necesare studii de cEPRetare pentru o buna aplicabilitate si obtinerea rezultatelor dorite.

Principalele modalitati de preparare ale substantelor active sunt extractia, sinteza, semisinteza si biosinteza [80].

Prepararea unui extract necesita doua etape:

Divizarea elementului continator intr-un solvent, de obicei, alcool;

Concentrarea solutiei extractive in scopul obtinerii principului active in volume mici si in stare ferma.

Etape in producerea unui nou medicament:

Etapa de screening – trierea efectelor unei substante prin diverse testari

Etapa testarilor toxicologice si teratogene

Etapa experimentarii clinice umane

Etapa autorizatiei de punere in vanzare [80].

Substanțele medicamentoase le regăsim sub diferite forme farmaceutice. Ele sunt sisteme termodinamic instabile, ce pot suferi transformări fizico-chimice. Unul dintre obiective în ceea ce privește medicamentele este obținerea de medicamente cu stabilitate cât mai mare în timp. De-a lungul depozitării, medicamentele suferă diferite interacțiuni fizico-chimice, chimice sau biologice în urma acțiunii unor factori externi sau interni, ceea ce conduce la alterarea calității medicamentului, fapt ce este vizibil de la aspectul lor exterior până la scăderea, chiar anularea efectului farmacodinamic sau creșterea toxicității acestuia [81].

Funcție de compatibilitatea sau incompatibilitatea componentelor medicamentoase astfel încât să nu fie afectată calitatea medicamentelor, se stabilește prepararea, conservarea și modul de administrare a medicamentelor.

Medicamentele sunt considerate instabile atunci când se pierde mai mult de 10% din activitatea lor în timpul de la preparare până la administrarea completă. Instabilitatea substanțelor medicamentoase se referă la fenomene sesizabile sau nu organoleptic apărute în timp, în timpul conservării și depozitării, sub influența factorilor de mediu precum temperatura, lumina, umiditatea, cât și a ambalajului folosit [81].

Stabilitatea medicamentelor este influențată și de excipienții folosiți, de procesele tehnologice de fabricație, condiții de manevrare, transport, conservare, factori ce pot duce la modificări ale proprietăților fizice, chimice, microbiologice și biofarmaceutice.

Stabilitatea unui medicament poate fi:

stabilitate chimică – menținerea în limite fixe a integrității și reactivității chimice a fiecărui component

stabilitate fizică – păstrarea proprietăților fizice inițiale, aspect, culoare, gust, uniformitate, formă cristalină, solubilitate, tendințe de dispersie

stabilitate microbiologică – menținerea sterilității sau a rezistenței la dezvoltarea de microorganisme

stabilitate toxicologică – maximul de toxicitate evaluată cantitativ fiind DL50

Factorii care pot influența stabilitatea medicamentelor sunt multipli, complecși, de natură fizicochimică, externi, interni sau de natură biologică.

Factorii externi includ:

reactanți: oxigenul, dioxidul de carbon din aer, apa – umiditatea atmosferică

energie: temperatura, lumina

catalizatori: ioni, enzime, microorganisme

Factorii interni includ:

reactanți

solvenți

catalizatori: ioni ai metalelor grele, ioni de hidroniu si de hidroxil, substanțe tampon [81].

Clasificarea medicamentelor. Clase principale de medicamente pe aparate si sisteme [82]

1.3.2.1. Medicamentele sistemului nervos central

Anestezice generale (narcotice): narcotice de inhalatie, hidrocarburi, halogenoderivati, eteri alifatici, narcotice intravenoase;

Hipnotice sedative: bromuri si preparate vegetale, alcooli, derivati carbonilici si alcooli halogenati, amide, ureide, uretani, derivati barbiturici;

Anticonvulsivante: derivati barbiturici si inruditi, derivati hidantoinici, derivati oxazolidin-dionici, succinimide

Substante psihofarmacologice: tranchilizante, antidepresive, analeptice, halucinogene

Analgezice: opiacee naturale si de semisinteza, analgezice de sinteza

Antitermice – analgezice – antiinflamatorii: derivati pirazolinici, derivati salicilici, acizi antranilici, derivati ai p-amino-fenolului, acizi aril-acetic, antiinflamatorii nesteroide

Antitusive: expectorante, opiacee antitusive

Anestezice locale: esteri, amide, eteri si alte structure

1.3.2.2. Medicamentele sistemului nervos vegetativ

Adrenergice: fenil-etil-amine, amine alifatice, imidazoline 2-substituite

Adrenolitice: derivatii acidului lisergic, 2-Clor-etilamine, imidazoline, blocatori β-adrenergici

Colinergice: esterii colinei, anticolinesterazice

Anticolinergice: derivati tropinici si izochinolinici, spasmolitice de sinteza

Blocatori ganglionari si neuromusculari

Antihistaminice: antihistaminice H1, antihistaminice H2

1.3.2.3. Medicamentele aparatului excretor

Diuretice: baze purinice, sulfamide, acizi aril-oxiacetici

1.3.2.4. Medicamente cardiovasculare

Cardiotonice

Antiaritmice si antifibrilante

Dilatatori coronarieni: esteri ai acidului azotic, derivati cromonici, cumarinici si homopurinici, fenil- si difenil-etilamine, sidnon-imine

Antihipertensive: produse naturale, ftalazino-hidrazine, derivati guanidinici si similari, acizi piperidin-dicarboxilici, pseudoadrenergice, inhibitori de convertaza de angiotensina

Coagulane

Anticoagulante: produse natural si de semisinteza, derivati cumarinici, derivati indandionici

Venotonice

Antidiabetice: derivati biguanidici, derivati sulfonilureici

Inlocuitori de plasma

1.3.2.5. Substante de contrast si diagnostic

Agenti de contrast: derivati triiod-aminobenzoici, acizi aril-alifatici, derivati piridonici

Coloranti ca agenti de diagnostic

1.3.2.6. Medicamente chimioterapice

Sulfamide: sulfamide N4-substituite, sulfamide N1-substituite, sulfamide N1-substituite cu azoli, sulfamide N1-substituite cu azine, N1-Acilsulfanilamide

Antibiotice: antibiotice β-lactamice, antibiotic aminoglucozidice, tetracicline, macrolide (nistatinul, eritromicina, rifamicina), antibiotice polipeptice

Antimicotice: produse naturale, produse de sinteza

TubEPRulostatice: derivati piridinici si pirazinici, antibiotic si etambutol, acidul p-amino-salicilic

Antimalarice

Antitricomoniazice

Antihelmintice

Antivirotice

Citostatice:

i.1. agenti alchilanți, , antibiotic, alcaloizi, hormoni

i.2. agenți parțial alchilanți

i.3. antineoplazice de origine vegetală (Paclitaxel)

i.4. antimetaboliti

i.5. complexe de platină

i.6. antibiotice antineoplazice (Epirubicina)

i.7. agenți antitumorali diverși

i.8. agenți antitumorali noi (Gemcitabina) [83]

Antiseptice si dezinfectante: saruri cuaternare de amoniu, coloranti antiseptic, fenoli, halofenoli si derivatii lor, antiseptice nitrofuranice

Vitamine: vitamina A, D, E, K, F, complexul vitaminelor B (tiamina, riboflavin, piridoxina, acidul pantoteic, cidul folic, acidul p-amino-benzoic), acidul ascorbic

1.3.2.7. Hormoni

Hormoni tiroidieni

Hormoni corticoizi

Hormoni sexuali (hormoni androgeni, estrogeni, progestogeni) [82].

Transformări ale substanțelor medicamentoase și coexcipienților din preparatele farmaceuticce

Substanțele medicamentoase ca atare sau sub forma de medicamente suferă modificări chimice, fizice și microbiologice, în timpul conservării și depozitării.

Dintre transformările chimice putem aminti reacțiile de oxidare, de hidroliză, de decarboxilare, izomerizare, de substituție și de polimerizare.

Reacțiile de oxidare împreună cu cele de hidroliză sunt cele mai frecvente reacții de degradare a substanțelor medicamentoase. Majoritatea reacțiilor de oxidare din cadrul produselor farmaceutice sunt reacții de autooxidare și de dehidrogenare. În Tabelul 1.1. sunt redați compușii chimici cei mai sensibili la autooxidare, iar în Tabelul 1.2., grupările cele mai frecvente care participă la oxidarea unor substanțe medicamentoase.

Tabel 1.1.

Grupe funcțional autooxidabile [referinta]

Tabelul 1.2.

Grupări participante la oxidarea unor substanțe medicamentoase [referinta]

Reacțiile de solvoliză sunt cele mai des întâlnite reacții de degradare a substanței medicamentoase din cadrul soluțiilor parentale și au loc fie cu molecule de apă, numite reacții de hiroliză, fie cu molecule de alcool, numite reacții de alcooliză. Vitezele de reacție diferă funcție de instabilitatea tipurilor de legături desfăcute, forma farmaceutică, pH, soluții tampon, temperatură, umiditate atmosferică, polaritatea solventului.

Reacțiile de decarboxilare sunt mai rar întâlnite, ele depind de efectul unor reacții de hidroliză și de oxidări anterioare. Factorii care influențează reacțiile de decarboxilare sunt: temperatura, lumina, pH-ul, enzime, polaritatea solvenților și prezența ionilor metalici care pot acționa drept catalizatori "negativi".

Reacții de izomerizare. Transformarea unei substanțe medicamentoase optic activă într-o formă racemică optic inactivă poate avea loc în urma inversării planurilor de orientare sterică. Cele mai multe reacții de izomerizare au loc după o cinetică de ordinul I și pot fi influențate de o cataliză acido-bazică, cât și de un pH apropiat punctului izocatalitic.

Reacțiile de polimerizare au loc în urma proceselor autooxidative sau de hidroliză ducând la formarea de compuși intens colorați. Aceste reacții respectă fie un mecanism radicalic specific polimerizării vinilice și reacțiilor înlănțuite cu cele trei etape de inițiere, propagare și întrerupere, fie un mecanism ionic, anionic sau cationic. Viteza reacțiilor de polimerizare este influențată de factori precum lumina, temperatura, ioni ai metalelor grele, pH și oxigenul atmosferic [81].

Modificările chimice și fizico-chimice ale excipienților din cadrul unui produs farmaceutic diferă funcție de substanța activă. În cazul în care substanța activă este naturală, produșii de descompunere sunt toți cunoscuți și inerți spre deosebire de substanțele active sintetice ale căror produși de descompunere sunt toxici.

Transformările fizice vizează rezistența comprimatelor, consistența unguentelor, stabilitatea emulsiilor și suspensiilor, vâscozitatea siropurilor, claritatea soluțiilor. Modificarea omogenității și a solubilității influențează proprietățile biofarmaceutice. Instabilitatea fizică poate fi o consecință a transformărilor chimice sau microbiene ce poate fi evitată prin stabilizare chimică și activitați antimicrobiene. Transformările fizice ale produselor farmaceutice lichide, semisolide și solide vizează cristalizarea substanțelor amorfe, transformarea formei de cristalizare, creșterea cristalelor, ecremarea emulsiilor, depunerea suspensiilor, pătarea comprimatelor [81].

Modificările microbiologice pot apărea în urma utilizării și conservării medicamentelor, nesterilizării finale, cât și preparării septice. Controlul biologic și microbiologic al medicamentelor, cât și asigurarea calității lui fiind obligatorii. Contaminarea medicamentelor cu bacterii, ciupEPRi, alge, virusuri, diferite produse de metabolism (toxine/substanțe pirogene) are următoarele cauze:

prepararea utilizând materii prime sau apă distilată contaminate

nerespectarea condițiilor igienico-sanitare din timpul procesului de fabricație

păstrarea neadecvată a medicamentelor

Nerespectarea condițiilor igienico-santare de producere a medicamentelor poate duce la instabilitatea produsului prin descompunerea microbiană a substanțelor auxiliare, pierderea activității prin descompunere microbiană a substanțelor active, creșterea toxicității prin produși ai metabolismului microbian, chiar apariția infecțiilor de tip local din cauza bacililor gramnegativi.

Macroscopic modificările microbiologice le putem observa prin formarea de mucegaiuri, de colonii bacteriene, alterarea clarității, prezența de precipitate și diferite colorări, modificarea mirosului și formarea de gaze. De asemenea, obținerea unui produs farmaceutic steril necesită folosirea unei materii prime, indiferent de natura ei, chimică, animală, vegetală, a unor solvenți, diluanți, emulgatori, dezagreganți, conservanți, coloranți, ce respectă o anumită puritate microbiologică. Ca urmare putem vorbi despre factori direcți (materii prime, recipienți, instalații, aparatură, instrumentar, ambalaje, mediul ambiant, operatori/personalul manipulant), cât și indirecți (forma farmaceutică, compoziția) [81].

Metode analitice utilizate în studii de stabilitate a medicamentelor

Stabilitatea structurii chimice și analiza chimică a unei substanțe medicamentoase se poate realiza prin diverse metode precum:

Colorimetria – determinarea concentrației unei substanțe colorate dintr-o soluție prin comparare cu o altă soluție care conține aceeași substanță în concentrație crescută;

Fotometria – măasurarea comparativă a fluxurilor luminoase dintr-un domeniu oarecare al spectrului cu ajutorul unor dispozitive sau prin transofrmarea energiei de radiație în energie electrică;

Spectrofotometria – măasurarea absorbției sau a emisie unei substanțe ca funcție de llungimea de undă a radiației. Cu ajutorul ei se pot face măasurători calitative cât și cantitative pe gaze, soluții sau solide într-un domeniu de lungimi de undă variat [81].

Evaluarea și testarea stabilității medicamentelor presupune metode și tehnici analitice ce vizează identificcarea și determinarea conținutului în principii active, caracterizarea produșilor de degradare, elaborarea metodelor de verificare a termenului de valabilitate. Alegerea metodelor având ca scop evaluarea stabilității trebuie să aibă în vedere proprietățile fizice și chimice, mecanismul, structura și proprietățile produșilor de degradare. Modalitatea de alegere a metodei de determinare a substanței medicamentoase intacte în soluție sau în amestec impune cunoașterea proprietăților ei de solubilitate în solvenți, a potențialului oxidoreducător, a constantei de disociere, cât și a proprietăților cromatografice, fluorescente sau spectrale [81].

Dintre metodele utilizate putem enumera:

metode directe:

metode organoleptice care oferă detalii despre modificarea aspectului, culorii, mirosului, gustului

metode bazate pe analiza organică funcțională: metode titrimetrice – electrometrice, metode sprectracle în UV, în vizibil, în IR, RMN, metode fluorimetrice

metode termice: termogravimetria, determinarea punctului de topire, analiza termică diferențială, analiza calorimetrică diferențială

metode bazate pe determinarea solubilității: solubilitatea de fază, determinarea vitezei de dizolvare

metode care necesită separări prealabile:

cromatografia de strat subțire (CSS)

cromatografia pe coloană

metode de evaluare și verificare a duratei de valabilitate a medicamentelor:

metode izoterme care au la bază conceptul cineticilor de degradare și ecuația lui Arrhenius

metode neizoterme în cadrul cărora proba este supusă unui gradient de temperatură încât energia de activare și constanta de viteză a reacției pot fi determinate într-un singur experiment [81].

Alcoolul polivinilic. Proprietăți și utilizări

Proprietățile alcoolului polivinilic

Alcoolul polivinilic (APV) este un polimer sintetic solubil în apă cu formula [-CH2CH(OH)-]n care este comEPRializat sub formă de granule sau pulbere. APV se utilizează în industria ceramicii și hârtiei, în cosmetică sau în medicină. În plus, poate fi util pentru formarea unor pelicule polimerice, prin adsorbție pe suprafețele metalice, ca un singur compus sau în combinație cu anumite particule metalice, constituind în mod special o matrice favorabilă adsorbției nanoparticulelor de argint [84-87]. Pentru obținerea compozitelor pe bază de alcool polivinilic și nanoparticule de argint ca fibre, geluri sau filme subțiri [87], au fost utilizate diferite tehnici, inclusiv sinteza electrochimică [84].

Masele moleculare medii obținute pentru alcoolul polivinilic pot varia între 20.000 și 400.000, în funcție de lungimea lanțului macromolecular al poliacetatului de vinil, care reprezintă precursorul de sinteză a APV, prin reacția de hidroliză bazică. Gradul de hidroliză variază de la 80% (APV – parțial hidrolizat), până la mai mult de 99% (APV-total hidrolizat). APV total hidrolizat poate fi utilizat la obținerea unor hidrogeluri, cu proprietăți specifice, care se formează ulterior reacției de reticulare a polimerilor liniari.

Conținutul de polimer afectează proprietățile fizice ale materialului rezultat [88]. Conținutul scăzut conduce la obținerea unui material moale, deoarece fluidul se deplasează liber prin matrice, în timp ce un conținut mai ridicat favorizează rigidizarea și întărirea considerabilă a matricei materialului [88].

Proprietățile chimice și fizice ale APV pot varia în funcție de gradul de hidroliză, care determină tipul de APV, parțial sau total hidrolizat. Alcoolul polivinilic are o rezistență substanțială la tracțiune, flexibilitate, duritate precum și, caracteristici de barieră a aerului și a aromelor. Comparativ cu oricare alt polimer cunoscut, s-a demonstrat că APV are caracteristici superioare de barieră pentru oxigen, permeabilitatea sa pentru gaze fiind afectată de umiditate [88].

Solubilitatea în apă și proprietățile fizice ale APV, inclusiv forma filmelor sale, sunt puternic afectate de gradul de hidroliză, masa moleculară și cristalinitate. APV este parțial cristalin, are rezistența chimică bună și este biodegradabil. Totalitatea proprietăților fizice îl face compatibil cu țesuturile umane [88]. APV are o structură care poate absorbi moleculele de proteine, nu are efecte toxice și prin urmare, membranele de APV au fost dezvoltate pe scară largă pentru aplicații biomedicale. APV se poate adsorbi chimic sau fizic, acoperind suprafața unor nanoparticule, utilizându-se în domenii multiple sub formă de filme și cleiuri, datorită proprietăților chimice și fizice speciale, biocompatibilității, stabilității termice și non-toxicității [88].

Structurile cristaline pot fi controlate prin modificarea compoziției chimice a grupărilor -OH. Bio-inerția și compatibilitatea sunt alte proprietăți ale APV, care au implicații într-un domeniu medical mai vast: hemodializa, sistemul de transport (dirijare) a medicamentelor și dispozitivelor medicale, precum implanturile. Produsele pe bază de APV sunt utilizate în domeniul farmaceutic și biomedical ca sisteme de eliberare controlată a medicamentelor, fiind folosite în știința/tehnologia țesuturilor. Plasturii transdermici au început sa fie utilizați în sistemul biomedical, datorită proprietăților APV, cum ar fi solubilitatea în apă și biodegradabilitatea. Microsferele reticulate de APV sunt utilizate în diverse domenii [88].

Utilizările alcoolului polivinilic

Impactul asupra mediului înconjurător, cât și durata efectelor sunt foarte importante în ingineria sistemelor pentru dezvoltarea unor materiale biodegradabile. De asemenea, s-a constat că APV reticulat cu glioxal are o rezistență la rupere de aproximativ 2 ori mai mare decât a polimerului liniar [89].

Biocompozitul obținut din celuloză/APV (care a fost pretratat cu clorură de 1-n-butil-3-metil imidazol) are elasticitate mai redusă decât pelicula de celuloză [89].

Datorită aplicabilității extinse a APV în industria alimentară, industria ambalajelor și în dezvoltarea domeniului medical al filmelor și membranelor bazate pe APV, s-au realizat filme comopolimere fabricate pe bază de gellan (guma gellan) și APV în proporții diferite. Rezistența la întindere arată că forța/puterea dintre polimerul pur și amestec variază între 3,5 și 5,6 Mpa și scade odata cu creșterea cantității de APV [89].

De asemenea, s-au preparat filme pe bază de chitosan/APV. Testele mecanice au arătat că un conținut mai mare de chitosan prezintă o rezistență la întindere mai mare, dar cu alungire minimă. Au fost realizate și studiate biofilmele pe bază de proteine miofibrilare (PMF) și APV în diferite proporții și de asemenea, influența nivelului pH-ului [89].

S-a constatat că rezistența la întindere crește odată cu creșterea procentului de APV și scade în cazul PMF. La un pH = 3, filmele au o rezistență mai mare pe masură ce crește procentul de APV, în timp ce la pH = 11, crește rezistența filmelor care conțin un procent mai mare de PMF [90].

Tabel 1.3.

Proprietățile și utilizările APV

Nanoparticule de argint. Proprietăți și aplicații. Efecte toxice

Proprietățile și aplicațiile nanoparticulelor de argint

Argintul a fost folosit de secole, ca agent antimicrobian eficace pentru a reduce infecțiile biologice. Răspândirea la nivel mondial a rezistenței microbiene este preocuparea care alarmează practica clinică. Diferiții agenți antibiotici sunt utilizați de mai mulți ani ca tratamente având rezultate, dar utilizarea excesivă a determinat rezistența microbiană. Deci, pentru a reduce rezistența microbiană, este necesar să se elaboreze noi strategii care să revoluționeze nanotehnologia. În general, infecțiile sunt responsabile pentru întârzierea vindecării rănilor închise, traumatismelor, arsurilor și ulcerațiilor cronice ale pielii. Agentul antimicrobian pe bază de argint este un dezinfectant în curs de dezvoltare, recomandat pentru vindecarea rănilor prin combaterea infecțiilor fără a afecta celule umane. Dar, rezistența sa, toxicitatea și analiza protocoalelor produsului sunt principalii factori de analizat înainte de utilizarea acestuia [90]. Compozitul din nAg/chitosan ca agent de vindecare a rănilor este obținut printr-un procedeu simplu în două etape. Includerea nAg în chitosan ar putea îmbunătăți acțiunea antibacteriană împotriva rezistenței la medicamente și împotriva bacteriilor dăunătoare rezistente la medicamente. Partea hidrofobă a pansamentului prezintă proprietăți impermeabile și antiaderente, pentru a evita contaminarea suprafețelor. Dimpotrivă, suprafața hidrofilă manifestă capacitatea de pătrundere a apei și diminuează dezvoltarea bacteriilor [90].

Materialele sterile reprezintă unul dintre obiectivele comune expuse de oamenii de știință, astfel încât să existe materiale fără bacterii folosite în diferite condiții de mediu/sub rezerva diferitelor condiții de mediu. Utilizarea diversă a nanomaterialelor pentru fabricarea țesăturilor a condus la diversificarea proprietăților textilelor cum ar fi, stimularea impermeabilității pielii/rezistenței la pete, antișifonarea, îmbunătățirea rezistenței în timp. Impermeabilitatea și proprietățile antimicrobiane sunt foarte importante pentru a spori durabilitatea țesăturilor/materialelor, aspectul fizic și flexibilitatea. Industria textilelor adoptă și schimbă noi tehnologii nu numai în prelucrarea țesăturilor, ci și în utilizarea agentului antimicrobian pentru a evita contaminarea bacteriană. De asemenea, în prezent oamenii sunt conștienți despre infecțiile bacteriene care apar în urma utilizării produselor textile [90]. Prin urmare, nAg sunt mai utile/folosite decât argintul ionic, deoarece nu pătează țesăturile, permit respirația și manipularea materialului. Agentul antimicrobian pe țesătură în formă pură sau compozită nu poate duce la decolorări sau la distrugerea rezistenței mecanice a fibrelor [90]. Proprietățile dezinfectante ale argintului nanocoloidal sunt prezentate în Tabelul 1.4.

Tabel 1.4.

Proprietăți fizicochimice ale nAg ca dezinfectant [90]

Pe de altă parte, explozia microbiană alimentară, comerțul cu alimente la nivel mondial și transportul alimentelor procesate către consumatori motivează căutarea de modalități noi pentru a inhiba contaminarea microbiană a alimentelor, împreună cu provocări-cheie precum calitatea, prospețimea și siguranța. Filmele polimerice biodegradabile reprezintă o opțiune alternativă în ambalarea produselor alimentare, deoarece acestea pot fi obținute la costuri reduse din surse regenerabile, fără a contribui la poluarea mediului. Din aceste motive, polimerii biodegradabili, care deja se utilizează în mai multe domenii, au prezentat un interes crescut ca alternative pentru polimerii nedegradabili utilizați în prezent la ambalarea alimentelor și anume: polietilena, clorura de polivinil și alcoolul polivinilic [91].

Dintre acestea, cele mai frecvent utilizate sunt polizaharidele cum ar fi celuloza, agaroza, amidonul și chitosanul (Tabelul 1.5.) [91].

Tabelul 1.5.

Materiale compozite pe bază de nAg/matrice polimeră comestibilă și biodegradabilă [91]

Centrul pentru Controlul și Prevenirea Bolilor (CDC) din SUA a evaluat că 90% din infecții au apărut din cauza diferitelor tipuri de bacterii. În conformitate cu raportul CDC aproape 48 de milioane de persoane au fost infectate, din care 128000 au fost spitalizate, iar 3000 au murit în Statele Unite din cauza toxiinfecțiilor alimentare. Acestea nu sunt doar infecții bacteriene, ci și toxine eliberate din diverse microorganisme în timpul proceselor metabolice [90]. Prin urmare, sunt necesare tehnologii de ambalare antimicrobiană pentru a spori durata de depozitare a alimentelor, pentru a inhiba contaminarea bacteriană și pentru a preveni sau întârzia deteriorarea. Pentru ambalarea produselor alimentare, compozitele care conțin nAg sunt materiale bactericide promițătoare împotriva unei game largi de microorganisme, cum ar fi bacteriile, drojdiile și fungii. Comparativ cu materialele organice care au o stabilitate redusă, majoritatea metalelor anorganice și a oxizilor metalici utilizați ca agenți antimicrobieni sunt mai tolerabili față de condițiile drastice de procesare a alimentelor. Materialele cu nAg sunt puternic biocide, împotriva diferiților agenți patogeni. Migrarea argintului de la suprafețele de ambalare către produsele alimentare reprezintă principalul risc în ceea ce privește sănătatea [90].

Totodata, datele de literatură au arătat că, nanoparticulele de argint cu proprietăți biocide, pot fi o alternativă remarcabilă pentru distrugerea microorganismelor [90]. Acestea sunt eficiente în eliminarea unei game largi de bacterii gram-negative și gram-pozitive. Bacteriile Gram-negative includ genurile Acinetobacter, Escherichia, Pseudomonas, Salmonella și Vibrio, în timp ce bacteriile Gram-pozitive includ genuri cum ar fi Bacillus, Clostridium, Enterococcus, Listeria, Staphylococcus și Streptococcus [90]. CEPRetările au demonstrat că nanoparticulele de argint cu un diametru de 22,5 nm cresc activitatea antibacteriană a unor antibiotice, cum ar fi Penicilina G, Amoxicilina, Eritromicina, Clindamicina și Vancomicina [90]. De asemenea, s-a observat că nanoparticulele de argint sunt eficiente împotriva multor viruși și inhibă, de asemenea, replicarea virusului HIV, recum și a unor ciupEPRi de tipul: Aspergillum, Candida și Saccharomyces. Astfel, nanoparticulele de argint sunt extrem de utile pentru creșterea animalelor, fiind folosite ca alternative la unele antibiotice [90].

Provocările actuale din domeniul biomedical sunt reprezentate de: rezistența organismului la antibiotice; protocoalele de dezvoltare a produselor și utilitatea acestora din punct de vedere al toxicității; perioada de vindecare și efectele secundare asupra celulelor umane. Obiectivele cheie constau în: detectarea infecției cauzate de către agenții patogeni non-bacterieni, monitorizarea controlului infecției și prevenirea infecțiilor nosocomiale (intraspitalicești) [90].

Furnizarea apei necontaminate este unul dintre obiectivele de dezvoltare durabilă care ar trebui realizate până în 2030. În prezent, sunt disponibile diverse metode pentru purificarea apei. Filtrarea este frecvent utilizată pretutindeni, dar prin ea se pot elimina numai suspensiile sau microparticulele prezente în apă. Tratamentul avansat de oxidare este o altă tehnică utilizată pentru descompunerea materiei organice prezente în apă, dar nu este posibil să elimine toate fragmentele. Prin osmoza inversă se poate obține apa pură, dar cu costuri mai mari. În plus, filtrele tratate cu UV sunt, de asemenea, utilizate pentru îndepărtarea microorganismelor prezente în apă. Prin urmare, filtrele de apă ar trebui să fie multifuncționale pentru îndepărtarea sau descompunerea fragmentelor sau microbilor prezenți în apă. Astfel, materialele compozite pe bază de nAg sunt multifuncționale; ele pot degrada/descompune în fragmente unele microorganisme printr-un singur tratament, ceea ce le face utilizabile în domeniul mediului la dezinfectarea apei [90].

Pentru evitarea infecțiilor provenite pe cale aeriană, s-a acordat atenție eliminării microorganismelor, bacteriilor, ciupEPRilor, precum și a virușilor din aer. Pentru eradicarea acestora este necesară purificarea aerului utilizând filtre speciale atașate la sistemele de climatizare [90]. În Schema 1.2 sunt prezentate aplicațiile nanoparticulelor de argint, în diferite domenii.

Schema 1.2.

Domenii de utilizare a nanoparticulelor de argint

Efectele toxice ale nanoparticulelor de argint

Nanoparticulele de argint au fost folosite în diverse sectoare datorită proprietăților antimicrobiene eficiente; o mare atenție s-a acordat efectelor nedorite ale nAg asupra mediului, precum și asupra sănătății umane. Prin urmare, este necesar să se abordeze riscurile privind sănătatea, precum și să se înțeleagă riscul asociat pe termen lung. Nanoparticulele de argint au prezentat semne de toxicitate, in vivo sau in vitro, din cauza proprietăților lor fizico-chimice. Utilizarea îndelungată a nAg ca dezinfectant poate reprezenta un risc de rezistență microbiană care îi reduce aplicabilitatea [90]. Schimbarea culorii pielii în gri-albăstrui este raportată ca fiind boala Argyria datorată toxicității nanoargintului. De fapt, toxicitatea argintului este scăzută, dar consecința sa, alta boala decât Argyria, a fost observată la o concentrație mai mare; datele disponibile din literatura de specialitate arată că o cantitate de 0,9 g este pragul limită pentru bolile Argyria de-a lungul vieții [90]. Mai mult de atât, limita constituenților de nanoargint pentru apa potabilă este de 100 μg/l. Există o mulțime de dezbateri privind proveniența toxicității argintului, fie ca nanoparticule, fie ca argint dizolvat. Rapoartele curente de cEPRetare arată că toxicitatea apare, mai degrabă, din cauza deversării de nanoparticule de argint în mediul înconjurator, decât în urma argintului dizolvat. Sensibilitatea la toxicitatea nAg este mai mare pentru speciile acvatice la o concentrație de 1-5 μg/L comparativ cu omul și mamiferele [90]. Toxicitatea nAg se poate manifesta asupra mediului acvatic, terestru, algelor, plantelor, fungilor, vertebratelor și celulelor umane (keratinocite, celulele fibroblaste pulmonare și celulele glioblastom) [90]. De asemenea, au fost raportate studii detaliate de nanotoxicologie ale nAg care au fost analizate din punct de vedere al aglomerării particulelor în mediu celular, absorbției celulare, localizării intracelulare și eliberării de argint.

A fost analizată metabolizarea argintului la nivelul pielii [92]. Nanocristalele de argint și nitratul de argint au fost administrate animalelor. În epidermă s-a măsurat argintul sub formă nanocristalină, la masele moleculare corespunzătoare, Ag, AgO, AgCl, AgNO3, Ag2O. Particulele inserate în piele au fost caracterizate la nivel microscopic în intervalul de dimensiuni de la 10 până la 1000 nm, în timp ce în ochi, dimensiunile particulelor depuse au variat între 15 și 35 nm [92]. În boala Argyria generalizată și localizată, particulele depuse au fost raportate că ar conține argint, sulf și selenium. Prezența sulfului în particulele depuse poate fi explicată prin fiabilitatea puternică a argintului pentru sulf prin legatura Ag-tiol. S-a sugerat că sulful din particulele depuse în timp este înlocuit cu seleniu pentru a forma selenitul de argint. Selenitul de argint este mai stabil din punct de vedere chimic decât sulfura de argint și are o solubilitate mai scăzută. În plus, a fost sugerată legarea directă a argintului la seleniu în enzima glutation peroxidază, care conduce la formarea directă a selenitului de argint, un compus stabil și inert din punct de vedere chimic. Nivelul seric al seleniului la pacienții cu Argyria a fost cel mai important factor pentru prezența sau absența seleniului în particulele depuse cu conținut de argint, în timp ce nici o relație nu a fost observată pentru factori precum vârsta, sexul, cantitatea, durata, calea de introducere a argintului, biopsia țesuturilor și organelor difuzate [92]. S-a sugerat că formarea selenitului de argint reduce efectele toxice ale ionilor de argint, prin restricționarea disponibilității lor biologice [92].

CONTRIBUȚII ORIGINALE

OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

MOTIVAREA TEMEI DE CEPRETARE

CAPITOLUL II

Materiale și metode de investigare

Sunt prezentate în detaliu materialele și tehnicile de investigare folosite pentru realizarea obiectivelor prezentei teze.

Interacțiuni limonen/citostatic

2.1.1. Prepararea mediilor bazate pe amestecuri de ulei esențial de portocale/citostatice

Uleiul esențial de portocale (Produs Fares) are efect relaxant și conține 90-95% d-limonen (LIM), care are o aromă puternică de portocale. Compoziția chimică este prezentată în Tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Compoziția uleiului esențial de portocale [Fares]

Formulele moleculare ale citostaticelor testate în absența și în prezența uleiului esențial de portocale sunt prezentate în Tabelul 2.2. Complexitatea mediilor de reacție impune precizări și notații ale acestora după cum urmează:

(1) Electrolitul suport: 5∙10-2 mol L-1 HCl în soluție apă/alcool etilic în raportul 20/1 volum (SE).

(2) SE cu adaos de 0,5 ml ulei esențial de portocale (UEP).

(3) SE care conține citostatic (CYT) în concentrație adecvată unui răspuns spectrofotometric coerent, în care CYT reprezintă: epirubicină (EPR), gemcitabină (GCT) si, respectiv, paclitaxel (PTX);

(4) SE cu adaos de citostatic și 0,5 ml ulei esențial de portocale (CYT / UEP).

Solutia de EPR a fost preparată din produsul comEPRializat care conține 2,0 g L-1 substanță activă, NaCl și HCl, care a fost procurat de la SC Actavis SRL, România. Concentrația EPR în SE fiind de 1,8∙10-4 mol L-1, obținându-se astfel o concentrație finală de 1,8,10-4.

GCT este comercializată de Actavis SRL, România sub formă de soluție apoasă în concentrație de 40 g L-1 (0,14 mol L-1). Prin diluție, pentru experimente a fost utilizată o solutie de 7,6∙10-5 mol L-1 GCT în SE.

Soluția de PTX s-a preparat în SE din soluția comercializată procurată de la aceeași firmă care conține 6 g L-1 PTX, acid citric și etanol; concentrația utilizată în experimente a fost de 1,2∙10-4 mol L-1.

2.1.2. Studiul spectrofotometric al amestecurilor ulei esențial de portocale/citostatic

Spectrele UV-Vis înregistrate între 800 și 200 nm sunt redate comparativ pentru citostatice, ulei și amestecul acestora.

Spectrele UV-Vis au fost înregistrate utilizând un spectrofotometru Varian Cary 40, cu software CaryWin, în intervalul de lungime de undă (λ) cuprins între 800 nm și 200 nm. În timpul electrolizei spectrele s-au înregistrat la anumite intervale de timp impuse de viteza de degradare a compușilor studiați. Lungimile de undă ale maximelor de absorbție (λmax) corespunzatoare limonenului, citostaticelor și amestecurilor analizate la momentul inițial sunt prezentate în Tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

Formulele moleculare și spectrele UV-Vis ale limonenului și citostaticelor înregistrate în electrolitul suport [lucrare in curs de elaborare]

2.1.3. Studiul stabilității electrochimice a citostaticelor în absența și în prezența uleiului esențial de portocale

Experimentele s-au efectuat într-o celulă electrochimică standard cu 2 electrozi de platină identici cu o suprafață activă de 1,0 cm2. Electroliza s-a realizat folosind un potențiostat/galvanostatul Keithley SourceMeter 2420 3A menținând densitatea de curent constantă la 50 mA/cm2 un timp determinat de reacția de electrodegradare a compușilor studiați.

Interacțiuni nanoparticule de argint/alcool polivinilic/epirubicină

2.2.1. Prepararea nanodispersiilor pe bază de nanoparticule de argint/alcool polivinilic (nAg/APV)/epirubicină (EPR)

Pentru prepararea nanodispersiilor pe bază de polimer-metal, nanoparticulele de argint (nAg) au fost introduse într-o soluție de alcool polivinilic 0,1% (APV), menținându-se sub agitare timp de aproximativ 120 minute. La anumite intervale de timp s-au prelevat probe, care s-au supus analizei spectrofotometrice, până când maximul absorbanței s-a menținut constant. Nanodispersiile au fost filtrate și diluate cu apă, soluție de NaCl 0,9 %, în absența și în prezența epirubicinei în concentrație de 0.018 mol L-1. Mediile obținute au fost testate din punct de vedere al stabilității în timp, stabilității termice și, implicit al interacțiunilor care au loc între componente. În Figura 2.1 sunt prezentate nanodispersiile obținute (selecție).

Figura 2.1.

Mostre ale dispersiilor pe bază de nanoparticule de argint/alcool polivinilic

2.2.2. Aplicații ale sistemelor multicomponente. Interacțiuni sistem multicomponent/suprafața metalică

2.2.2.1. Interacțiuni sistem multicomponent/titan

Materiale și medii investigate [lucrare titan_2018]

Comportamentul titanului a fost testat în patru medii: (1) ser fiziologic (SF); (2) ser fiziologic conținând sistemul nanoparticule de argint/alcool polivinilic (nAg/APV) menționat în continuare cu abrevierea "SFS"; (3) ser fiziologic (SF) care conține epirubicină (SF/EPR); (4) ser fiziologic (SF) care conține nAg/APV și epirubicină (SFS/EPR). S-a analizat interacțiunea dintre nAg, EPR și ionii de Cl-.

Plăcile de titan (suprafață activă de 1,0 cm2) cu puritatea de aproximativ 99,9% (produs Sigma Aldrich) au fost șlefuite, spălate, degresate cu acetonă și uscate la aer cald, după care au fost supuse coroziunii serului fiziologic (soluție de NaCl 0,9%) cu și fără alcool polivinilic, nanoparticule de argint și epirubicină. Epirubicina a fost achiziționată de la SC Actavis SRL, România, fiind îmbuteliată/introdusă în recipiente închise ermetic în flacoane a câte 50 mL, într-o concentrație de 2,0 mg mL-1, alcoolul polivinilic și nanoparticulele de argint fiind achiziționate de la Sigma Aldrich.

Nanodispersia nanoparticulelor de argint în alcool polivinilic a fost preparată după cum urmează: (i) a fost preparată o soluție de alcool polivinilic 0,1%; (ii) s-au adăugat nanoparticule de argint 500 mg L-1 și s-au menținut sub agitare timp de 120 minute; (iii) au fost prelevate eșantioane la anumite intervale de timp pentru a fi supuse analizei spectrofotometrice; (iv) după 85 de minute maximul de absorbție a rămas aproximativ același, indicând faptul că s-a atins pragul maxim de dispersie al nanoparticulelor de argint în soluția de alcool polivinilic; (v) excesul de nanoparticule s-a filtrat și s-a obținut o nanodispersie galbenă foarte fină cu aspect aparent omogen; (vi) concentrația sa a fost calculată utilizând ecuația curbei de etalonare determinată anterior, și anume: y = 0,0245x – 0,0062. În Figura 2.2. sunt prezentate materialele utilizate.

a b

Figura 2.2.

Materiale utilizate la studiile efectuate asupra titanului: a – citostaticul epirubicină;

b – naodispersia nAg/APV

Stabilitatea nanodispersiei a fost verificată în timp și s-a constatat că maximul de absorbție a rămas același după 48 de ore; nu a fost observată nicio depunere sau schimbare față de aspectul inițial, indicând faptul că a fost atins echilibrul dintre nanoparticulele de argint neadsorbite/adsorbite pe lanțul molecular APV. S-a calculat capacitatea de adsorbție relativă (q) exprimată ca [mg (nAg)/g APV], obținându-se capacitatea maximă de adsorbție, qmax = 281 mg/g (înainte de filtrare) și capacitatea de adsorbție a echilibrului, qe = 212 mg/g, ceea ce corespunde cu nanodispersia stabilă obținută după filtrare.

În consecință, coroziunea a fost indusă titanului în mediile prezentate mai jos. De asemenea, abrevierile sunt menționate în continuare.

1. Coroziunea indusă titanului în martorul ser fiziologic (Ti/SF).

2. Coroziunea indusă titanului în ser fiziologic conținând 212 mg L-1 nAg/APV 0,1% (Ti/SFS).

3. Coroziunea indusă titanului în ser fiziologic conținând 0,018 moli L-1 epirubicină (Ti/EPR).

4. Coroziunea indusă titanului în ser fiziologic conținând 212 mg L-1 nAg/APV 0,1% și 0,018 mol L-1 epirubicină (Ti/SFS/EPR).

Metode de investigare

Măsurători electrochimice [lucrare titan_2018]

După cum s-a menționat în studiile anterioare [26, 27, 31, 33-35, 40], măsurătorile electrochimice au fost efectuate folosind un potențiostat/galvanostat, VoltaLab cu software VoltaMaster 4 (Fig. 2.3.) utilizând o celulă electrochimică standard cu trei electrozi: electrod de lucru confecționat din titan cu o suprafață de 1 cm2, electrod auxiliar confecționat din platină cu o suprafață de 1 cm2 și Ag/AgCl, ca electrod de referință. Polarizarea potențiodinamică a fost efectuată la temperatura camerei, în intervalul de potențial de la -800 mV la 800 mV, cu o rată de scanare de 1 mV s-1, după prepolarizarea electrozilor la circuit deschis timp de 4 minute. Curbele potențiodinamice au fost prelucrate ca și curbe semilogaritmice în intervalul de potențial de ± 250 mV față de potențialul de coroziune, cât și ca diagramă liniară în domeniul de potențial apropiat de potențialul de coroziune, ± 20 mV. Spectroscopia de impedanță electrochimică a fost efectuată după polarizarea potențiodinamică în intervalul de frecvență cuprins între 10-1 Hz și 105 Hz, cu amplitudine curentă, AC de 10 mV, timpul de relaxare al electrozilor la circuitul deschis fiind de 4 minute. Diagramele Nyquist_impedanță și Nyquist_admitanță au fost înregistrate.

Figura 2.3.

Sistem electrochimic VoltaLab, laborator – Electrochimie și Coroziune, Facultatea de Științe, Departamentul de Chimie

Spectrofotometria UV-Vis [lucrare titan_2018]

Spectrele UV-Vis au fost înregistrate în intervalul de lungime de undă cuprins între 800 nm și 200 nm pentru următoarele medii: (1) – 0,1% soluție APV conținând 500 mg L-1 nanoparticule de argint la intervalele de timp: 5 min, 10 min. 20 minute, 30 minute, 40 minute, 50 minute, 60 minute, 70 minute, 85 minute, 105 minute, 120 minute; (2) – nanodispersie nAg/APV după filtrare; (3) nAg/APV în ser fiziologic (SFS) cu compoziția: 212 mg L-1 nAg, 0,1% APV și NaCI 0,9%); (4) – 1,8 ∙ 10-5 moli L-1 (0,018 mM) Epirubicină în ser fiziologic (SF/EPR); (5) – 1,8 ∙ 10-5 mol L-1 Epirubicină în SFS (SFS/EPR). S-a utilizat spectrofotometrul Varian Cary 50 cu software CaryWin (Figura 2.4), așa cum s-a raportat în studiile anterioare [40-42].

Figura 2.4.

Spectrofotometrul UV-Vis, laborator – Electrochimie și Coroziune, Facultatea de Științe, Departamentul de Chimie

Caracterizarea suprafeței titanului [lucrare titan_2018]

Morfologia suprafeței titanului a fost discutată pe baza microscopiei optice și a imaginilor obținute prin microscopia de forță atomică (AFM), obținându-se filme microscopice pentru titanul standard și pentru șabloanele/eșantioanele corodate: Ti/SF; Ti/SFS; Ti/SF/EPR; Ti/SFS/EPR. Imaginile optice pentru toate eșantioanele de titan au fost proiectate cu microscopul metalografic Euromex [35, 37], iar AFM a fost realizată cu ajutorul microscopiei forței atomice de tip non-contact (NC-AFM, PARK XE-100 SPM), așa cum este detaliat în studiile noastre anterioare [33, 34].

2.2.2.2. Interacțiuni nAg/APV/oțel inoxidabil

nAg/PVA dispersion preparation and characterization by UV-Vis spectrophotometry [lucrare_JTAC_2020]

A brief overview of the preparation and characterization of nAg/ nanodispersion is presented, as follows [20]: (1) 500 mg L-1 silver nanoparticles (nAg) were added in 0.1% polyvinyl alcohol solution; (2) the dispersion was kept under stirring (300rpm), at room temperature a time of 120.0 minutes; (3) UV-Vis spectra were recorded using a Varian Cary 50 spectrophotometer with CaryWin UV software, at certain time intervals until the absorbance maximum value was constant, indicating that the dispersion limit of the silver nanoparticles in 0.1% solution was reached; (4) as shown in Fig. 1a, UV-Vis spectra corresponding to nAg (λmax = 409 nm) recorded after 105 minutes and 120 minutes are superimposed and very close to that obtained at 85 minutes; (5) after filtering the excess of silver nanoparticles, a yellow nanodispersion with a seemingly homogeneous appearance was obtained, its UV-Vis spectrum being presented in Fig. 2.5; (6) nAg concentration was calculated using the calibration curve previously drawn.

After filtration (Fig. 2.5), an insignificantly deviation of adsorption band compared to Gaussian symmetrical shape is highlighted, suggesting a weakly agglomeration tendency of silver nanoparticles due to a good compatibility between capping agent and PVA, that can be adsorbed by hydrogen/oxygen bridges and Van der Waals forces [20, 21].

Prepararea nanodispersiei nAg/APV și caracterizarea prin spectroscopia UV-Vis [lucrare_JTAC_2020]

Se prezintă o imagine de ansamblu a modului de preparare și o descriere a nanodispersiei nAg/PVA, după cum urmează [20]: (1) 500 mg L-1 nanoparticule de argint (nAg) s-au adăugat în soluție de alcool polivinilic 0,1%; (2) dispersia a fost amestecată continuu (300 rpm), la temperatura camerei, timp de 120,0 minute; (3) utilizând un spectrofotometru Varian Cary 50 cu software CaryWin UV la anumite intervale de timp s-au înregistrat spectre UV-Vis până când valoarea maximă de absorbanță a devenit constantă, indicând că limita de dispersie a nanoparticulelor de argint în soluție de APV 0,1% a fost atinsă; (4) după cum se arată în Fig. 1a, spectrele UV-Vis corespunzând nAg (λmax = 409 nm) înregistrate după 105 minute și 120 minute se suprapun și se apropie foarte mult de cele obținute la 85 minute; (5) după filtrarea excesului de nanoparticule de argint s-a obținut o nanodispersie galbenă cu un aspect aparent omogen, spectrul său UV-Vis fiind prezentat în Fig. 2.5; (6) concentrația de nAg s-a calculat utilizându-se curba de calibrare trasată anterior.

După filtrare (Fig. 2.5) este evidențiată o abatere nesemnificativă a benzii de adsorbție raportată la forma gaussiană simetrică, sugerând o tendință slabă de aglomerare a nanoparticulelor de argint cauzată de o compatibilitate bună între agentul de întrerupere a lanțului și APV, care poate fi adsorbit de punți de hidrogen/oxigen și forțe Van der Waals [20, 21].

Figura 2.5.

UV-Vis spectra of nAg/PVA dispersion; a – during preparation; b – after filtration of nAg excess [lucrare_JTAC_2020]

Spectre UV-Vis ale dispersiei nAg/APV; a – în timpul preparării; b – după filtrarea excesului de nAg [lucrare_JTAC_2020]

As shown in our previous study [20], the filtered dispersion was used to prepare the corrosive environment mixing 90 mL nAg/PVA nanodispersion with 10 mL of 1.0 mol L-1 HCl solution containing 0.1% PVA. Finally, an electrolyte with the following composition: 0.1 mol L-1 HCl, 0.1% PVA and 252 mg L-1 nAg was obtained [20].

The Convolutional Neural Network (CNN) of deep learning was successfully applied to characterize the coatings electrodeposited on 304L stainless steel surface, in the absence and presence of nAg/PVA [20].

Summary, the following steps were taken [20]: (1) the potentiodynamic polarization curves were recorded in the potential range between -1.0 V and 1.0 V, with a potential scan rate of 1.0 mV s-1, after a prepolarization time of the electrodes at open circuit of 4 minutes, when the inhibitor adsorption on metal surface took place; (2) the polarization curves were processed as semilogarithmic curves in the potential range ±200 mV in respect with corrosion potential (Ecorr); (3) the corrosion current density (icorr) was determined at the intersection of the Tafel lines extrapolated to the corrosion potential using the VoltaMaster 4 software. The main parameters that demonstrated the nAg/PVA film adsorption on the 304L stainless steel surface are shown, as follows: (i) the corrosion potential (Ecorr) and the polarization semilogarithmic curves were shifted in the positive direction (at higher potentials compared to those recorded in HCl blank solution); (ii) also, the polarization curves were moved to lower current areas, which was associated with the decrease of the corrosion current density (icorr); (iii) the surface coverage degree (θ) determined from potentiodynamic polarization reached a value of 0.85. Moreover, the adsorption and characteristics of the nAg/PVA film were demonstrated by CNN applied on optical microscopy slides [20].

After potentiodynamic polarization, the samples were dried and kept under atmospheric conditions, at room temperature (23±2 °C), time of four weeks. Consequently, the stainless steel sample obtained in the HCl blank solution will be named hereafter as the steel uncoated/untreated samples, while that immersed in HCl solution containing nAg/PVA will be called further as the coated /treated samples.

To study the temperature effect on the composite, the thermal analysis of nAg/PVA film was performed compared to that of polyvinyl alcohol (PVA) film and silver nanoparticles (nAg).

To investigate the composite film stability after four weeks, the uncoated and coated samples were investigated by atomic force microscopy (AFM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS).

După cum se arată în studiul nostru precedent [20], dispersia filtrată a fost utilizată pentru prepararea mediului coroziv amestecând 90 mL nanodispersie nAg/APV cu 10 mL de 1,0 mol L-1 HCl, soluție conținând APV 0,1%. La final s-a obținut un electrolit având următoarea compoziție: 0,1 mol L-1 HCl, 0,1% APV și 252 mg L-1nAg [20].

Rețeaua Neuronală Convoluțională (RNC) a învățării profunde a fost aplicată cu succes pentru a descrie straturile electrodepozitate pe o suprafață de oțel inoxidabilde tip 304L, în absența și în prezența nAg/PVA [20].

Rezumativ, s-au parcurs următorii pași [20]: (1) s-au înregistrat curbele de polarizare potențiodinamice în intervalul de potențial cuprins între -1,0 V și 1,0 V, cu o rată a potențialului de scanare de 1,0 mV s-1, după o perioadă de prepolarizare a electrozilor în circuit deschis de 4 minute, atunci când a avut loc adsorbția inhibitorilor pe o suprafață metalică; (2) curbele de polarizare au fost prelucrate sub forma unor curbe semilogaritmice în intervalul de potențial ± 200 mV relativ la potențialul de coroziune (Ecorr); (3) s-a determinat densitatea curentului de coroziune (icorr) la intersecția liniilor Tafel extrapolate la potențialul de coroziune utilizându-se software-ul VoltaMaster 4. Principalii parametri care au demonstrat adsorbția peliculei de nAg/PVA pe suprafața de oțel inoxidabil de tip 304L sunt prezentați în continuare: (i) potențialul de coroziune (Ecorr) și curbele de polarizare semilogaritmice au fost deplasate în direcția pozitivă (la potențiale mai mari comparativ cu cele înregistrate în soluția martor de HCl); (ii) de asemenea, curbele de polarizare au fost deplasate în zone de curent scăzut, care a fost asociat cu diminuarea densității curentului de coroziune (icorr); (iii) gradul de acoperire a suprafeței (θ) stabilit pe baza polarizării potențiodinamice a atins o valoare de 0,85. În plus, adsorbția și caracteristicile filmului de nAg/APV au fost demonstrate aplicând RNC pe lamele utilizate în microscopia optică [20].

După polarizarea potențiodinamică, mostrele au fost uscate și depozitate în condiții atmosferice, la temperatura camerei (23±2 °C), pe o perioadă de patru săptămâni. Prin urmare, mostra de oțel inoxidabil obținută în soluția martor de HCl va fi denumită în continuare ca mostrele neacoperite/netratate de oțel, în timp ce mostra imersată în soluția de HCl conținând nAg/APV va fi denumită în continuare ca mostrele acoperite/tratate.

Pentru a studia efectul temperaturii asupra compusului, s-a efectuat analiza termică a filmului de nAg/APV în comparație cu cea a filmului de alcool polivinilic (APV) și a nanoparticulelor de argint (nAg).

Pentru a analiza stabilitatea filmului compozit după patru săptămâni, mostrele neacoperite și cele acoperite au fost analizate prin microscopie de forță atomică (AFM) și spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS).

Thermal analysis [lucrare_JTAC_2020]

A Perkin-Elmer Diamond 8.0 series instrument with Pyris software was used for thermal analysis of both PVA and nAg/PVA films as well as for silver nanoparticles (nAg). The platinum crucibles containing 1.7 mg of samples were heated in nitrogen atmosphere between RT (room temperature) and 1000 °C with a temperature scan rate of 10 °C min-1. Finally, the thermoanalytical spectra namely, thermogravimetric curves (TG), differential scanning calorimetry curves (DSC) and derivative thermogravimetric curves (DTG) were recorded and the similarities/differences between the decomposition steps related to the analyzed films were discussed and interpreted. The devices and operating procedure were described in several of our previous studies [27-30]. The procedure for obtaining the composite film, which has undergone thermal analysis, was a similar one with that previously described, when the nAg/PVA film was analyzed by SEM/EDS [21].

Analiza termică [lucrare_JTAC_2020]

Un analizor Perkin-Elmer Diamond seria 8.0 cu software Pyris a fost utilizat pentru analiza termică atât a filmului de APV, cât și a filmului de nAg/APV, ca și pentru/în cazul nanoparticulele de argint (nAg). Creuzetele de platină conținând 1,7 mg de mostre au fost încălzite în atmosferă de azot între TC (temperatura camerei) și 1000 °C cu o rată de scanare a temperaturii de 10 °C min-1. La final au fost înregistrate spectrele termoanalitice, în special curbele termogravimetrice (TG), curbele calorimetrice pentru scanarea diferențială (DSC) și curbele derivate termogravimetrice (DTG) și au fost discutate și interpretate asemănările/deosebirile dintre etapele de descompunere făcându-se referire la peliculele/filmele analizate. Echipamentele și procedura de operare au fost descrise în câteva dintre studiile noastre anterioare [27-30]. Procedura utilizată pentru obținerea unei pelicule compozite care a fost supusă unei analize termice a fost una asemănătoare celei descrise mai sus, atunci când pelicula de nAg/APV a fost analizată prin SEM/EDS [21].

Atomic force microscopy (AFM) [lucrare_JTAC_2020]

Surface morphology of uncoated and covered specimens were examined by non-contact mode atomic force microscopy using XE-100 AFM microscope (High Accuracy Small Sample SPM) from Park Systems. The cantilever had a nominal length of 125 mm, a nominal force constant of 40 N/m, and oscillation frequencies in the range of 275–373 kHz. Average roughness (Ra), root-mean-square roughness (Rq) and maximum peak to valley height (Rp-v) of the surfaces were estimated over the areas of 45×45 μm2, as in previous studies [25, 31, 32].

Microscopia de forță atomică (AFM) [lucrare_JTAC_2020]

Morfologia suprafețelor eșantioanelor neacoperite și acoperite a fost examinată prin microscopie a forței atomice în mod fără contact utilizând microscopul XE-100 AFM (Precizie Mare Mostră Mică SPM) de la Park Systems. Consola a avut o lungime nominală de 125 mm, o constantă a forței nominale de 40 N/m și frecvențe de oscilație în intervalul 275 – 373 kHz. Rugozitatea medie (Ra), rugozitatea medie pătratică (Rq) și înălțimea maximă de la vârf la vale (Rp-v) a suprafețelor au fost estimate pe suprafețe de 45×45 μm2, similar cu studiile anterioare [25, 31, 32].

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) [lucrare_JTAC_2020]

The electrochemical impedance measurements were carried out in the frequency range of 105 Hz to 10-1 Hz with a perturbation signal of 10 mV amplitude into an electrochemical standard cell with three electrodes containing 100 mL of 0.1 mol L-1 HCl solution. The uncovered and covered samples were employed as working electrodes opposed to platinum auxiliary electrode, the potential being recorded in respect with Ag/AgCl reference electrode. As in early studies [30, 31], electrochemical measurements were performed with a VoltaLab system with VoltaMaster 4 software.

Spectroscopia de impedanță electrochimică (EIS) [lucrare_JTAC_2020]

Măsurătorile de impedanță electrochimică au fost efectuate în intervalul de frecvență cuprins între 105 Hz și 10-1 Hz cu un semnal de perturbare de 10 mV amplitudine într-o celulă electrochimică standard cu trei electrozi conținând 100 mL soluție 0,1 mol L-1 HCl. Mostrele neacoperite și acoperite au fost utilizate ca electrozi funcționali opuși unui electrod auxiliar de platină, potențialul fiind înregistrat în raport cu electrodul de referință Ag/AgCl. Similar cu studiile mai vechi [30, 31], măsurătorile electrochimice au fost efectuate cu un sistem VoltaLab cu software VoltaMaster 4.

Stabilitatea electrochimică a nistatinului. Interacțiuni nistatin/citostatice

Materiale

Compusul biologic activ cu acțiune antifungică Nistatin (NST) precum și cei trei compuși cu acțiune citostatică (Gemcitabină – GCT; Epirubicină – EPR; Paclitaxel – PTX) au fost procurați de la o farmacie locală și au prezentat puritate corespunzătoare preparatelor farmaceutice.

Ca electrolit suport s-a utilizat soluția de NaCl 0,1 mol L-1. NaCl de puritate analitică a fost procurată de la firma Sigma Aldrich. Formula structurală a nistatinului este redată în Figura 2.6.

Figura 2.6.

Formula moleculară a nistatinului

Metode de investigare

Analiza electrochimică

Electrolitul de lucru a fost constituit din soluție de NaCl 0,1 mol L-1 fără nistatin și soluție de NaCl 0,1 mol L-1, care a conținut NST în concentrație de 5∙10-5 mol·L-1 [Rev.Chim_2019]. Comportamentul electrochimic al antifungicului NST în soluție apoasă de NaCl a fost studiat prin voltametrie ciclică și electroliză la densitate de curent constant, i = 15 mA·cm-2, pe electrozi de platină, nichel, plumb și cupru [Rev.Chim_2019]. Soluții de electrolit au fost preparate în mod similar, dar conținând individual și chimioterapicele: Epirubicină 1,8·10-4 mol·L-1; Gemcitabină 7,6·10-5 mol·L-1 și Paclitaxel 1,2·10-4 mol·L-1.

Analiza spectrofotometrică

Spectrele de absorbție moleculară UV-Vis ale soluțiilor de electrolit au fost înregistrate initial și după performarea voltametriei ciclice. Elucidarea modului în care reacționează în soluție precum și a modului în care este influențată stabilitatea electrochimică a compușilor utilizați în studiu au fost înregistrate și spectrele UV-Vis ale soluțiilor supuse proceselor de electroliză la densitate de curent constant [Rev.Chim_2019]. Aceste înregistrări s-au realizat la interval de timp prestabilite, de 5 minute. În acest sens au fost prelevate probe de 3-4 mL din soluția de electrolit, transvazate în celula spectrofotometrică și analizate.

Analiza termică a nistatinului a fost efectuată în intervalul de temperatură cuprins între 25 °C și 500 °C, cu o viteză de scanare de 10 °C min-1, într-un creuzet din aluminiu, în atmosferă inertă de N2 purjat cu un debit constant de 150 ml min-1. S-a utilizat un analizor termic Perkin Elmer cu software Pyris [Rev.Chim_2019].

Stabilitatea electrochimică a Ceftriaxonei

2.4.1. Materiale

The ceftriaxone (CFTX) (Medochemie Ltd.) presented the purity for pharmaceutical chemicals (Table 1). All simulated polluted solutions were prepared with distilled water. Formula moleculara a CFTX este redata in Figura 2.7.

Ceftriaxona (CFTX) (Medochemie Ltd.) a prezentat puritatea substanțelor chimice farmaceutice (Tabelul 1). Toate soluțiile poluate simulate au fost preparate cu apă distilată. Formula moleculară a CFTX este redată în Figura 2.7.

Figura 2.7.

Formula moleculară a Ceftriaxonei

Sodium halide (NaF, NaCl, NaBr and NaI ≥ 99 % purity) were analytical grade and provided by Merk or Sigma Aldrich. Other chemicals, such as sulphuric acid and sodium hydroxide were of analytical grade. The electrochemical experiments used 100 cm3 of electrolyte solution containing 0.025 g∙L-1 CFTX at natural pH (6.7) and 10-1 mol∙L-1 NaX (X = F, Cl, Br, I) as a supporting electrolyte. The pH effect on the CFTX degradation processes was investigation by the initial pH adjustment of fluoride solution at 2 and 12 values with H2SO4 and NaOH, respectively, a Hanna pH meter being employed for the measurements. The fluoride anion is electrochemically inert and consequently the study of the influence of pH was performed in the presence of this anion.

Halogenurile de sodiu (NaF, NaCl, NaBr și NaI ≥ 99 % puritate) au fost de calitate analitică și au fost furnizate de Merk sau Sigma Aldrich. Alte substanțe chimice, precum acidul sulfuric și hidroxidul de sodiu, au fost de calitate analitică. În experimentele electrochimice s-au utilizat 100 cm3 soluție de electroliți conținând 0,025 g∙L-1 CFTX la pH natural (6,7) și 10-1 mol∙L-1NaX (X = F, Cl, Br, I) ca electrolit suport. Efectul pH-ului asupra proceselor de degradare a CFTX a fost descoperit prin investigații, ajustându-se pH-ul inițial al soluției de fluorură la valorile 2 și 12 cu H2SO4 și respectiv NaOH, pentru măsurători fiind utilizat un contor pentru pH Hanna. Anionul de fluorură este inert din punct de vedere electrochimic și, prin urmare, studiul influenței pH-ului a fost efectuat în prezența acestui anion.

2.4.1. Metode de investigare

Electrochemical measurements

A VoltaLab potentiostat/galvanostat with VoltaMaster 4 software was used to investigate the electrochemical behaviour of CFTX as contaminant in simulated wastewaters mentioned above. All the electrochemical experiments were conducted at room temperature under dynamic conditions.

Cyclic voltammetry

The cyclic voltammetry was carried out with on platinum electrodes with an active area of 2 cm2, ensuring a distance between anode and cathode of 3 cm, coupling the Ag/AgCl electrode as reference. The cyclic voltammograms were recorded with potential scan rate of 100 mV∙s-1, starting from -2 V and ending at 2 V using two electrochemical cells of glass and stainless steel (SS_MEC), respectively.

Chronopotentiometry

A volume of 100 cm3 from freshly prepared electrolyte solution containing both the biologically active compound ceftriaxone and sodium halide as supporting electrolyte was electrolyzed at constant current density of 100 mA, the potential being registered time of 1 hour. Chronopotentiometric results were used to estimate the energy consumption for electrochemical degradation of ceftriaxone.

UV-Vis spectrophotometry

CFTX concentration variation from tested electrolyte solutions by cyclic voltammetry and constant current density electrolysis, was analysed by UV-Vis spectroscopy using a Varian Cary UV-Vis spectrophotometer with CaryWin UV software. The spectrophotometric analysis used 1x1x4 cm quartz cell. The UV-Vis spectra were registered at different time intervals in the wavelength range from 800 to 200 nm.

Metode de investigare

Măsurători electrochimice

Un potențiostat/galvanostat VoltaLab cu software VoltaMaster 4 a fost utilizat pentru a investiga comportamentul electrochimic al CFTX cu rol de contaminant în apele reziduale simulate menționate mai sus. Toate experimentele electrochimice s-au efectuat la temperatura camerei în condiții dinamice.

Voltametria ciclică

Voltametria ciclică a fost efectuată pe electrozi de platină având o suprafață activă de 2 cm2, asigurând o distanță între anod și catod de 3 cm, cuplând electrodul de Ag/AgCl drept referință. Voltamogramele ciclice au fost înregistrate cu o rată potențială de scanare de 100 mV∙s-1, începând de la -2 V și finalizând la 2 V, utilizând două celule electrochimice din sticlă și, respectiv din oțel inoxidabil (SS_MEC).

Cronopotențiometrie

Un volum de 100 cm3 din soluție de electroliți proaspăt preparată conținând atât compusul activ biologic ceftriaxonă, cât și halogenură de sodiu ca electrolit de suport a fost electrolizată la densitatea constantă a curentului de 100 mA, potențialul fiind înregistrat pe o perioadă de 1 oră. Rezultatele cronopotențiometrice au fost utilizate pentru a estima consumul de energie pentru degradarea electrochimică a ceftriaxonei.

Spectrofotometria UV-Vis

Variația concentrației de CFTX din soluțiile de electroliți testate prin voltametrie ciclică și electroliza cu densitate constantă a curentului au fost analizate prin spectroscopie UV-Vis utilizându-se un spectrofotometru Varian Cary UV-Vis cu software CaryWin UV. În analiza spectrofotometrică s-a utilizat o cuvă de cuarț de 1x1x4 cm. S-au înregistrat spectrele UV-Vis la intervale de timp diferite în lungimea de undă cuprinsă între 800 și 200 nm.

CAPITOLUL III

Studiul cinetic al interacțiilor dintre citostatice și componentele active din uleiul esențial de portocale

3.1. Interacțiuni Epirubicină/d-limonen. Studiul stabilității electrochimice utilizând spectrofotometria UV-Vis

Spectrele UV-Vis ale citostaticelor și limonenului obținute în timpul electrolizei sunt prezentate în Figurile 3.1, 3.2 si 3.3.

Figura 3.1.

Spectrele UV-Vis înregistrate din 2 în 2 minute, în timpul electrolizei la curent constant de

50 mA cm-2 în SE, pentru: a – Epirubicina; b – Ulei esențial de portocale; c – Spectrele UV-Vis înregistrate timp de 150 minute, în timpul electrolizei la densitate de curent constant de 50 mA cm-2 în SE conținând Epirubicină/ulei esențial de portocale (EPR/UEP) [lucrare in curs de elaborare]

Figura 3.1a evidențiază spectrele Epirubicinei în SE (λmax = 483 nm) înregistrate în timpul electrodegraăarii indicând faptul că aceasta se decompune aproape total în 30 de minute. După aproximativ 14 minute se observă apariția unui compus la lungimea de undă de 342 nm, a carui concentrație crește progresiv până la momentul final. În cazul uleiului esențial (Fig.3.1b), picul de la 331 nm este atribuit compusului majoritar-limonen, însă nu pot fi exluse anumite interferențe cu alți componenți, acest lucru fiind sugerat de deviația relativ mare de la linia de bază. În timpul electrodegradării absorbanța scade, fără a fi alterată lungimea de undă a maximului de absorbție, limonenul degradându-se într-un timp relativ scurt de 32 minute. În cazul în care EPR și UEP sunt amestecate în SE, în aceleași concentrații în care au fost studiate individual (Fig.3.1c), se observă că maximul de absorbanță al EPR se deplasează spre valori mai mari, fără a fi detectabilă o deviație a lungimii de undă. Fluctuațiile spectrale ale EPR la momentul inițial sugerează interacțiuni cu limonenul, a cărui diagramă este complet modificată comparativ cu cea ilustrată în Fig.3.1b. Prezența uleiului esențial conduce la inhibarea reacției de electrodescompunere a EPR, timpul de electroliză prelungindu-se până la 150 minute. După aproximativ 110 minute picul de la 331 nm nu mai este detectabil, ceea ce indică degradarea totală a uleiului esențial. Din acest moment absorbanța EPR scade semnificativ, citostaticul degradându-se mult mai rapid decât în prezența uleiului esențial. Astfel, se poate concluziona că uleiul esențial de portocale are un efect inhibitor asupra descompunerii EPR asigurând o stabilitate mai mare citostaticului. Compusul de la 342 nm nu mai este detectabil, aceasta sugerând că uleiul esențial are o activitate electrocatalitică asupra reacției de degradare a acestuia.

3.2. Interacțiuni Gemcitabină/d-limonen. Studiul stabilității electrochimice utilizând spectrofotometria UV-Vis

În Figura 3.2 sunt redate spectrele Gemcitabinei înregistrate în SE în absența și în prezența uleiului esențial. Din Figura 3.2a se observă că Gemcitabina are un maxim de absorbanță centrat în jurul valorii de 265 nm. GCT se descompune într-un timp relativ scurt de 20 minute, cu alterarea lungimii de undă și schimbarea caracteristicelor maximului de absorbție, care se splitează pe masură ce concentrația scade. De asemenea, se observă că GCT formează un punct isosbestic la 257 nm. În prezența uleiului esential, picul aparent al Gemcitabinei este decelat la 256 nm (Fig. 3.2b), picul limonenului păstrând aceeași lungime de 331 nm. În detaliul din Figura 3.2c se observă că Gemcitabina se descompune într-un timp mult mai mare comparativ cu situația inițială. Același trend este respectat și de compusul majoritar din uleiul esențial (Fig. 3.2d). În acest caz nu se pot estima anumite interacțiuni ale citostaticului cu uleiul esențial, ci o influență reciprocă asupra vitezei de descompunere. Poate fi sugerat un efect sinergic al celor două componente care să genereze inhibarea activității individuale.

Figura 3.2.

Spectrele UV-Vis înregistrate în timpul electrolizei la curent constant de

50 mA cm-2 în SE pentru: a – Gemcitabină; b – Gemcitabină/ulei esențial de portocale (GCT/UEP);

c, d – detalii ale spectrului 3.2b. la lungimi de undă mici (c) și lungimi de undă mari (d) [lucrare in curs de elaborare]

3.3. Interacțiuni Paclitaxel/d-limonen. Studiul stabilității electrochimice utilizând spectrofotometria UV-Vis

Spectrul Paclitaxelului (Fig. 3.3a) indică un maxim de absorbanță la 230 nm, acesta descompunându-se relativ ușor în SE, fără a fi modificate caracteristicile și lungimea de undă a maximelor de absorbanță. Descompunerea a durat 15 minute, a decurs clasic, cu o scădere vizibilă a absorbanței la fiecare minut la care au fost recoltate probe, în timpul electrolizei. În prezența uleiului esențial de portocale interacțiunile dintre Paclitaxel și componentul majoritar sunt instantanee (Fig. 3.3b), picul PTX nu mai este decelabil, în zona de lungimi de unde joase fiind observabile numeroase splituri care semnifică existența unor interferențe sau reacții instantanee ale Paclitaxelului cu componentul majoritar din uleiul esențial, cât și eliberarea în mediu a altor produși. În acest caz uleiul esențial de portocale accelerează reacția Paclitaxelului, ceea ce sugerează că în organismul uman ar putea limita activitatea sa biologică. Aceleași rezultate sunt reliefate și de măsurătorile galvanostatice prezentate în Figura 3.3c.

Figura 3.3.

Spectrele UV-Vis înregistrate în timpul electrolizei la curent constant de 50 mA cm-2 în SE pentru:

a – Paclitaxel; b – Paclitaxel/ulei esențial de portocale (PTX/UEP), la momentul inițial; c – sepctrele UV-Vis înregistrate pentru Paclitaxel/ulei esențial de portocale (PTX/UEP), în timpul electrolizei [lucrare in curs de elaborare]

În concluzie: ( i) uleiul esențial de portocale inhibă reacția de descompunere a Epirubicinei; (ii)

Gemcitabina și uleiul esențial de portocale acționează sinergic, compușii producând un efect retard unul asupra altuia; (iii) uleiul de portocale accelerează reactia Paclitaxelului conducând astfel la diminuarea activității biologice a acestuia.

3.4. Abordare cinetică

Pentru evaluarea vitezelor reacțiilor de electrodegradare ale citostaticelor în SE în absența și în prezența uleurilor esențiale de portocale au fost verificate cineticile de reacție de ordinul 0, I, II și III. În cazul de față datele experimentale obținute au verificat cinetica de reacție de ordin 0 și ordin I.

Pentru o abordare comparativă s-au determinat timpii de înjumătățire, în funcție de modelul care a fitat cel mai bine datele obținute în testele efectuate. Legile de viteză corespunzatoare cineticii reacțiilor de ordin zero și I sunt redate prin expresiile (3.1), respectiv (3.2):

A = Ao – kt (3.1)

ln(Ao/A) = kt (3.2)

unde, Ao și A reprezintă absorbanțele la momentul inițial și respectiv la un moment oarecare t ; k reprezintă constanta de viteză; t reprezintă timpul de reacție.

În cazul cineticii de ordin zero variația absorbanței în timp este redată de expresia (3.1), iar în cazul cineticii de ordin I se va deduce din relatia (3.2) și are urmatoarea expresie (3.3):

A = Aoe-kt (3.3)

Timpul de înjuăatățire (t1/2) reprezintă timpul la care concentrația inițială se micșorează de 2 ori, în cazul de fața absorbanța scade la jumătate. Expresiile timpului de înjumătățire deduse din legile respective sunt prezentate mai jos, relatia (3.4) – în cazul cineticii reacțiilor de ordin zero si respectiv (3.5) – în cazul cineticii reacțiilor de ordin întâi.

t1/2 = Ao/2k (3.4)

t1/2= (ln2)/k (3.5)

Modelele cinetice care au fitat corespunzător datele experimentale, cu un coeficient R2 foarte apropiat de valoarea 1 sunt prezentate în Figurile 3.4, 3.5 și 3.6.

Astfel, din Figura 3.4a se observă că, atât în cazul Epirubicinei, cât și al limonenului absorbanța variază în timp exponențial, respectand cineteica reactiilor de ordin I. Constantele de viteză au fost determinate din ecuațiile 1 si 2 (inserate în Fig. 3.4a) și au o valoare aproximativ egală cu cele determinate din legea de viteză (Fig. 3.4b).

În prezența uleiului esențial de portocale Epirubicina se electrodegradează după o cinetică de ordin zero (Ecuația 3 din Fig. 3.4a), cu o constantă de viteză de aproximativ 5 ori mai mică, limonenumul respectând o evoluție care respectă cinetica de ordin zero, cu o constantă de viteză relativ apropiată de cea obținută în absența Epirubicinei (Ecuatia 4 inserata in Fig. 3.4a).

Figura 3.4.

Modelul cinetic abordat pentru reacția de electrodegradare a Epirubicinei în absența și prezența uleiului esențial de portocale [lucrare in curs de elaborare]

Din Figura 3.5 se observă că reacția de degradare a GCT, în absența limonenului (LIM), respectă o cinetică de ordin întâi (ecuația 1 inserată în Fig. 3.5). În prezența uleiului esențial de portocale cinetica reacției de electrodescompunere a GCT este de ordinul zero, iar constanta de viteză scade de la 0,0888 min-1 la 0,0043 min-1 (ecuațiile 1 și 4 inserate în Fig. 3.5). Limonenul păstrează același trend atât în absența, cât și în prezența GCT (ecuațiile 2 și 3 inserate în Fig. 3.5), însă constanta de viteză este mult mai mică în prezența citostaticului, 0,0072 min-1 comparativ cu 0,0212 min-1.

Figura 3.5.

Modelul cinetic abordat pentru reacția de degradare a Gemcitabinei în absența și prezența uleiului esențial de portocale [lucrare in curs de elaborare]

Figura 3.6 relevă că paclitaxelul (PTX) se degradează (în absența limonenului) după o cinetică de ordin întâi și cu o constantă de viteză apropiată de cea a gemcitabinei, dar mai mare decât a epirubicinei. În prezența limonenului apar interacțiuni instantanee, așa cum s-a aratat la paragraful 3.3; astfel abordarea unui model cinetic este neaplicabilă.

Figura 3.6.

Modelul cinetic abordat pentru reacția de degradare a Paclitaxelului în absența uleiului esențial de portocale [lucrare in curs de elaborare]

Prin aplicarea ecuațiilor 3.4 și 3.5 s-a determinat timpul de înjumătățire, în condițiile studiate și în conformitate cu modelul cinetic abordat.

Parametrii cinetici determinați din legile de viteză pentru citostatice electrodegradate în SE în prezența și în absența uleiului esențial sunt redați în Tabelul nr.3.1.

Tabel 3.1.

Constantele de viteză și timpului de înjumătățire calculate pentru citostatice în absența și în prezența uleiului esențial [lucrare in curs de elaborare]

Concluzii

În absența uleiului, toate cele 3 citostatice se electrodegradează cu respectarea cineticii reacțiilor de ordin I, Paclitaxelul având constanta de viteză cea mai mare 0.092 min-1, iar Epirubicina are constanta de viteză cea mai mică 0.0653 min-1.

În prezența uleiului esențial, atât Epirubicina, cât și Gemcitabina se degradează respectând cinetica reacțiilor de ordin zero.

În prezența Epirubicinei, Limonenul schimbă cinetica de reacție de la orinul I la ordinul zero.

În cazul citostaticelor timpul de înjumătățire crește, cea mai semnificativă creștere fiind în cazul Gemcitabinei ( de la 7.87 min la 244.2 min), în cazul Epirubicinei timpul de înjumătățire crește de aproximativ 10 ori ( de la 10.6 min, la 106.9 min).

Timpul de înjumătățire al limonenului crește cu aproximativ 26 minute în prezența Epirubicinei, și cu aproximativ 60 minute în prezența Gemcitabinei.

Constantele de viteză ale reacțiilor de electrodegradare ale citostaticelor sunt semnificativ mai mici în prezența uleiului esențial, comparativ cu cele obținute în absența acestuia.

Luând în considerare cele discutate mai sus putem concluziona că prezența uleiului esențial inhibă reacția de electrodegradare a Eprirubicinei, creează un efect retard semnificativ Gemcitabinei și acționează instantaneu asupra Paclitaxelului, astfel administrarea unor tratamente alternative concomitent cu tratamentele alopate trebuie să respecte un protocol medical coerent pentru a nu exista implicații asupra activității biologice a citostaticelor. Posibilitatea creării unui efect retard unor medicamente poate avea implicații repEPRutative asupra organismului uman în sensul că anumiți compuși toxici pot fi reținuți timp îndelungat, ceea ce ar putea genera afecțiuni adiacente anumitor organe.

De asemenea, interacțiunile instantanee care pot apărea între compușii unor sisteme multicomponente pot conduce la apariția altor compuși toxici și pot afecta activitatea biologică a medicamentelor respective.

CAPITOLUL IV

Interacțiuni nanoparticule de argint/alcool polivinilic/citostatic

Studiul a vizat următoarele aspecte; (i) stabilirea cineticii de adsorbție a nanoparticulelor de argint (nAg) pe catena macromoleculară a alcoolului polivinilic (APV); (ii) comportamentul termic al nanodispersiilor pe bază de nanoparticule de argint/alcool polivinilic (nAg/APV); (iii) stabilitatea chimică a nanodispersiilor în prezența anionilor Cl-; (iv) interacțiunile dintre nAg/APV și epirubicină (EPR); (v) studiul filmului de nAg/APV comparativ cu filmul de APV obținut în condiții similare.

Au fost parcurse următoarele etape:

Studiul spectrofotometric al nanodispersiilor de nAg/APV. Studiul interacțiunilor nAg/APV în condițiile de mediu prestabilite.

Stabilirea modelului cinetic de adsorbție a nanoparticulelor de argint pe catena macromoleculară.

Caracterizarea filmului de nAg/APV.

4.1. Interacțiuni nAg/APV

4.1.1. Trasarea curbei de calibrare

Pentru trasarea curbei de etalonare s-au pregătit o serie de medii standard prin diluare succesivă a nanodispersiei filtrate respectând gradual raportul de nAg-APV/APV 9:1. Astfel, concentrația standardelor s-a determinat cu expresia 4.1.

Ci = 0.9 Ci-1 (4.1)

unde i ≠ 1 și are valori cuprinse între 2 si 24.

S-a considerat ca referință (C1), concentrația nanodispersiei de 0.024 g nAg/100 mL soluție APV 0,1%, care s-a determinat prin diferență, după cântărirea rezidiului spălat și uscat. În Tabelul 4.1, sunt prezentate concentrațiile standardelor, precum și lungimile de undă ale maximelor de absorbanță.

Tabelul 4.1 arată o alterare minoră a lungimii de undă de ± 2 nm, ceea ce este firesc datorită unor diluări succesive care conduc la scăderea concentrației. De asemenea, absorbanța scade gradual de la valoarea caracteristică mediului de referință până la ultima diluție. Pentru obținerea curbei de calibrare s-a trasat graficul: Absorbanța = f (C-nAg). Spectrele UV-Vis înregistrate pentru toate diluțiile și curba de calibrare sunt prezentate în Figura 4.1.

Tabelul 4.1.

Concentrația standardelor utilizate la înregistrarea spectrelor UV-Vis

Figura 4.1.

Spectrele UV-Vis înregistrate la temperatura camerei pentru standardele de nAg/APV (a) și curba de calibrare caracteristică de nAg/APV (b)

Din Figura 4.1 se observă că există o tendință de abatere de la simetrie a benzilor de absorbție, cu formarea unui umăr larg la lungimi de undă cuprinse în intervalul 400 nm și 500 nm. Această asimetrie poate fi atribuită unei dispersii selective a nanoparticulelor de argint în matricea polimeră gazdă, în funcție de dimensiunea acestora și/sau formării unor nanoagregate rezultate din aglomerarea nanoparticulelor [43-45]. R. Surudžić et al [44] au găsit o bandă de absorbție situată la lungimi de undă mai mari (aproximativ 650 nm) datorată agregării sau aglomerării nanoparticulelor de argint.

Maximul de absorbanță se menține pentru toate standardele la valoarea de 409±2, acesta fiind caracteristic nAg [41, 46].

4.1.2. Stabilitatea nanodispersiilor nAg/APV, în timp

În prezența APV, nanoparticulele de argint pot fi adsorbite pe matrița polimeră gazdă prin formarea unor legături coordinative cu atomul de oxigen de la gruparea hidroxil, formând un compozit de tipul nAg-APV [47] sau prin intermediul legăturilor Van der Waals [48].

Stabilitatea nanodispersiei în timp s-a studiat prin înregistrarea spectrelor UV-Vis imediat după filtrare și la intervale de 24 ore, respectiv 48 ore. Stabilitatea este influențată de schimbarea unor parametri de echilibru ai procesului de adsorbție/desorbție a nanoparticulelor de nAg. Concentrația la echilibru a nanoparticulelor de argint poate varia la anumite intervale de timp, iar acestea pot precipita formând sedimente fine. În Figura 4.2 sunt prezentate comparativ spectrele UV-Vis ale nanodispersiei nefiltrate (Fig. 4.2a) și ale celei obținute după filtrare, la diferite intervale de timp (Fig. 4.2b).

Figura 4.2a indică faptul că, după filtrare absorbanța scade, iar caracteristicile și forma picului sunt schimbate. Linia de bază se deplasează spre zero, iar banda de absorbție devine asimetrică (spectrul 2 – Fig. 4.2a). Scăderea maximului de absorbanță arată că, în dispersia nefiltrată erau anumite nanoagregate care au rămas în rezidiu. Prezența acestora este semnalată și prin deplasarea liniei de bază spre valori mai mari (spectrul 1 – Fig. 4.2a), dar în același timp simetria benzii evidențiază că nanoparticulele aglomerate dispersate aleator în faza continuă sunt în cantitate mică. Nanodispersia obținută este galben intens și are un aspect aparent omogen.

După 24 ore (Fig. 4.2b) spectrul prezintă linia de bază schimbată, ceea ce conduce la o creștere nesemnificativă a absorbanței; acest lucru poate fi cauzat de desorbția unor nanoparticule de pe catena polimeră. După 48 ore spectrul revine la aceleași caracteristici (Fig. 4.2b) prezentând o scădere foarte mică a maximului de absorbție. Aceste modificări sugerează că există abateri minore de la echilibrul procesului de adsorbție/desorbție a nAg pe matrița polimeră gazdă. Picul evidențiază aceeași asimetrie, ceea ce sugerează că modalitatea de dispersie a nanoparticulelor a rămas neschimbată, fiind dependentă de dimensiunea lor [7].

Figura 4.2.

Spectrele UV-Vis înregistrate la temperatura camerei pentru nanodispersia de nAg/APV nefiltrată și filtrată (a) la diferite intervale de timp (b)

4.1.3. Stabilitatea termică a nanodispersiilor nAg/APV

Influența diluției și a temperaturii asupra stabilității nanodispersiei de nAg-APV este evidențiată de spectrele UV-Vis înregistrate pentru dispersia inițială, după filtrare și dispersia diluată la jumatate, cu soluție de APV 1% și apă, în intervalul de temperatură cuprins între 25oC și 75oC. Figura 4.3 arată că diluția nu influențează semnificativ caracteristicile spectrelor (Fig. 4.2a), iar valoarea absorbanței scade de aproximativ două ori, ceea ce era preconizat.

Astfel, stabilitatea nu este infuențată de diluția cu APV sau apă, ceea ce sugerează că nu intervin interacțiuni suplimentare sau deviații majore ale echilibrului nAg-APV. De asemenea, temperatura nu influențează valoarea absorbanței (Fig. 4.2b), ceea ce arată că nanodispersia a rămas stabilă, apariția unor aglomerări suplimentare nu este evidențiată, iar desorbția nAg de pe matricea gazdă nu este favorizată. Nu s-a observat alterarea aspectului inițial al dispersiei și nici apariția unor sedimente fine care ar sugera precipitarea unor nanoparticule.

În concluzie, nanodispersia obținută după filtrarea excesului de nAg este stabilă în timp și la temperatură, iar echilibrul nu este influențat de diluție, cu apă sau soluție de APV 1%. Nanodispersia obținută după filtrare conține 48% nanoparticule dispersate în faza continuă apă-APV, din cantitatea inițială și 72% din cantitatea maximă dispersată înainte de filtrare. Aceasta este stabilă, cu aspect aparent omogen (fără a fi interpretat sistem omogen) și are o concentrație de 0.212 g L-1, care poate fi asociată unei concentrații de echilibru de adsorbție-desorbție a sistemului nAg-APV.

Figura 4.3.

Spectrele UV-Vis înregistrate pentru nanodispersia inițială după 48 ore și nanodispersia diluată cu soluție de APV 0.1% sau apă în raportul de volume 1:1 (a);

stabilitatea la diferite temperaturi (b)

4.2. Modelarea cinetică a procesului de adsorbție a nanoparticulelor de argint pe matricea gazdă de alcool polivinilic în regim dinamic

4.2.1. Cinetica reacției de echilibru de ordin întâi în ambele sensuri

Pentru abordarea cinetică a procesului de adsorbție a nAg pe matricea de APV se impun anumite precizări:

(i) nAg reprezintă faza dispersată în soluția de alcool polivinilic (faza continuă);

(ii) nAg dispersează în faza continuă până la o anumită concentrație limită, [nAg]max;

(iii) nAg dispersează aleator în matricea polimeră gazdă [47];

(iv) nAg se adsoarbe pe APV formând un compozit de tipul nAg-APV [47, 48];

(v) echilibrul se realizează într-un sistem stabil, când la atingerea stării staționare concentrația nAg este constantă în timp, iar viteza de adsorbție este egală cu viteza de desorbție.

(v) concentrația nAg la echilibru, [nAg]e reprezintă concentrația într-un sistem (faza continuă-nAg) stabil, care nu variază în timp (d[nAg]e/dt = constant), rezultând că numărul de nanoparicule de nAg adsorbite este egal cu numarul de nanoparticule desorbite.

Procesul de adorbție/desorbție a nAg este redat de relația 4.2, în care k1 și k-1 reprezintă constantele de viteză ale procesului de adsorbție, respectiv desorbție.

(4.2)

Vitezele de adsorbție/desorbție sunt exprimate de ecuațiile 4.3 și 4.4. Variația concentrației de nAg în timp se exprimă ca diferența dintre viteza de adsorbție (vads) și viteza de desorbție (vdes) a nAg (ecuația 4.5).

(4.3)

(4.4)

(4.5)

unde: [nAg] reprezintă concentrația nanoparticulelor neadsorbite la un moment t și se calculează cu expresia 4.6, în care [nAg]0 reprezintă concentrația inițială a nanoparticulelor; [nAg]ads este concentrația de nanoparticule adsorbite la un oarecare moment t; în sistem concentrația nanoparticulelor neadsorbite devine (ecuația 4.6):

[nAg] = [nAg]0 – [nAg]ads (4.6)

Luându-se în considerare faptul că adsorbția este spontană, se precizează că la momentul inițial există o concentrație mică de nanoparticule adsorbite [nAg]0ads. Ca urmare, concentrația de nanoparticule adsorbite la un oarecare moment t este: [nAg]0ads + [nAg]ads.

Astfel, variația concentrației nanoparticulelor adsorbite în timp se poate exprima cu ecuația 4.7:

(4.7)

Pentru a facilita abordarea cinetică, se introduc urmatoarele noțiuni:

– capacitatea maximă de adsorbție a nAg: qmax = mg n(Ag)0/g APV;

– capacitatea de adsorbție după un anumit moment t: q = mg (nAg)/g APV;

– capacitatea de adsorbție inițială : q0 = mg (nAg)0ads/g APV

Astfel, ecuația procesului de adsorbție/desorbție devine:

(4.8)

Pentru rezolvarea ecuației 4.8 se parcurg etapele intermediare 4.9, 4.10, 4.11 și 4.12:

(4.9)

(4.10)

(4.11)

(4.11)

Ecuația finală a procesului de adsorbție/desorbție este dată de expresia 4.13:

(4.13)

Condițiile de echilibru sunt redate de: ; ; .

Constanta de echilibru de adsorbție/desorbție (K) se calculează utilizând expresia 4.14:

K = (4.14)

Capacitatea de adsorbție la echilibru se determină cu relația 4.18 parcurgâng etapele intermediare 4.15, 4.16 și 4.17:

(4.15)

(4.16)

(4.17)

(4.18)

Astfel, pentru legea de viteză a procesului de adsorbție/desorbție se obțin următoarele expresii 4.19 și, respectiv 4.20 [Ti_nAg-APV_IJES_2018]:

(4.19)

k1 +k-1 = kobs

(4.20)

4.2.2. Verificarea modelului cinetic. Determinarea constatei de viteză (kobs) pentru procesul de adsorbție a nAg în matricea polimeră de APV

Așa cum s-a relatat în paragrafele anterioare, s-a preparat o soluție de APV 0,1% conținând 500 mg L-1 nAg (nAg/APV). S-au înregistrat spectrele UV-Vis inițiale ale soluțiilor menționate. Dispersia de nAg/APV s-a menținut sub agitare, spectrele UV-Vis fiind înregistrate la anumite intervale de timp ilustrate în Figura 4.4a, până la obținerea unei absorbanțe constante în timp, care implică atingerea concentrației limită de dispersie a nanoparticulelor în soluția de APV. Figura 4.4a ilustrează spectrele UV-Vis înregistrate pentru soluția de nAg/APV, timp de 120 minute. Maximul de absorbanță de la 409 nm corespunde nanoparticulele de argint [41, 46], banda fiind relativ simetrică, ceea ce indică faptul că mediul nu conține multe agregate sau nanoparticule aglomerate [46]. Un spectru similar pentru Ag/APV a fost raportat și în alte studii de specialitate [46]. Benzile sunt largi și prezintă un umăr de absorbție la lungimi de undă mari, probabil datorită distribuției selective a nAg în funcție de dimesiunea agregatelor formate prin aglomerarea acestora [46]. nAg reprezintă faza dispersată în soluția de alcool polivinilic, distribuția nanoparticulelor în matricea polimeră fiind dependentă de dimensiunea lor, dar aleatoare a celor de dimensiuni identice. Între suprafața relativ mare a nanoparticulelor de Ag [46] și matricea polimeră gazdă se stabilesc anumite legături cum ar fi forțele de tip Van der Waals [48] și/sau legături coordinative între argint și atomul de oxigen de la gruparea hidroxil, conducând astfel la apariția procesului de adsorbție între nanoparticule și polimer. Așa cum arată Figura 4.4, capacitatea de dispersie în faza apoasă este dependentă de timp. După 85 minute benzile se suprapun, ceea ce indică suprasaturarea și atingerea pragului limită de dispersare.

Figura 4.4.

Spectrele UV-Vis înregistrate pentru nAg-APV, la temperatura camerei (a); modelul cinetic de pseudo ordin-întâi abordat pentru adsorbția nanoparticulelor de argint în soluția de alcool polivinilic [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

Concentrația nanoparticulelor dispersate s-a determinat utilizând ecuația inserată în Figura 4.4b. Capacitatea relativă de adsorbție (q) exprimată în mg (nAg)/g APV este prezentată în Tabelul 4.2. Capacitatea maximă de adsorbție, qmax = 281 [28.1 mg (nAg)/ 0.1 g APV], iar capacitatea de adsorbție la echilibru este 212 mg/g, așa cum se poate deduce din cele prezentate în paragrafele anterioare.

Prin reprezentarea grafică a ln[qe/(qe-q)] în funcție de timp se obține o dreaptă cu panta egală cu kobs (Fig. 4.4b) [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Din Figura 4.4b se observă că valoarea constantei de viteză (kobs) este relativ mare, adsorbția respectând cinetica reacțiilor de pseudo ordin–întâi în ambele sensuri [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Tabelul 4.2.

Capacitatea de adsorbție a APV pentru nanoparticulele de argint

*mg nAg/g APV

4.3. Interacțiile nAg/APV cu epirubicina (EPR)

Au fost studiate interacțiunile stabilite între nanoparticule de argint, alcool polivinilic și epirubicină (nAg/APV/EPR) în absența și în prezența ionii de Cl-.

Figura 4.5 redă spectrul UV-Vis al nanodispersiei de argint în APV 0,1% și în ser fiziologic (SF), în absența și în prezența epirubicinei (EPR). Așa cum este arătat în Figura 4.5a, în prezența citostaticului (spectrul nAg/APV/EPR), maximul absorbției al nAg scade. Se observă apariția unui alt maxim, sub forma unui umăr larg, centrat în jurul valorii de 476 nm, care este atribuit epirubicinei [16]. Modificarea semnificativă a caracteristicelor picurilor de absorbție denotă mai mult decât o simplă interferență, ar putea sugera chiar apariția unei interacțiuni între nAg și EPR (spectrul nAg/APV din Fig. 4.5a). Spectrele epirubicinei înregistrate în serul fiziologic (SF/EPR) indică un maxim de absorbție la 478 nm și caracteristici complet diferite de cele înregistrate în prezența nAg/APV (spectrele SFS/EPR) (Fig. 4.5b). Forma aproape gaussiană a spectrului SF/nAg/APV sugerează o distribuție uniformă a nanoparticulelor de argint în soluția APV, în prezența ionilor de Cl-, comparativ cu cea prezentată în absența lor (spectrul nAg/APV din Fig. 4.5a). După cum se observă în Figura 4.5b, în prezența ionilor de Cl-, picul maxim al EPR (spectrul SFS/EPR) este mai bine evidențiat comparativ cu cel înregistrat în absența acestora (spectrul nAg/APV/EPR din Fig. 4.5a). De asemenea, picul nAg (spectrul SFS/EPR din Fig. 4.5b) este modificat semnificativ, în comparație cu cel obținut pentru nanoparticulele de argint în serul fiziologic (spectrul SF/nAg/APV din Fig. 4.5b), precum și în absența ionilor de Cl- (Fig. 4.5a).

Figura 4.5.

Spectrele UV-Vis ale nAg și EPR înregistrate în: a – soluție APV 0,1%; b – ser fiziologic care conține inhibitorii analizați [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

Astfel, se produc interacțiuni puternice, probabil datorită faptului că moleculele de epirubicină învelesc/încapsulează nanoparticulele de argint, creând așa-numitul "efect de cușcă" și, astfel macromoleculele APV devin un transportor pentru tipurile de agregate nAg/EPR [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

4.4. Caracterizarea filmului de nAg/APV

4.4.1. Prepararea filmului de nAg/APV

O anumită cantitate din emulsia filtrată a fost aplicată pe un suport de polietilenă într-un start gros, s-a uscat la temperatura camerei timp de 72 de ore și timp de 2 ore în aer cald. Astfel, s-a obținut un film de polimer cu nanoparticule de argint inserate, care s-a detașat cu ușurință de pe suport (Fig. 4.6). Ulterior, filmul a fost supus analizei prin microscopia electronică de baleiaj cuplată cu microscopia de raze X cu dispersie de energie (SEM/EDS), spectroscopie Raman și analiză termică.

Figura 4.6.

Filmul polimerului conținând nanoparticule de argint

4.4.2. Microscopia electronică de baleiaj cuplată cu spectroscopia de raze X cu dispersie de energie (SEM/EDS)

Rezultatele analizei SEM/EDS sunt prezentate în Figura 4.7. Imaginea SEM inserată în spectrul EDS arată un film relativ uniform disturbat de anumite formațiuni dificil de atribuit. Aceste formațiuni ar putea fi asimilate nanoperticulelor de argint, dar și apariției unor bule de gaz în film, care după uscare formează microcavități alterând astfel, uniformitatea filmului.

Figura 4.7.

Analiza SEM/EDS a filmului de alcool polivinilic conținând nanoparticule de argint

Analiza EDS arată că, pe lângă carbon și oxigen, care reprezintă componentele din macromolecula alcoolului polivivnilic, în film se regăsește argintul într-o proporție de aproximativ 4 atomi la 100 de grupări hidroxil. Distribuția nanoparticulelor de argint nu este uniformă în matricea polimerului gazdă. Așa cum arată harta de distribuție inserată în Figura 4.6 există numeroase formațiuni, care pot fi atribuite unor aglomerări de nanoparticule formând anumite agregate, precum și zone libere care nu conțin nanoparticule de argint.

4.4.3. Spectroscopia Raman

Spectroscopia Raman a filmului de nAg/APV a fost realizată comparativ cu un film etalon de alcool polivinilic, care s-a obținut din soluția apoasă folosind aceeași procedură indicată anterior (Fig. 4.8). Spectrul Raman pentru filmul etalon de APV are caracteristici asemănătoare altor spectre raportate în studii de specialitate [49]. Spre deosebire de spectrul Raman al APV, pentru filmul de compozit sunt observate anumite deplasări ale numerelor de undă, precum și o creștere puternică a intensității de distribuție Raman, probabil datorate interferențelor APV cu nanoparticulele de argint. La 1729 cm-1 se observă pe spectrul compozitului apariția unui pic propriu, care ar putea fi asimilat ca parte componentă a spectrului nanoargintului, care în conformitate cu literatura de specialitate [50], prezintă intensitățile Raman cele mai puternice la numere de undă cuprinse între 900 și 1600 cm-1. La numere de undă mici, există o aglomerare de picuri în intervalul 608 – 985 cm-1, datorate efectului argintului asupra catenei macromoleculare care probabil, în timpul preparării nanodispersiei facilitează reticularea polimerului.

Figura 4.8.

Spectrele Raman ale alcool polivinilic și compozitului nanoparticule de argint/alcool polivinilic

4.4.4. Thermal stability of nA/PVA composite film

4.4.4. Stabilitatea termică a filmului compozit de nAg/APV

The thermoanalytical curves (TG, DSC and DTG) are shown in Figures 4.9 and 4.10. The DTG curves are in detail displayed (Fig. 4.10) two by two comparatively, for the accurate rendering of the related comments as well as for the optimum visibility of DTG curve corresponding to nAg represented on the secondary axis.

Curbele termoanalitice (TG, DSC și DTG) sunt prezentate în Figurile 4.9 și 4.10. Curbele DTG sunt expuse în mod detaliat (Fig. 4.10), două câte două comparativ, atât pentru redarea cu precizie a comentariilor aferente, cât și pentru vizibilitatea optimă a curbei DTG care corespunde lui nAg reprezentat pe axa secundară.

Figure 4.9.

Thermoanalytical curves recorded in the temperature range between RT and 1000 °C, with a temperature scan rate of 10 °C min-1: a – PVA, nAg and nAg/PVA curves; b – DSC curve of PVA; c – DSC curve of nAg; d – DSC curve of nAg/PVA [OL_nAg-APV_JTAC_2020, CEECTAC_2019]

Curbele termoanalitice înregistrate într-un interval de temperatură cuprins între TC și 1000 °C, cu o rată de scanare a temperaturii de 10 °C min-1: a –curbele APV, nAg și nAg/APV; b – curba DSC a APV; c – curba DSC a nAg; d – curba DSC a nAg/APV [OL_nAg-APV_JTAC_2020, CEECTAC_2019]

SE va face adaptarea numarului figurii in text (figura 2 a devenit 4.9, iar figura 3 este 4.10)

From Fig. 2a it is observed that polyvinyl alcohol (PVA) is degraded in two main stages: (i) between RT and 300 °C; (ii) between 300 °C and 840 °C. The first stage consists from the following three consecutive sequences: (1) at low temperatures below 100 °C being attributed to the elimination of physically adsorbed water on the PVA surface [26]. The process is followed by the appearance of an extended shoulder on DSC curve centered around 85 °C and also visible on the DTG graph at 82 °C (Figs. 3a-b); (2) between 100 °C and 210 °C, the polyvinyl alcohol has a relatively thermal resistance, the TG curve indicates a minor mass loss due to the onset of dehydroxylation reaction and water release, forming unsaturated macromolecular chain as (-CH=CH-)n; (3) in the temperature range of 210 °C and 300 °C PVA is degraded in a pEPRentage of 69.6% and process is followed by two endothermic peaks (Fig. 2b) at 220 °C and 276 °C, the mass loss being maximal at 274 °C (Figs. 3a-b). Thus, PVA total mass loss (including humidity) up to 300 °C reaches a value of 74%.

Din Fig. 4.9a se observă faptul că alcoolul polivinilic (APV) se degradează în două etape principale: (i) între TC și 300 °C; (ii) între 300 °C și 840 °C. Prima etapă constă din următoarele trei secvențe consecutive: (1) la temperaturi scăzute, sub 100 °C, fiind atribuită eliminării apei fizic adsorbite pe suprafața de APV[26]. Procesul este urmat de apariția unui umăr prelungit pe curba DSC centrat la aproximativ 85 °C și vizibil, de asemenea pe graficul DTG la 82 °C (Figurile 4.10a-b); (2) între 100 °C și 210 °C alcoolul polivinilic are o rezistență termică relativă, curba TG indică o pierdere nesemnificativă de masă cauzată de declanșarea reacției de dezhidroxilare și a eliminării de apă, formând un lanț nesaturat macromolecular precum (-CH=CH-)n; (3) la o temperatură cuprinsă între 210 °C și 300 °C APV se degradează într-un procent de 69,6% și procesul este urmat de două vârfuri endotermice (Fig. 4.9b) la 220 °C și 276 °C, pierderea de masă fiind maximă la 274 °C (Figurile 4.10a-b). Astfel, pierderea totală de masă a APV (inclusiv umiditatea) la 300 °C atinge o valoare de 74%.

Figura 4.10.

DTG curves of PVA, nAg/PVA and nAg obtained in the temperature range between RT and 1000 °C, with a temperature scan rate of 10 °C min-1: a – PVA and nAg / PVA; b – nAg and PVA; c – nAg and nAg/PVA [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Curbele DTG ale APV, nAg/APV și nAg obținute la o temperatură cuprinsă între TC și 1000 °C, cu o rată de scanare a temperaturii de 10 °C min-1: a – APV și nAg/APV; b – nAg și APV; c – nAg și nAg/APV [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

The residue of 26% has a dark brown color and may be a complex mixture containing carbon or high temperature resistant compounds. The tar residue can be saturated by some adsorbed gases on its surface which are eliminated between 300 °C and 420 °C, the mass loss reaching a small value of 4.6%. This process can be superimposed on a more difficult decomposition process of the resulting residue (decomposition reaction finalization), signaled by the weak endothermic process highlighted on the DSC curve at 396 °C (Fig. 2b).

Consequently, until 420 °C, two significant chemical overlapped processes take place, namely, the macromolecular chain dehydroxylation and water removal or the macromolecular chain cleavage into smaller fragments associated to certain macroradicals [26]. Around 220 °C the dehydroxylation reaction takes place with the formation of unsaturated chains (polyenes) [33]. Moreover, a small amount of acetic acid can be removed derived from reminiscent acetate groups resulted from polyvinyl acetate incomplete hydrolysis. At higher temperature C-C bonds are cleaving and subsequent, the polyenes decompose to macroradicals [33] which, by successive chemical reactions as splitting and oxidation due to encapsulated molecular oxygen in PVA during synthesis can be transformed in stable compounds such as, aldehydes as OCH-(CH=CH)x-CH3 and ketones as CH3-CO-(CH=CH-)y-CH3. By successive decomposition stages, certain compounds (acetaldehyde, benzaldehyde, acrolein, etc) are formed and consequently released [33-35]. Similar PVA decomposition results were obtained by Wiśniewska et al [33], reporting the physically adsorbed water loss (endothermic) between 58–68 °C; the PVA dehydration and polyene formation (endothermic) between 269–306 °C; the polyene decomposition to macroradicals releasing different compounds, in temperature range of 404–429 °C; the final thermal degradation of the carbonized residue at high temperature (506-518 °C) takes place.

Between 420 °C and 840 °C a mass loss of 19.4% was computed, followed by an endothermic process, at 422 °C (Fig. 2b) and a maximum mass loss, at 452 °C (Figs. 3a-b). In this interval, most likely, the total tar decomposition occurs; it is possible to be eliminate some gases, such as carbon monoxide and dioxide. At 1000 °C there is a residue of 2%, representing the ash of burning. Gomez [26] described similar effects on DSC curve which were obtained under the same experimental conditions (nitrogen atmosphere and scanning temperature rate of 10 °C min-1).

As Fig. 2a shows, the silver nanoparticles (nAg) are relatively stable up to a temperature of 240 °C; between RT and 100 °C, desorption and moisture elimination occur, the mass loss being 5.2%. The process is slightly nuanced on the DSC curve with an extended shoulder centered at 96 °C. Between 100 °C and 240 °C the mass loss is insignificant, but an agglomeration process of nAg is possible, forming larger aggregates with good thermal stability.

It is known that, to avoid the agglomeration process of silver nanoparticles a common strategy was deployed to ovEPRome this hurdle, such as blending the silver nanoparticles with a polymer matrix grafting them on the macromolecular chains. The compound thermal stability, before 240 °C, can be due to the interactions between the nAg and capping polymer that is strongly adsorbed on silver surface. The good compatibility between capping agent and substrate leads to the formation of some bonds which are broken at greater temperatures than 240 °C, as shown below, thus avoiding the early agglomeration of silver nanoparticles.

Between 240 °C and 362 °C a mass loss of 8.3% is observed (Fig. 2a), on the DSC curve being marked a small extended peak centered at 301 °C (Fig. 2c). On the nAg DTG curve (Figs. 3b-c), the highest mass loss is marked at 301 °C and could be attributed to the decomposition of polymeric capping agent. The peak recorded on the DTG is split and consequently two decomposition processes appear at 254 °C and 301 °C (Figs. 3b-c), meaning that the polymeric shell degradation takes place in two steps. After 362 °C a gradual mass loss can be observed, which could be attributed to the decomposition of the silver oxide [36] formed during processing and handling of silver nanoparticles, or releasing of other compounds resulting from secondary decomposition reactions, reaching a maximum at 895 °C (Figs. 3b-c). The endothermic process is signaled by a wide peak at 875 °C on DSC curve (Fig. 2c). The downward trend of DSC curve can be caused by the multiple overlapped processes accompanying the decomposition that occurs through complex mechanisms. In this range the mass loss is 16.4% and the finally remained residue is 70.1% (at 1000 °C). The removal process of some gases is overlapped on the silver melting point from 962 °C.

nAg/PVA composite decomposition occurs in several steps as follows: between RT and 100 °C mass loss is 5.8% being attributed to the release of physically adsorbed water, the process being highlighted on the DSC and DTG curves by peaks with extended area and centered at temperatures of 91 °C (Figs. 2d and 3a-c, respectively). Between 100 °C and 200 °C, the composite has a relatively good thermal stability and minor mass loss occurs, that is attributed to water elimination, as a result of the onset of the dehydroxylation reaction. As with polyvinyl alcohol (PVA), the most significant decomposition step is marked between 210 °C and 325 °C with a mass loss of 54.3% (Fig. 2a) followed by two endothermic processes at 220 °C (similar PVA) and 289 °C (Fig. 2d). The mass loss is assigned to water elimination as a result of the dehydroxylation reaction as well as of release of other compounds resulting from polyene cleavage [33] mentioned above, or from oxidation processes due to molecular oxygen embedded inside of film during its preparation.

As we shown in early study [21], the distribution map of elements in nAg/PVA film revealed an oxygen excess on different surface zones due to embedding of air molecules in the composite film during preparation.

It can be observed that, the mass loss is smaller than that in the case of PVA, due to the fact that some oxygen atoms are attached to silver nanoparticles. Through successive processes of breaking the bonds and oxidation the silver oxide is formed. The most significant mass loss occurs at a temperature of 289 °C nuanced on the composite DTG curve (Fig. 3a-c).

After 325 °C, the composite curve (Fig. 2a-nAg/PVA) differs markedly from the polyvinyl alcohol curve (Fig. 2a-PVA), signaling overlapped processes of silver capping agent decomposition, PVA final degradation reaction and at temperature excess the silver oxide decomposition to metallic silver [36]. Three endothermic large peaks can be observed at 448 °C, 547 °C and 836 °C, respectively (Fig. 2d), but a bidentate peak on the DTG curve (Figs. 3a-c) was recorded around 457 °C, signaling the overlap of at least two processes and consequently, the degradation mechanism of composite is more or less distinctive from PVA or nAg ones. Roushan et al. [37] reported for poly(vinyl alcohol) (PVA) containing Ag-modified X-zeolite (PVA/X-zeolite) nanocomposite a thermal behavior similar to that of pure polyvinyl alcohol in two main steps ranging from 127 °C to 417 °C and between 427 °C and 507 °C, respectively.

At 1000 °C, a final residue of 6.1% remains, three times higher than in the case of PVA decomposition (Fig. 2a) and can be attributed to a final mixture containing in large proportion the metallic silver.

The small differences between PVA thermal analyzes reported by different authors could be due to the characteristics of the polyvinyl alcohol (molecular mass, polymerization degree and hydrolysis degree) as well as the structure/composition/bonds of the PVA-based composite. The data and comments are summarized in Table 1.

Consequently, thermal analysis has proven to be a very effective method for a film characterization consisting of a polymer-metal composite system. The thermoanalytical curves revealed adsorption of silver nanoparticles on the polyvinyl alcohol chain in pEPRentage around of 4%.

Reziduul de 26% are o culoare maro închis și poate fi un amestec complex conținând carbon sau compuși rezistenți la temperaturi ridicate. Reziduul de gudron poate fi saturat cu gaze adsorbite pe suprafața sa, care sunt eliminate la temperaturi cuprinse între 300 °C și 420 °C, pierderea de masă atingând o valoare mică de 4,6%. Acest proces poate fi suprapus cu un proces mai dificil de descompunere al reziduului care rezultă (descompunere reacție finalizare), semnalat de procesul slab endotermic evidențiat pe curba DSC la 396 °C (Fig. 4.9b).

Prin urmare, până la 420 °C au loc două procese chimice importante care se suprapun, și anume, dezhidroxilarea lanțului macromolecular și eliminarea apei sau clivajul lanțului macromolecular în fragmente mai mici asociate cu anumiți macroradicali [26]. În jurul a 220 °C reacția de dezhidroxilare are loc cu formarea lanțurilor nesaturate (poliene) [33]. În plus, poate fi îndepărtată o cantitate mică de acid acetic provenit din grupele acetat reziduale rezultate din hidroliza incompletă a acetatului de polivinil. La o temperatură mai ridicată legăturile C-C se lipesc și ulterior polienele se descompun în macroradicali [33] care, prin reacții chimice succesive, cum ar fi scindarea și oxidarea, cauzate de oxigenul molecular încapsulat în APV în timpul sintezei, pot fi transformate în compuși stabili, cum ar fi: aldehide, precum OCH-(CH=CH)x-CH3 și cetone, precum CH3-CO- (CH=CH-)y-CH3. Prin etape succesive de descompunere se formează anumiți compuși (acetaldehidă, benzaldehidă, acroleină etc.) care, prin urmare, sunt eliberați [33-35]. Rezultate similare privind descompunerea APV au fost obținute de Wiśniewska et al [33], raportând pierderea de apă adsorbită fizic (endotermică) între 58–68 °C; deshidratarea APV și formarea polienelor (endotermică) între 269–306 °C; descompunerea polienelor în macroradicali care eliberează diferiți compuși, la o temperatură cuprinsă între 404–429 °C; are loc degradarea termică finală a reziduurilor carbonizate la temperatură ridicată (506-518 °C.

Între 420 °C și 840 °C a fost calculată o pierdere de masă de 19,4%, urmată de un proces endotermic la 422 °C (Fig. 4.9b) și o pierdere maximă de masă la 452 °C (Figurile 4.10a-b). În acest interval, foarte probabil, apare descompunerea totală a gudronului; este posibil ca anumite gaze, cum ar fi monoxidul și dioxidul de carbon, să fie eliminate. La 1000 °C există reziduu de 2%, reprezentând cenușa rezultată din ardere. Gomez [26] a descris pe curba DSC efecte asemănătoare care au fost obținute în aceleași condiții experimentale (atmosferă de azot și o rată de scanare a temperaturii de 10 °C min-1).

După cum arată Fig. 4.9a, nanoparticulele de argint (nAg) sunt relativ stabile până la o temperaturăde 240 °C; între TC și 100 °C se produc desorpția și eliminarea umidității, pierderea de masă fiind de 5,2%. Procesul este ușor nuanțat pe curba DSC cu un umăr prelungit centrat la 96 °C. Între 100 °C și 240 °C pierderea de masă este nesemnificativă, dar este posibil un proces de aglomerare a nAg, formând agregate mai mari cu stabilitate termică bună.

Este cunoscut faptul că, pentru a evita procesul de aglomerare a nanoparticulelor de argint, a fost desfășurată o strategie comună pentru a depăși acest obstacol, cum ar fi amestecarea nanoparticulelor de argint cu o matrice de polimeri grefându-le pe lanțurile macromoleculare. Stabilitatea termică a compusului înainte de 240 °C poate fi cauzată de interacțiunile dintre nAg și polimerul de acoperire, care este puternic adsorbit pe suprafața de argint. Compatibilitatea bună dintre agentul de acoperire și substrat conduce la formarea unor legături care sunt rupte la temperaturi care depășesc 240 °C, după cum se arată în continuare, evitând astfel aglomerarea timpurie a nanoparticulelor de argint.

Între 240 °C și 362 °C se poate observa o pierdere de masă de 8,3% (Fig. 4.9a), pe curba DSC fiind însemnat un mic vârf prelungit centrat la 301 °C (Fig. 4.9c). Pe curba DTG a nAg (Figurile 4.10b-c) cea mai mare pierdere de masă este marcată la 301 °C și ar putea fi atribuită descompunerii agentului polimeric de acoperire. Vârful înregistrat pe DTG este scindat și prin urmare apar două procese de descompunere la 254 °C și 301 °C (Figurile 4.10b-c), ceea ce înseamnă că degradarea cochiliei polimerice are loc în două etape. După 362 °C se poate observa o pierdere graduală a masei care ar putea fi atribuită descompunerii oxidului de argint [36] format în timpul procesării și manipulării nanoparticulelor de argint sau eliberării altor compuși care rezultă din reacțiile secundare de descompunere, atingând un maximum la 895 °C (Figurile 4.10b-c). Procesul endotermic este semnalat de un vârf larg la 875 °C pe curba DSC (Fig. 4.9c). Tendința descrescătoare a curbei DSC poate fi cauzată de multiple procese care se suprapun și care însoțesc descompunerea care se produce prin mecanisme complexe. În acest interval pierderea de masă este 16,4% și reziduul rămas la final este în procent de 70,1% (la 1000 °C). Procesul de îndepărtare a anumitor gaze se suprapune pe punctul de topire al argintului la 962 °C.

Descompunerea compușilor de nAg/APV se produce în mai multe etape, după cum urmează: între TC și 100 °C pierderea de masă este de 5,8%, fiind atribuită eliberării de apă adsorbită fizic, procesul fiind evidențiat pe curbele DSC și DTG prin vârfuri cu suprafață prelungită și centrate la temperaturi de91 °C (Figurile 4.9d și respectiv 4.10a-c). Între 100 °C și 200 °C compusul are o stabilitate termică relativ bună și se produce o pierdere nesemnificativă de masă care este atribuită eliminării apei, ca urmare a declanșării reacției de dezhidroxilare. Ca și în cazul alcoolului polivinilic (APV), cea mai importantă etapă a descompunerii este marcată între 210 °C și 325 °C cu o pierdere de masă de 54,3% (Fig. 4.9a), urmată de două procese endotermice la 220 °C (asemănător APV) și 289 °C (Fig. 4.9d). Pierderea de masă este atribuită eliminării apei ca urmare a reacției de dezhidroxilare, precum și eliberării altor compuși mentionați mai sus rezultați din clivajul polienelor [33] sau din procesele de oxidare cauzate de oxigenul molecular încorporat în interiorul peliculei în timpul preparării sale.

După cum am arătat într-un studiu anterior [21], harta de distribuție a elementelor pe pelicula de nAg/APV a evidențiat un exces de oxigen în diferite zone ale suprafeței cauzat de încorporarea moleculelor de aer în pelicula de compuși în timpul preparării.

Se poate observa că pierderea de masă este mai mică decât pierderea în cazul APV datorită faptului că unii atomi de oxigen sunt legați de nanoparticulele de argint. Prin procese succesive de rupere a legăturilor și de oxidare se formează oxidul de argint. Cea mai importantă pierdere de masă se produce la o temperatură de 289 °C nuanțată pe curba DTG a compusului (Fig. 4.10a-c).

După 325 °C curba compusului (Fig. 4.9a-nAg/APV) diferă considerabil de curba alcoolului polivinilinic (Fig. 4.9a-APV), semnalând procese suprapuse de descompunere a agentului de acoperire cu argint, reacția finală de degradare a APV și descompunerea oxidului de argint în argint metalic la o temperatură foarte ridicată [36]. Trei vârfuri largi endotermice pot fi observate la 448 °C, 547 °C și, respectiv, 836 °C (Fig. 4.9d), dar s-a înregistrat un vârf bidentat pe curba DTG (Figurile 4.10a-c) în jurul a 457 °C, semnalând suprapunerea a cel puțin două procese și, prin urmare, mecanismul de degradare a compusului este mai mult sau mai puțin diferit de cele ale APV sau nAg. Roushan et al. [37] a semnalat pentru alcoolul polivinilinic (APV) care conține nanocompozitul Zeolit X de Ag modificat (APV/X-zeolit) un comportament termic asemănător celui al alcoolului polivinilic pur în două etape principale în intervalul 127 °C- 417 °C și, respectiv, între 427°C -507 °C.

La 1000 °C rămâne un reziduu final de6,1%, de trei ori mai mare decât în cazul descompunerii APV (Fig. 4.9a) și care poate fi atribuit unui amestec final conținând argint metalic într-un procent ridicat.

Diferențele mici dintre analizele termice ale APV raportate de diferiți autori se pot datora caracteristicilor alcoolului polivinilinic (masă moleculară, grad de polimerizare și grad de hidroliză), ca și structurii/compoziției/legăturilor compusului pe bază de APV. Cifrele și comentariile sunt prezentate pe scurt în Tabelul 4.3.

Prin urmare, analiza termică s-a dovedit a fi o metodă foarte eficientă pentru descrierea unei pelicule care constă dintr-un sistem compozit polimer-metal. Curbele termoanalitice au evidențiat adsorbția nanoparticulelor de argint pe lanțul de alcool polivinilinic într-un procent de aproximativ 4%.

Se va adapta in text. Tabelul 1 a devenit 4.3.

Tabelul 4.3.

Thermal parameters and assimilated processes to the thermal decomposition of polyvinyl alcohol (PVA), silver nanoparticles (nAg) and nAg/PVA composite [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Parametri termici și procese asimilate descompunerii termice a alcoolului polivinilinic (APV), nanoparticulelor de argint (nAg) și compusului de nAg/APV [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Rezultatele din acest capitol au fost publicate în lucrarile:

A. Samide, S. Iordache, G. E. Iacobescu, C. Tigae, C. Spînu, Titanium Implant Surface Modification in Physiological Serum Containing New Mixed Inhibitor Based on Poly(vinyl) Alcohol/Silver Nanoparticles/Epirubicin, Int. J. Electrochem. Sci. 13; 2018: 12125-12139. doi: 10.20964/2018.12.61

A. Samide, G. E. Iacobescu, B. Tutunaru, S. Iordache, Silver nanoparticles/polyvinyl alcohol film: studies of thermal characterization, AFM and corrosion protection by electrodeposition on 304L stainless steel, J. Therm. Anal. (2020), in pres

CAPITOLUL V

Aplicații ale filmelor rezultate din sisteme multicomponente Performanța anticorozivă

5.1. Performanța anticorozivă a filmului bazat pe nanoparticule de argint/alcool polivinilic/epirubicină adsorbit pe suprafața titanului

Performanța anticoroziva a filmului de nanoparticule de argint/alcool polivinilic/epirubicină a fost studiată utilizând polarizarea potențiodinamică și spectroscopia de impedanță electrochimică (EIS) asociate cu microscopia optică și microscopia de forță atomică (AFM).

5.1.1. Măsurători potențiodinamice

Măsurătorile potențiodinamice au fost efectuate pentru a induce anumite modificări pe suprafața titanului în prezența serului fiziologic (SF) și a sistemului complex constituit prin introducerea, în ser fiziologic, a nanoparticulelor de argint și alcoolului polivinilic, nAg/APV/SF (SFS). Rezultatele polarizării potențiodinamice sunt prezentate în Figura 5.1 [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Din Figura 5.1a, se observă că au fost înregistrate curbe potențiodinamice cu forme distincte. Curba aferentă titanului corodat în SF, în absența inhibitorilor (1) indică două domenii pasive, de la -400 mV până la -200 mV și între 400 mV și – 800 mV, întrerupte de o zonă activă desfașurată de la -200 mV până la 400 mV. Acest lucru sugerează o instabilitate a suprafeței, datorită formării compușilor de titan, care dezvoltă pe substrat un strat puțin aderent [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Caracteristicile curbei de titan în SFS (2) sunt deplasate într-o regiune de curent inferioară, densitatea curentului crește proporțional cu potențialul, probabil datorită procesului de oxidare a argintului care predomină pe cel al titanului. În prezența EPR, curba Ti în SF (3) se modifică, între -400 mV și 400 mV, densitatea curentului crește nesemnificativ cu creșterea potențialului, indicând formarea unui strat protector pe suprafață datorită adsorbției EPR. Ultima curbă atribuită Ti în SFS (4) indică un interval de pasivare extins de la E (i = 0) la 400 mV, care arată că nAg/APV mărește efectul EPR, compozitul nAg/APV comportându-se ca un transportor care facilitează difuzia EPR la interfața metal/electrolit.

Curbele semilogaritmice (Fig. 5.2b) arată că potențialul de coroziune (Ecor) se deplasează la valori mai mari, iar procesele anodice și catodice sunt influențate în mod considerabil, în toate cazurile, comparativ cu cele asociate titanului în serul fiziologic blank SF (1). În prezența nAg/APV în SF (2), curbele de polarizare sunt deplasate în direcție pozitivă, dar rămân la aproximativ același nivel al densităților de curent ca și curba obținută pentru titan în SF. Acest lucru sugerează o protecție slabă a suprafeței titanului, cel mai probabil datorată adsorbției fizice a APV, prin intermediul grupărilor hidroxil (HO-), fără formarea unei legături metal-metal, fiind astfel facilitată oxidarea primordială a argintului adsorbit pe lanțul macromolecular de APV. Epirubicina în SF (3) se comportă clasic ca un inhibitor care acționează prin adsorbție pe suprafață, formând un film protector care întârzie coroziunea titanului. EPR în SFS (4) acționează aproape în mod similar, indicând că nAg/APV este mai mult un transportor decât un inhibitor sinergic. Au fost obținute curbe similare pentru coroziunea titanului pur în soluția de acid sulfuric în prezența ionilor de Cl- [52], care pot perturba starea de pasivare spontană a titanului [Ti_nAg-APV_IJES_2018]. Un alt studiu a arătat că adăugarea de APV în ser fiziologic a dus la formarea stratului protector prin adsorbția inhibitorului pe suprafața titanului datorită efectului polar al grupărilor hidroxil [53].

Aceleași concluzii pot fi extrase din diagrama liniară (Fig. 5.2c) obținută în zona de potențial apropiat de potențialul de coroziune, unde i funcție E este o linie dreaptă cu panta (di/dE)E → Ecor corespunzătoare conductanței de polarizare (Cp) [33, 34, 51, 54]. Astfel, rezistența la polarizare (Rp) a fost calculată ca: Rp = 1/Cp [33, 34, 51, 54]. Parametrii electrochimici sunt listați în Tabelul 5.1, precum și performanța de protecție (P%) asimilată eficienței de inhibare, care a fost calculată ca în alte studii anterioare [33-35, 54] utilizând Ecuațiile 5.1, 5.2 și 5.3.

(5.1)

(5.2)

(5.3)

unde: iocor, Rop, Vocor reprezintă densitatea curentului de coroziune, rezistența de polarizare și viteza de coroziune (μm/an) obținute pentru coroziunea titanului în soluție de ser fiziologic, în absența inhibitorilor; icor, Rp și Vcor reprezintă densitatea curentului de coroziune, rezistența de polarizare și, respectiv viteza de coroziune calculate pentru coroziunea titanului în SF conținând EPR, nAg/APV și, respectiv nAg/APV/EPR.

Figura 5.1.

Rezultatele electrochimice pentru electrodul titan imersat în ser fiziologic (gol)/ca martor și care conține nAg/APV în absența și prezența epirubicinei: a – curbe de polarizare potențiodinamice; b – curbele semilogaritmice; d – diagrama liniară [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

.

Tabel 5.1.

Parametrii electrochimici ai titanului imersat în ser fiziologic simplu și conținând nAg/APV în absența și prezența epirubicinei [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

*Cslog – curbe semilogaritmice

** DL – diagrama liniară

După cum se poate observa din Tabelul 5.1, densitatea de curent scade ușor și rezistența de polarizare a înregistrat o creștere mică pentru Ti/SFS, comparativ cu Ti/SF, atingând o valoare maximă de 29,1%, pentru performanța de protecție (P%). Adăugarea de epirubicină în serul fiziologic (Ti/SF/EPR) conduce la o scădere semnificativă a curentului de coroziune și la creșterea rezistenței de polarizare. În consecință, performanța de protecție crește la 83,1%. Așa cum era de așteptat, performanța de protecție a EPR este puțin mai mare (max 87,6%) în prezența nAg/APV (Ti/SFS/EPR), confirmând cele menționate mai sus [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Rezultatele sunt în concordanță cu cele obtinuțe din alte studii, care au arătat că titanul prezintă o rezistență la coroziune relativ ridicată în prezența ionilor de Cl- [52, 55, 56] și, prin urmare, o densitate de curent de coroziune scăzută [52]. Pentru a restricționa coroziunea titanului, au fost investigați ca inhibitori anodici anumiți compuși organici care conțin în molecula lor grupări -NO2 [57] și care au favorizat polarizarea titanului la valori mai pozitive.

5.1.2. Spectroscopia de impedanță electrochimică (EIS)

Spectroscopia de impedanță electrochimică (EIS) este o metodă potrivită pentru studierea proceselor electrochimice la interfața metal/electrolit, oferind informații despre modificarea impedanței de suprafață. Având în vedere că impedanța (Z) este un număr complex compus dintr-o parte reală (Zr – rezistența) și o parte imaginară (Zi – reactanța), ea poate fi scrisă conform Expresiei 5.4, unde j2 = -1 [51, 58, 59]:

Z = Zr + jZi (5.4)

Admitanța (Y) este legată de impedanță conform Expresiei 5.5 [58], conductanța (Yr) și susceptanța (Yi) reprezentând partea reală și respectiv imaginară, după cum se arată în Expresia 5.6 [51, 58].

Y = 1/Z (5.5)

Y = Yr + jYi (5.6)

În consecință, diagrama Nyquist poate fi reprezentată grafic în funcție de impedanță (Ny_Z) sau de admitanță (Ny_Y), obținând informații despre rezistență (Ohms) și, respectiv conductanță (Siemens). Ambele grafice sunt prezentate în Figura 5.3 [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Figura 5.2.

Diagramele Nyquist înregistrate pentru electrodul de titan imersat în soluția inițială de ser fiziologic și conținând nAg/APV, în absența și prezența epirubicinei: a – reprezentarea detaliată a impedanței în zona de frecvențe înalte de la 105 Hz până la 102 Hz; b – diagrama de admitanță [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

Așa cum este arătat în Figura 5.3a, diagrama Ny_Z reprezentată grafic între 105 Hz și 102 Hz prezintă bucle capacitive cu diametre mari care implică o rezistență de polarizare mare, care aparent crește, după cum urmează: Ti/SF<Ti/SFS<Ti/SF/EPR<Ti/SFS/EPR.

Diagrama Ny_Y (Fig. 5.3b) prezintă bucle capacitive cu forme/configurații semicirculare tot mai extinse cu scăderea admitanței. Măsurătorile de impedanță/admitanță sunt în concordanță cu datele rezultate din polarizarea potențiodinamică, confirmând cea mai mare susceptibilitate la coroziune a titanului în ser fiziologic (Ti/SF) și cea mai mare rezistență a titanului corodat în serul fiziologic care conține compozitul nAg/APV și epirubicină (Ti/SFS/EPR). Mai mult decât atât, ca și măsurătorile potențiodinamice, diagrama NY_Y (Fig. 5.3b) prezintă un comportament specific titanului în prezența EPR (3), efectul său fiind stimulat ușor de adăugarea nAg/APV (4) [51].

Rezultatul fitării datelor experimentale, în intervalul de frecvență de 105 Hz și 10-1 Hz, prezentate în Figura 5.4 indică numeroase modificări la interfață, în prezența nAg/APV și EPR, în special în zona cu frecvență joasă, unde au fost înregistrate puncte dispersate aleatoriu [51].

Cea mai bună fitare a datelor experimentale s-a realizat, utilizând circuitul echivalent inserat în Figura 5.4. Elementele circuitului echivalent sunt reprezentate de: rezistența soluției (Rs); capacitatea stratului de acoperire (Cstrat); rezistența stratului (Rstrat); capacitanța stratului dublu-electric (Cdl); rezistența de polarizare a titanului (Rp) [53, 60]. Parametrii electrochimici ai impedanței sunt prezentați în Tabelul 5.2 [51].

Figura 5.3.

Diagrama Nyquist pentru electrodul de titan corodat în mediile testate: a – soluția inițială de ser fiziologic SF (Ti/SF) și SF conținând nAg/APV (Ti/SFS); b – SF conținând EPR (Ti/SF/EPR) și SF conținând nAg/APV și EPR (Ti/SFS/EPR) [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

Evoluția Rstrat, Rp, Cstrat și Cdl se datorează unei pelicule organice formate la interfața metal/electrolit prin adsorbția inhibitorilor pe suprafața titanului [60]. Variația Cstrat și Cdl poate fi asociată cu scăderea constantei dielectrice și/sau cu creșterea grosimii stratului dublu-electric, evidențiind apariția unui film protector adsorbit pe suprafața titanului [60]. Pentru a calcula performanța de protecție a straturilor a fost utilizată Relația 5.2. După cum se poate observa din Tabelul 5.2, cea mai bună protecție este oferită de stratul format prin adsorbiția nAg/APV/EPR, atingând o performanța de 87,1%, care este în concordanță cu valoarea obținută din polarizarea potențiodinamică [51].

Tabelul 5.2.

Parametrii impedanței pentru titan în ser fiziologic blank (Ti/SF) și conținând: nAg/APV (Ti/SFS); EPR (Ti/SF/EPR); nAg/APV și EPR (Ti/SFS/EPR), la temperatura camerei [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

5.1.3. Caracterizarea stratului format pe suprafața titanului în ser fiziologic, în absența și în prezența filmului inhibitor

Figurile 5.5 și 5.6 prezintă imaginile capturate prin microscopie optică și, respectiv AFM pentru suprafața de titan corodată în condițiile menționate în paragrafele anterioare [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

După corodarea titanului în SF, ambele metode proiectează diapozitive de suprafață cu o morfologie afectată de prezența unor pete repartizate aleatoriu (Fig. 5.5 – Ti/SF), care afectează uniformitatea stratului (Fig. 5.6a) și astfel, nu poate fi asigurată o protecție corespunzătoare. În prezența nAg/APV, pe suprafața filmului se observă o peliculă bine definită, dar probabil, cu aderență slabă, ceea ce conduce la formarea unor zone anodice (Fig. 5.5-Ti/SFS) pe care procesele de coroziune se pot intensifica. De asemenea, histograma din Figura 5.6b prezintă un aspect neregulat cu laturi ușor arcuite, care atestă faptul că pe suprafața filmului pot apărea unele microcavități care afectează continuitatea.

Morfologia suprafeței din Figura 5.5 – Ti/SF/EPR prezintă o configurație similară cu a standardului și poate fi asemănată cu o suprafață clasică modificată prin adsorbția unor molecule organice care au contribuit la dezvoltarea stratului protector. Aceleași informații pot fi extrase și din Figura 5.6c, dar care în plus, arată că filmul a fost modificat de prezența depunerilor de sare pe stratul superior al suprafeței. Spre deosebire de Figura 5.6a, în care depunerile par încorporate în strat conducând la neuniformitatea acestuia, în Figura 5.6c majoritatea acestora apar la întâmplare la suprafață, fără modificarea semnificativă a configurației Gaussiene a straturilor relevate de histogramă (Fig. 5.6c) [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

.

Figura 5.4.

Imagini capturate prin microscopia optică de pe suprafața electrodului de titan înainte (Titan standard) și după coroziune în: ser fiziologic (Ti/SF); în serul fiziologic conținând nAg/APV (Ti/SFS); în serul fiziologic conținând epirubicină (Ti/SF/EPR) și ser fiziologic conținând nAg/APV și epirubicină (Ti/SFS/EPR) [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

Diapozitivul din Figura 5.5 – Ti/SFS/EPR prezintă o suprafață acoperită cu o peliculă de polimer, dar cu o configurație diferită față de cea observată în Figura 5.5 – Ti/SFS. Mai mult decât atât, forma regulată a histogramei (Fig. 5.6d) indică un film relativ neted, similar cu cel prezentat în Figura 5.6b, însă aparent mai subțire și mai coerent organizat pe suprafață. De reținut este faptul că există anumite zone fără sare (Fig. 5.6d) pe care poate fi observat un strat uniform, ceea ce sugerează că interacțiunea dintre argint și epirubicină conduce la un compozit nAg/APV/EPR specific ancorat de suprafața metalică. Legarea de substrat se poate realiza prin adsorbția epirubicinei, sau prin punți de epirubicină, care leagă nanoparticulele de argint adsorbite de lanțul macromolecular APV de pe suprafața titanului [Ti_nAg-APV_IJES_2018].

Numarul corespunzator figurilor a fost gresit. Sa se adapteze correct si in text.

Figura 5.6.

Imagini AFM 2D și 3D ale electrodului de titan după coroziune în: a – ser fiziologic (Ti/SF); b – în ser fiziologic care conține nAg/APV (Ti/SFS); c – în ser fiziologic care conține epirubicină (TI/SF/EPR); d – ser fiziologic care conține nAg/APV și epirubicină (Ti/SFS/EPR) [Ti_nAg-APV_IJES_2018]

5.2. Performanța anticorozivă a filmului bazat pe nanoparticule de argint/alcool polivinilic adsorbit pe suprafața oțelului inoxidabil 304L

5.2.1. Atomic force microscopy (AFM)

The samples of uncovered and covered stainless steel were examined by AFM. The AFM 2D and 3D images are shown in Fig. 4. The surface morphology changes of 304L stainless steel coated with nAg/PVA film are comparatively discussed with standard and uncovered steel surfaces ones.

Probele de oțel inoxidabil neacoperit și acoperit au fost examinate de AFM. Imaginile 2D și 3D AFM sunt prezentate în Fig. 4. Modificările morfologice ale suprafeței din oțel inoxidabil 304L acoperite cu film nAg/APV sunt discutate comparativ cu cele de suprafață standard și, respectiv cu cele din oțel neacoperite.

Figura 5.7.

2D and 3D AFM images, before EIS, designed for 304L stainless steel, four weeks later the film electrodeposition: a – standard sample; b – uncovered steel surface; c – coated steel surface with nAg/PVA film [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Imaginile 2D și 3D AFM, înainte de EIS, proiectate pentru oțel inoxidabilde tip 304L, la patru săptămâni după eletrodepunerea filmului: a – mostră standard; b – suprafață de oțel neacoperită; c – suprafață de oțel acoperită cu peliculă de nAg/APV [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Se va adapta textul

A specific morphology corresponding to an untreated metal surface can be seen in Fig. 4a. In contrast, Fig. 4b designs an uneven surface, which no longer preserves the standard characteristics, being randomly damaged by the hydrochloric acid corrosive attack. In Fig. 4c, on the sample surface covered with a nAg/PVA film, moderate and accidental agglomerations compared to those highlighted on the untreated surface are identifiable. These aggregates can be assimilated to corrosion products that are inserted in the upper surface layer and whose amount and intensity are much attenuated in the case of the sample treated with the polymeric composite compared to uncoated sample, indicating that the protective layer significantly restricts the corrosion processes. Moreover, the surface morphology displayed for the coated steel (Fig. 4c) has characteristics close to those of the standard (Fig. 4a), suggesting that nAg/PVA effectively controls the stainless steel corrosion in hydrochloric acid solution, which has been successfully demonstrated in our previous studies [20]. In support of the above, Table 2 lists the main AFM parameters, as average roughness (Ra), root-mean-square (RMS) roughness (Rq) and maximum peak to valley height (Rp-v) that have been invoked in other profile studies [31, 32, 38, 39], providing suitable information about some surface upper layer features.

O morfologie specifică aferentă unei suprafețe de metal netratate poate fi observată în Fig. 4a. Prin contrast/spre deosebire, Fig. 4b proiectează o suprafață inegală, care nu mai păstrează caracteristicile standard, fiind aleatoriu deteriorată de atacul coroziv al acidului clorhidric. În Fig. 4c pe suprafața mostrei acoperite cu o peliculă de nAg/APV se pot identifica aglomerări moderate și accidentale comparativ cu cele evidențiate pe suprafața netratată. Aceste agregate pot fi asimilate produselor de coroziune care sunt inserate în stratul superior al suprafeței și a căror cantitate și intensitate sunt mult atenuate în cazul mostrei tratate cu compozit polimeric, comparativ cu mostra neacoperită, indicând faptul că stratul de protecție limitează semnificativ procesele de coroziune. În plus, morfologia suprafeței prezentată pentru oțelul acoperit (Fig. 4c) prezintă caracteristici apropiate celor ale standardului (Fig. 4a), sugerând că nAg/APV controlează în mod eficient coroziunea oțelului inoxidabil în soluția de acid clorhidric, fapt ce a fost demonstrat cu succes în studiile noastre anterioare [20]. În sprijinul celor de mai sus, Tabelul 2 enumerează principalii parametri AFM, cum ar fi rugozitatea medie (Ra), rugozitatea (Rq) medie pătratică (RMS) și înălțimea maximă de la vârf la vale (Rp-v), care au fost invocați în alte studii de profil [31, 32, 38, 39], oferind informații corespunzătoare despre unele caracteristici ale stratului superior al suprafeței.

Tabelul 5.3.

AFM results obtained for 304L stainless uncovered sample and coated with nAg/PVA composite film

Rezultate AFM obținute pentru mostra neacoperită de oțel inoxidabil de tip 304L și pentru cea acoperită cu film compozit de nAg/APV

As shown the Table 2, Ra computed by AFM for coated stainless steel reached a value of 79 nm lower than that of the untreated surface (101 nm) and close to standard one (75 nm) , indicating that the polymeric composite has an essential contribution to modeling a smoother surface layer compared to that uncovered (Fig. 4b), with characteristics close to those of the standard (Fig. 4a), as the microscopic slide, from Fig. 4c, displays. The other parameters as Rq and Rp-v, have maintained in the same trend, indicating that nAg/PVA composite coating leads to surface roughness attenuation and consequently to low damage caused by corrosion [31, 32].

După cum se observă din Tabelul 2, Ra calculată cu ajutorul AFM pentru oțel inoxidabil acoperit a atins o valoare de 79 nm, inferioară valorii suprafeței netratate (101 nm) și apropiată de cea standard (75 nm), indicând faptul că amestecul polimeric are o contribuție esențială la modelarea unui strat de suprafață mai neted comparativ cu cel neacoperit (Fig. 4b), cu caracteristici apropiate celor ale standardului (Fig. 4a), după cum se observă pe lamela microscopică din Fig. 4c. Ceilalți parametri, ca Rq și Rp-v, s-au menținut în aceeași tendință, indicând faptul că stratul compozit de nAg/APV conduce la o atenuare a rugozității suprafeței și, prin urmare, la deteriorări reduse cauzate de coroziune [31, 32].

5.2.2. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS)

The electrochemical impedance measurements processed as Nyquist and Bode diagrams (Fig. 5) were recorded in the frequency range of 105 Hz and 10-1 Hz, at open circuit potential (OCP). As shown Fig. 5a, the Nyquist diagram reveals, that for both surfaces uncovered and covered with nAg/PVA film, the capacitive loops with approximate semicircular shape were obtained. It is observed that, larger loop diameter for composite coating was displayed than for the uncoated surface one, which leads to a greater charge transfer resistance (Rct) and consequently to higher corrosion resistance [40]. The information provided by Bode diagram (Fig. 5b) on logZ value shows that the impedance response, at lowest frequency, increased for nAg/PVA coated surface, while the phase angle maximum was shifted to more negative value, indicating that the corrosion resistance reached a higher level than that of uncovered sample [31, 40].

5.2.2. Spectroscopie de impedanță electrochimică (EIS)

Măsurătorile de impedanță electrochimică prelucrate ca diagrame Nyquist și Bode (Fig. 5) au fost înregistrate în intervalul de frecvență cuprins între 105 Hz și 10-1 Hz, la potențial de circuit deschis (OCP). După cum reiese din Fig. 5a, diagrama Nyquist indică faptul că pentru ambele suprafețe, cea neacoperită și cea acoperită cu film de nAg/APV, s-au obținut bucle capacitive cu o formă aproximativ semicirculară. Se observă că s-a prezentat un diametru mai mare al buclei pentru acoperirea compozită decât cel pentru suprafața neacoperită, ceea ce conduce la o rezistență mai mare a transferului sarcinii de (Rct) și, prin urmare, la o rezistență mai mare la coroziune [40]. Informațiile oferite de diagrama Bode (Fig. 5b) despre valoarea logaritmului logZ arată că răspunsul la impedanță, la cea mai scăzută frecvență, a crescut pentru suprafața acoperită de nAg/APV, în timp ce unghiul de fază maximum s-a deplasat la o valoare negativă, indicând faptul că rezistența la coroziune a atins un nivel mai mare decât cel al mostrei neacoperite [31, 40].

Figura 5.8.

Nyquist (a) and Bode (b) diagrams recorded for 304L stainless steel without and with nAg/PVA protective coating, in 0.1 mol L-1 HCl solution [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Diagramele Nyquist (a) și Bode (b) înregistrate pentru oțel inoxidabilde tip 304L fără și cu strat de protecție din nAg/APV, în soluție 0,1 mol L-1 HCl [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Consequently, from EIS a classically behavior of surfaces covered with protective layers, that lead to the corrosion retardation, was highlighted. The best fitting of the experimental data was performed with the equivalent circuit inserted in Fig. 5a consisting of electrical circuit elements as the charge transfer resistance (Rct) in parallel position with double layer capacitance (Cdl) and both in series with the solution resistance (Rs). The nAg/PVA layer protection performance (P%) against 304L stainless steel corrosion in hydrochloric acid solution was computed with Equation 1 [31, 40]. All calculated data are centralized in Table 3.

(1)

where Roct and Rct represent the charge transfer of uncovered stainless steel and for coated sample, respectively obtained in 0.1 mol L-1 HCl solution.

Prin urmare, cu ajutorul EIS, a fost evidențiat un comportament uzual al suprafețelor acoperite cu straturi de protecție care determină întârzierea coroziunii. Cel mai bun echipament pentru datele experimentale a fost realizat cu circuitul echivalent introdus în Fig. 5a, constând din elemente ale circuitului electric, cum ar fi rezistența la transferul de încărcare (Rct) în poziție paralelă cu capacitanță dublu strat (Cdl) și ambele în serie cu rezistența soluției (Rs). Performanța protecției stratului de nAg/APV (P%) împotriva coroziunii oțelului inoxidabil de tip 304L în soluție de acid clorhidric a fost calculată cu Ecuația 1 [31, 40]. Toate datele calculate sunt centralizate în Tabelul 3.

(1)

unde Roct și Rct reprezintă transferul de sarcină al oțelului inoxidabil neacoperit și, respectiv, pentru mostra acoperită obținută în soluție 0,1 mol L-1 HCl.

Tabelul 5.4.

The composite protection performance (P%) and electrochemical parameters computed from EIS for uncoated and coated steel with the nAg/PVA film [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Performanța protecției materialului compozit (P%) și parametrii electrochimici calculați cu ajutorul EIS pentru oțelul neacoperit și acoperit cu peliculă de nAg/APV [OL_nAg-APV_JTAC_2020]

Analyzing the data from Table 3, it is observed that the nAg/PVA coating improves the surface characteristics, the composite conferring after four weeks from electrodeposition a protection of 81.7% and a surface coverage degree (θ=P/100) around 0.82, respectively. The results are in good agreement with those initially obtained, when the surface coverage degree (θ) reached the value of 0.85 [20], indicating that stainless steel surface is for a relatively long time protected against corrosion.

Analizând datele din Tabelul 3 se observă că învelișul de nAg/APV îmbunătățește caracteristicile suprafeței, materialul compozit oferind după patru săptămâni de la electrodepunere o protecție de 81,7% și, respectiv, un grad de acoperire a suprafeței (θ=P/100) de aproximativ 0,82. Rezultatele sunt în acord cu cele obținute inițial, atunci când gradul de acoperire a suprafeței (θ) a atins o valoare de 0,85 [20], indicând faptul că suprafața de oțel inoxidabil este protejată împotriva coroziunii pentru o perioadă relativ lungă de timp.

Concluzii

Compozitul nAg/APV îmbunătățește performanța anticorozivă (87,6%) prin facilitarea transportului acestuia la interfața titan/electrolit și, în același timp, interacțiunea argint-epirubicină conduce la un compozit, probabil nAg/APV/EPR, legat pe substrat prin intermediul punților de epirubicină. Acest fapt sugerează că nAg/APV reprezintă mai mult un transportor decât un inhibitor sinergic.

In this study, the thermal stability of a polymeric composite based on nAg/PVA was tested, showing that the modeled film was relatively stable up to a temperature of 200 °C. Thermal decomposition was performed compared to that of a standard PVA film and silver nanoparticles.

In the temperature range between 200 °C and 325 °C, the main decomposition step of composite took place, consisting in the dehydroxylation reaction and macromolecular chain splitting followed by the water release and other compounds with low molecular mass. After 325 °C, the thermogravimetric curve is markedly deviated from that of PVA, due to the influence of nAg on the degradation stages.

The AFM microscopic slides designed a different morphology for the uncoated stainless steel surface and covered by the nAg/PVA composite, the latter being even and smooth, preserving the standard features that are also confirmed by the AFM parameters.

Electrochemical impedance measurements confirmed that, after four weeks, the adsorbed layer secured a surface coverage degree (θ) around 0.82 close to that early obtained of 0.85, indicating that nAg/PVA composite can provide a good protection of stainless steel for a relatively long time.

În acest studiu a fost testată stabilitatea termică a unui material compozit polimeric pe bază de nAg/APV, indicând faptul că filmul utilizat ca model a fost relativ stabil până la o temperatură de 200 °C. Descompunerea termică a fost efectuată prin comparație cu cea a unui film standard de APV și cu cea a nanoparticulelor de argint.

În intervalul de temperatură cuprins între 200 °C și 325 °C a avut loc etapa principală a descompunerii materialului compozit, care constă din reacția de dezhidroxilare și ruperea lanțului macromolecular, urmată de eliminarea apei și a altor compuși cu masă moleculară scăzută. După 325 °C curba termogravimetrică este în mod semnificativ deviată de la cea a APV, datorită influenței exercitate de nAg asupra etapelor de degradare.

Lamelele microscopice utilizate de AFM au proiectat o morfologie diferită a suprafeței de oțel inoxidabil neacoperit și acoperit cu material compozit din nAg/APV, cel de al doilea fiind uniform și neted, conservând caracteristicile standard care sunt de asemenea confirmate de parametrii AFM.

Măsurătorile de impedanță electrochimică au confirmat faptul că, după patru săptămâni, stratul adsorbit a asigurat un grad de acoperire a suprafeței (θ) de aproximativ 0,82, apropiat de cel de 0,85 obținut anterior, indicând astfel că materialul compozit de nAg/APV poate oferi o protecție bună pentru o perioadă relativ lungă de timp oțelului inoxidabil.

Rezultatele din acest capitol au fost publicate în lucrarile:

1. A. Samide, S. Iordache, G. E. Iacobescu, C. Tigae, C. Spînu, Titanium Implant Surface Modification in Physiological Serum Containing New Mixed Inhibitor Based on Poly(vinyl) Alcohol/Silver Nanoparticles/Epirubicin, Int. J. Electrochem. Sci. 13 (2018) 12125-12139. doi: 10.20964/2018.12.61

2. A. Samide, G. E. Iacobescu, B. Tutunaru, S. Iordache, Silver nanoparticles/polyvinyl alcohol film: studies of thermal characterization, AFM and corrosion protection by electrodeposition on 304L stainless steel, J. Therm. Anal. (2020), in pres

.

CAPITOLUL VI

Interacțiunile nistatinului cu citostaticele. Studii electrochimice și termice

6.1. Studiul stabilității electrochimice și termice a Nistatinului (NST)

6.1.1. Stabilitatea electrochimică a nistatinului

Procesele electrochimice care au loc la suprafața electrodului de platină în soluțiile apoase ale NST conținând ca electrolit suport NaCl sunt corelate cu procesele ionilor Cl- de la interfața electrod/electrolit. Analiza electrochimică a compușilor biologic activi este utilizată pe scară largă pentru studierea stabilității lor [48]. În prezența anionilor clorură, studiul stabilității electrochimice a NST este mult mai complex, comparativ cu cazul unui electrolit suport inactiv, deoarece procesele electrochimice directe la care participă moleculele de NST sunt însoțite și de procese electrochimice indirecte și electromediate.

În soluția conținând anioni clorură, creșterea ușoară a densității de curent în voltamograma ciclică corespunzătoare este corelată cu oxidarea ionilor clorură care generează specii de hipoclorit în vecinătatea electrodului [48].

În Figura 6.1 sunt prezentate, comparativ, voltamogramele ciclice obținute pentru soluția apoasă a electrolitului suport NaCl 10-1 mol·L-1, atât în absența, cât și în prezența NST în concentrație de 5·10-5 mol·L-1, înregistrate pe electrodul de platină cu o viteză de baleiaj a potențialului electrodului de lucru de 100 mV·s-1.

Conform Figurii 6.1, se poate observa că electrolitul suport este electrochimic activ la valori ale potențialului electrodului de lucru mai mari de 1,0 V vs. AgǀAgCl,KCl. Maximul densității de curent de 10 mA·cm-2, înregistrat la un potential de 1,3 V corespunde oxidării ionilor clorură cu formarea anionilor oxigenați ai clorului. La valori și mai mari ale supratensiunii anodice, respectiv la valori ale potențialului electrodului de lucru de 1,5 V, densitățile de curent cresc semnificativ atingând valori de aproximativ 35 mA·cm-2. În acest domeniu al potențialelor, cuprins între 1,5 și 2,0 V, are loc generarea electrochimică a anionilor oxigenați ai clorului în stare de oxidare superioară (hipoclorit, clorit, clorat și pEPRlorat). Totodată, moleculele de apă participă și ele la procesele de electrod, iar electrodul de platină are proprietăți electrocatalitice superioare în generarea speciilor oxigenate reactive precum radicalii hidroxil, anionii și radicalii peroxid. În timpul polarizării catodice a electrodului de platină în soluția de electrolit suport, sunt înregistrate trei maxime ale densității de curent catodic la valori ale potențialului de 0,8, 0,1 și -0,6 V. Aceste maxime ale densității de curent catodic sunt datorate proceselor electrochimice de reducere a anionilor oxihalogenați.

Figura 6.1.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Pt în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, în absența și în prezența NST 5·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1 [Rev. Chim_2019]

După adăugarea NST în soluția de electrolit, se observă o modificare semnificativă a formei voltamogramei ciclice, astfel: i) valoarea densității maxime a curentului anodic scade de la 35 la 10 mA·cm-2, corespunzător potanțialului maxim atins de 2,0 V, ii) ciclul de histereză este redus semnificativ ceea ce poate fi explicat printr-o adsorbție puternică a moleculelor de NST pe suprafața electrodului și astfel se observă o reducere a transferului de sarcină la suprafață, iii) maximul densității curentului anodic înregistrat la un potential de 1,3 V, în absența NST, nu mai este înregistrat în prezența NST și iv) cele trei maxime ale densității curentului catodic nu mai sunt înregistrate ceea ce înseamnă că pe de o parte speciile oxihalogenate fie nu mai sunt electrogenerate într-o cantitate semnificativă, fie se formează în cantități mult mai mici și sunt consumate prin reacții în faza omogenă cu substratul organic.

În Figura 6.2 sunt prezentate rezultatele analizei spectrofotometrice ale soluției de electrolit, realizate comparativ, înainte și după înregistrarea voltamogramelor ciclice.

Figura 6.2.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1 înregistrate înainte și după efectuarea voltametriei ciclice; densitate de curent = 15 mA cm-2 [Rev. Chim_2019]

Conform Figurii 6.2, spectrul înregistrat înainte de performarea voltametriei ciclice corespunde moleculelor de NST și se caracterizează prin două maxime de absorbție în domeniul UV. Un maxim de absorbție larg este centrat la lungimea de undă de 300 nm și scindat sub forma unui triplet și un maxim de absorbție nescindat și de intensitate redusă, la lungimea de undă de 235 nm. Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST, prezentate în Figura 2, arată că după înregistrarea voltamogramei ciclice, spectrul atinge valori ale absorbanței mai mari. Acest lucru se explică prin degradarea parțială a moleculelor de NST cu schimbarea configurației electronice, dar fără o alterare semnificativă a structurii.

A fost efectuată electroliza la densitate de curent constant a soluțiilor apoase conținând NST 5·10-5 mol·L-1 pentru a testa stabilitatea electrochimică a sa sub influența electrolitului suport NaCl 10-1 mol·L-1. Spectrofotometria UV-Vis este utilizată cu succes pentru a observa variațiile de absorbanță ale speciilor fotosensibile în timpul proceselor de degradare electrochimică [48].

În Figura 6.3 sunt prezentate spectrofotogramele soluției de lucru supusă electrolizei, în aceste condiții și înregistrate din 5 în 5 minute.

Figura 6.3 prezintă o creștere a valorilor absorbanțelor corespunzătorspectrelor UV-Vis ale soluțiilor apoase ale NST, înregistrate din 5 în 5 minute, până la 20 de minute ale procesului de electroliză. Acest lucru demonstrează activitatea electrochimică a moleculelor organice de nistatin. Astfel, la valori mici ale timpului de electroliză (< 20 minute), moleculele sunt parțial degradate atingând valori energetice superioare sub acțiunea câmpului electric. Această observație experimentală coroborează rezultatele obținute prin voltametrie ciclică. La valori mari ale timpului de electroliză (20 minute< t < 60 minute), valorile absorbanțelor corespunzătoare maximelor de absorbție UV ale NST scad, iar la finalul experimentului se constată că gradul de degradare a moleculelor de NST atinge valori de aproape 100 %.

Figura 6.3.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1 înregistrate la diferite valori ale timpului de electroliză la densitate de curent constant; i = 15 mA cm-2 [Rev. Chim_2019]

Este cunoscut faptul că stabilitatea electrochimică a compușilor organici este influențată de prezența anionilor halogenură datorită acțiunii sinergice a speciilor active electrogenate (XO-).

6.1.2. Influența naturii electrodului asupra stabilitãții electrochimice a Nistatinului. Electrodul de Cu, Ni, Pb, Sb și Ti

Stabilitatea electrochimică este semnificativ influențată de natura electrodului utilizat. Astfel, s-a realizat, experimental, studiul influenței naturii electrodului asupra stabilității electrochimice a nistatinului (NST) 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1 utilizând diferiți electrozi metalici: Cu, Ni, Pb, Sb și Ti. Modul în care este influențată stabilitatea electrochimică a nistatinului în soluție apoasă pe diferiți electrozi a fost studiat prin voltametrie ciclică și spectrofotometrie UV-Vis.

Electrodul de Cu

Voltamograma ciclică a electrodului de cupru în soluția de NaCl 10-1 mol·L-1 atât în absența, cât și în prezența a NST 5·10-5 mol·L-1 indică valori mari ale densităților de curent asemănătoare electrozilor Ni sau Pb. Așa cum se poate observa din Figura 6.4, în prezența moleculelor de NST, are loc o modificare atât a proceselor anodice, cât și a celor catodice. Maximul densității de curent înregistrat la valoarea potențialului de ~0,6 V corespunde oxidării nistatinului. Valorile densităților de curent anodic sunt net superioare în prezența moleculelor de medicament începând de la valori mici ale potențialelor de ~0,2 V. Acest fenomen indică o adsorbție puternică a moleculelor organice pe suprafața electrodului de cupru.

Figura 6.4.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Cu în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, în absența și în prezența NST 5·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1 [Rev. Chim_2019]

Apariția unui nou maxim al densităților de curent catodice (~0,7 V) indică prezența unui proces de reducere a unor specii, acestea fiind cel mai probabil reprezentate de complecși ai nistatinului cu ionii de cupru.

Spectrele UV-Vis indică o interacție puternică a moleculelor organice cu ionii de cupru. Încă din primele momente degradarea nistatinului este profundă, atingându-se un grad de degradare aproape total.

Electrodul de Ni

Voltamograma ciclică a electrodului de Ni prezintă o creștere a densităților de curent în prezența nistatinului doar în zona de activitate (domeniul de potențiale 0 ÷ 1 V). În prezența nistatinului nu pot fi observate modificări semnificative ale voltamogramei ciclice la densitatea de curent utilizată la degradarea electrochimică a acestui compus biologic activ.

Figura 6.5.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Ni în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, în absența și în prezența NST 5·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1 [Rev. Chim_2019]

Din Figura 6.5 se poate observa deplasarea liniei de bază la valori superioare ale absorbanțelor, ceea ce indică modificarea compoziției soluției de electrolit.

Interacția moleculelor de nistatin cu ionii de nichel este foarte puternică. Spectrele UV-Vis se deplasează la valori superioare ale absorbanțelor, maximele de absorbție caracteristice nistatinului scad în intensitate.

Electrodul de Pb

În cazul electrodului de Pb, prezența moleculelor de nistatin în soluția de electrolit influențează predominant procesele anodice. În timpul polarizării anodice, maximul densității de curent înregistrat la un potențial de +0,1 V și atribuit oxidării plumbului / formării stratului de oxid superficial este deplasat la valoarea de –0,1 V și, totodată, densitatea de curent scade de la 70 la 30 mA·cm-2, ceea ce indică un proces de adsorbție puternică a moleculelor de nistatin la suprafața metalică.

Figura 6.6.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Pb în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, în absența și în prezența NST 5·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1 [Rev. Chim_2019]

La valori ale potențialelor mai mari de 0,6 V, densitățile de curent au valori mai mari în prezența moleculelor de nistatin, ceea ce înseamnă că în zona de activitate moleculele de nistatin favorizează dizolvarea plumbului. Asemănător comporamentului electrochimic al electrodului de nichel, și în acest caz există o interacție puternică a moleculelor de nistatin cu ionii de plumb fără a exclude posibilitatea formării unor complecși.

Electrodul de Sb

În cazul electrodului de stibiu, atât procesele de electrod anodice, dar mai ales cele catodice observate în cazul electrodului de stibiu, sunt ușor reduse în intensitate în prezența moleculelor de nistatin. Odată format stratul oxidic pe suprafața electrodului de stibiu, densitățile de curent sunt menținute constante la valori foarte mici, mai mici de 10 mA·cm-2, electrodul aflându-se într-o stare de pasivitate.

Figura 6.7.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Sb în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, în absența și în prezența NST 5·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1

Din reprezentarea comparativă a voltamogramelor ciclice ale electrodului de Sb, în soluție de NaCl 0,1 M în absența și în prezența moleculelor de nistatin, se poate observa că nu există o interacție semnificativă a acestuia la interfața metal / soluție de electrolit.

Electrodul de Ti

Voltamogramele ciclice ale electrodului de titan înregistrate în condițiile experimentale date sunt caracteristice unui electrod inert; filmul pasiv de oxizi format la suprafața electrodului menține densitățile de curent la valori mici pe întreg domeniul de potențial analizat (-2 V ÷ 2 V). În acest caz, moleculele de nistatin prezintă o interacție mai puternică la suprafața electrodului conducând la scăderea densităților de curent în domeniul anodic (1 V ÷ 2 V).

Figura 6.8.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Ti în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, în absența și în prezența NST 5·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1 [Rev. Chim_2019]

Din punct de vedere al mecanismului de degradare electrochimică, electrodul de titan prezintă caracteristici asemănătoare cu cel de platină.

6.2. Influența unor citostatice asupra stabilității electrochimice a Nistatinului

Stabilitatea electrochimică a unui compus biologic activ este influențată nu numai de natura electrodului, dar și de natura și compoziția soluției de electrolit. Prezența altui compus biologic activ (citostatic) în soluția de electrolit poate conduce la creșterea vitezei de degradare a moleculelor de nistatin sau dimpotrivă poate să manifeste un efect retard.

Scopul acestui studiu este de a previziona stabilitatea electrochimică a nistatinului atunci când se găsește în soluția de electrolit în prezența altor compuși biologic activ din clasa citostaticelor (Epirubicină – EPR; Gemcitabină – GCT; Paclitaxel – PTX). În Figura 6.9 sunt prezentate spectrele UV-Vis ale soluțiilor de electrolit apoase corespunzătoare celor patru compuși biologic activi, în absența electrolitului suport (NaCl).

Figura 6.9.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor de electrolit apoase corespunzătoare celor patru compuși biologic activi (Nistatin – NST; Epirubicină – EPR; Gemcitabină – GCT; Paclitaxel – PTX), în absența electrolitului suport (NaCl)

Caracterizarea spectrofotometrică individual a celor patru compuși utilizați prezintă o importanță deosebită deoarece permite identificarea modului în care este influențată stabilitatea lor atunci când se găsesc în coprezență.

6.2.1. Influența Epirubicinei supra stabilității electrochimice a Nistatinului

Influența citostaticului EPR asupra stabilității electrochimice a NST a fost studiată prin voltametrie ciclică și electroliză la densitate de curent constant (15 mA·cm-2), metode cuplate cu analiza spectrofotometrică a soluțiilor de electrolit.

În Figura 6.10 sunt prezentate voltamogramele ciclice corespunzătoare soluțiilor de electrolit conținând NST și electrolitul suport, în absența și în prezența moleculelor de EPR la o concentrație de 1,8·10-4 mol·L-1.

Figura 6.10.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Pt în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1,

NST 5·10-5 mol·L-1; în absența și în prezența EPR 1,8·10-4 mol·L-1; v = 100 mV·s-1

Conform voltamogramelor ciclice prezentate comparativ în Figura 10, caracteristica asemănătoare celor două soluții este că în ambele cazuri, la valori ale potențialelor mai mari de 1,0 V se înregistrează o intensificare a proceselor de transfer de sarcină la interfață. Diferența dintre cele două voltamograme ciclice constă în faptul că, în prezența EPR se înregistrează o creștere semnificativă a densităților curentului anodic (20 mA·cm-2) în același timp cu creșterea ciclului de histereză, ceea ce demonstrează intensificarea proceselor de oxidare la suprafața electrodului de platină. În timpul polarizării catodice, densitățile curentului catodic cresc în prezența EPR.

În vederea elucidării mecanismelor proceselor electrochimice, respectiv a proceselor competitive chimice și electrochimice care au loc, aceste soluții au fost analizate spectrofotometric atât înainte cât și după studiul lor prin voltametrie ciclică. Rezultatele analizelor spectrofotmetrice ale soluției de lucru sunt prezentate în Figura 6.11.

Figura 6.11.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1, EPR 1,8·10-4 mol·L-1; înregistrate înainte și după performarea voltametriei ciclice; densitate de curent = 15 mA cm-2

Spectrul UV-Vis înregistrat initial, evidențiază atât maximele de absorbție specific moleculelor de epirubucină (235 și 505 nm), cât și cele corespunzătoare nistatinului (294, 306 și 321 nm). Suprapunerea celor două spectre în domeniul Vis implică doar un maxim de absorbție moleculară, doar cel corespunzător EPR. Deoarece ambii compuși prezintă maxime de absorbție în domeniul UV, suprapunerea spectrelor corespunzătoare are drept consecință lărgirea maximului de absorbție concomitent cu reducerea intensității picurilor de absorbție. Spectrul înregistrat după performarea voltametriei ciclice indică o scădere a intensităților de absorbție corespunzător tuturor maximelor de absorbție, atât Vis cât și UV. Acest lucru este corelat cu degradarea electrochimică a celor doi compuși biologic activi.

În Figura 6.12 sunt prezentate spectrele UV-Vis ale soluției de electrolit NST_NaCl_EPR supuse procesului de electroliză la densitate de curent constant, timp de 60 de minute.

Figura 6.12.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1, EPR 1,8·10-4 mol·L-1; înregistrate la diferite valori ale timpului de electroliză la densitate de curent constant; i = 15 mA cm-2

Analiza spectrofotometrică arată că, sub acțiunea curentului de intensitate constantă (i = 15 mA cm-2), atât moleculele de NST, cât și EPR sunt degradate electrochimic, iar lipsa altor maxime de absorbție demonstrează că degradarea se realizează la compuși inactivi în domeniul de lungimi de undă analizat. Conform rezultatelor spectrofotometrice, degradarea electrochimică a EPR se realizează într-o măsură de aproximativ 40 %, în timp ce moleculele de NST sunt degradate într-un procent de aproximativ 100 %.

Rezultatele acestui studiu au demonstrat că, în coprezență, compusul antifungic NST are o susceptibilitate la oxidare mai mare comparativ cu citostaticul EPR.

6.2.2. Influența Gemcitabinei supra stabilității electrochimice a Nistatinului

Comportamentul electrochimic al moleculelor de NST a fost studiat în prezența compusului citostatic Gemcitabină (GCT).

Scopul acestui studiu a fost de a constata acțiunea reciprocă protectoare sau oxidantă a acestor compuși atunci când se găsesc simultan în soluția de electrolit.

În Figura 6.13 sunt prezentate voltamogramele ciclice ale soluțiilor de electrolit NST_NaCl, în absența și în prezența GCT cu o viteză de baleiaj a potențialului de 100 mV·s-1.

Figura 6.13.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Pt în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1, NST 5·10-5 mol·L-1; în absența și în prezența GCT 7,6·10-5 mol·L-1; v = 100 mV·s-1

Figura 6.13 ne arată că într-un domeniu de potențial, destul de larg, cuprins între -0,25 și 1,0 V, electrodul de lucru se găsește într-o stare de pasivitate. Oadată cu deplasarea potențialului spre valori din ce în ce mai mari (> 1,0 V) se observă o creștere a vitezei de transfer de sarcină la suprafața electrodului. Atunci când soluția de electrolit conține citostaticul GCT se observă o creștere semnificativă a densităților curentului anodic de la 9 la 22 mA cm-2. Totodată, se observă și creșterea ciclului de histereză. Lucru observant în absența compușilor biologic activi. Modificarea formei și caracteristicilor voltamogramei ciclice demonstrează competivitatea dintre NST și GCT în procesele electrochimice de la suprafața electrodului de platină.

Soluția de electrolit conținând atât NST, cât și GCT, analizată prin voltametrie ciclică, a fost analizată atât inițial, cât și la sfârșitul experimentului, iar rezultatele sunt prezentate în Figura 6.14.

Figura 6.14.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1,

GCT 7,6·10-5 mol·L-1 înregistrate înainte și după efectuarea voltametriei ciclice

Spectrele UV-Vis prezentate în Figura 6.14 identifică atât maximele de absrobție corespunzătoare NST, cât și maximul de absorbție atribuit GCT (273 nm). Și în prezența GCT se poate observa că după înregistrarea voltamogramei ciclice, spectrele UV-Vis indică o creștere a absorbanțelor tuturor maximelor identificate. Această observație demonstrează că sub acțiunea curentului electric și în coprezență au loc interacții specific chimice și/sau electrochimice care conduc la modificări ale configurațiilor electronice corespunzătoare celor doi compuși. Rezultatele astfel obținute sunt coroborate de rezultatele obținute prin electroliză la densitate de curent constant (Fig. 6.15).

Sub acțiunea curentului electric de intensitate constantă, comportamentul electrochimic al celor doi compuși (NST și GCT) în soluția de electrolit prezintă atât asemănări, cât și diferențe. Astfel, s-a constatat că până la o valoare a timpului de electroliză de 30 de minute, valorile absorbanțelor cresc în timp atât pentru maximele de absorbție ale NST, cât și pentru cele ale GCT. Diferența constă în faptul că în cazul NST valorile absorbanțelor cresc semnificativ mai mult, iar picurile de absorbție devin puternic evidențiate fără o modificare a lungimii de undă. La timpi de electroliză cuprinși între 30 și 60 de minute, valorile absorbanțelor încep să scadă, caracteristic tuturor maximelor UV din spectru. Diferența, în această situație, constă în faptul că pentru NST se înregistrează o scădere mult mai rapidă.

În concluzie, se poate afirma că stabilitatea electrochimică a NST este mult mai mică atunci când se găsește în soluție în prezența compusului citostatic GCT.

Figura 6.15.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1,

GCT 7,6·10-5 mol·L-; înregistrate la diferite valori ale timpului de electroliză la densitate de curent constant; i = 15 mA cm-2

6.2.3. Influența Paclitaxelelului supra stabilității electrochimice a Nistatinului

Modul în care prezența chemoterapicului Paclitaxel (PTX) influențează stabilitatea electrochimică a NST depinde implicit și de structura chimică a moleculei de PTX, de prezența unor grupe funcționale reactive, de prezența sau absența sistemelor electronice conjugate. Mai trebuie luate în considerare și masa moleculară, viteza de migrare, constantele de aciditate sau afinitatea compusului biologic activ la centrele active de la suprafața electrodului de platină.

Scopul studiului constă în identificarea modului în care este influențat comportamentul electrochimic al NST atunci când se găsește în soluția de electrolit în coprezența chemoterapicului Paclitaxel.

În Figura 6.16 sunt prezentate voltamogramele ciclice ale soluției apoase saline conținând NST, atât în absența, cât și în prezența PTX.

Figura 6.16.

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Pt în soluție de NaCl 10-1 mol·L-1,

NST 5·10-5 mol·L-1; în absența și în prezența PTX 1,2·10-4 mol·L-1; v = 100 mV·s-1

Inițiind polarizarea electrodului de platină de la -1,5 V vs. AgǀAgCl,KCl, și deplasând valorile potențialului spre +2,0 V se înregistrează inițial valori mari ale densității curentului catodic, domeniu caracteristic depolarizării hidrogenului. La potențiale cuprinse între aproximativ -1,0 și +1,0 V, nu sunt înregistrate maxime de current ceea ce demonstrează pe de o parte o stare de pasivitate a electrodului de lucru, iar pe de altă parte stabilitatea electrochimică a celor doi compuși organici (NST și PTX). La deplasarea potențialului la valori mai mari de +1,0 V, în ambele situații voltamogramele ciclice se caracterizează prin creșterea semnificativă a densităților curentului anodic. Adăugarea de PTX în soluția de electrolit conduce la o creștere a densităților maxime de curent comparativ cu soluția NST_NaCl. Intensificarea proceselor de electrod este confirmată și de creșterea ariei buclei de histereză. Schimbarea polarizării electrodului pune în evidență existența unor procese de reducere la potențiale mai mici de -0,25 V. Aceste procese corespund reducerii unor compuși de degradare parțială a NST și PTX sau chiar reducerii unor specii oxihalogenate generate electrochimic în timpul polarizării anodice. Prezența PTX în soluție are ca efect și creșterea densităților de curent catodic.

În Figura 6.17 sunt prezentate spectrele UV-Vis ale soluției NST_NaCl_PTX achiziționate înainte și după înregistrarea voltamogramei ciclice.

Figura 6.17.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1,

PTX 1,2·10-4 mol·L-1; înregistrate înainte și după performarea voltametriei ciclice;

i = 15 mA cm-2

Rezultatele analizei spectrofotometrice scot în evidență un comportament electrochimic al NST asemănător cazurilor în care se găsește individual în soluția de electrolit sau în prezența GCT. Spectrul UV-Vis înregistrat la final indică o creștere a absorbanțelor atât corespunzător picurilor atribuite NST, cât și picurilor atribuite PTX. Acest comportament electrochimic este coroborat și de rezultatele obținute prin electroliză la densitate de curent constant, i = 15 mA cm-2.

Sub acțiunea curentului de intensitate constantă, se observă că până la valori ale timpului de electroliză de 50 de minute sunt înregistrate valori crescătoare ale maximelor de absorbție pentru cei doi compuși, NST și PTX. În ultimele minute ale procesului de electroliză, valorile absorbanțelor încep să scadă. Acest comportament este un caz evident de interacție a medicamentelor atunci când se găsesc în coprezență.

Modul în care sunt influențate stabilitatea, solubilitatea, structura chimică sau alte proprietăți trebuie cunoscute cu rigurozitate atunci când există tratamente alternative care prescriu două sau mai multe astfel de medicamente.

Figura 6.18.

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor apoase de NST 5·10-5 mol·L-1, NaCl 10-1 mol·L-1, PTX 1,2·10-4 mol·L-1 înregistrate la diferite valori ale timpului de electroliză la densitate de curent constant;

i = 15 mA cm-2.

6.3. Interpretarea cinetică a datelor experimentale

O interpretare a datelor cinetice poate furniza informații edificatoare cu privire la modul de interacție a două medicamente, la modul în care este influențată stabilitatea unuia atunci când se găsește în coprezența celuilalt, totodată, datele cinetice pot fi utilizate pentru determinarea timpilor de înjumătățire și a constantelor de viteză.

Rezultatele experimentale obținute prin analiza spectrofotometrică asociată studiului proceselor de electrod ale nistatinului, în absența și în prezența compușilor chemoterapici utilizați, au fost modelate conform modelelor cineticii chimice de ordin zero, unu și doi. Utilizând metoda grafică au fost reprezentate graficele corespunzătoare celor trei modele și determinate constantele de viteză k0, k1 și k2 și abaterile medii pătratice.

În Tabelul 6.1, sunt prezentate modelele cinetice utilizate în prelucrarea rezultatelor experimentale.

Tabel 6.1.

Sistematizarea ecuațiilor cinetice ale modelelor cinetice de ordin zero, unu și doi

În Figura 6.19 sunt prezentate rezultatele fitării datelor experimentale înregistrate pentru studiul comportamentului electrochimic al nistatinului în soluție salină.

Reprezentarea grafică s-a realizat pentru cele trei modele cinetice (zero, unu și doi) cu cea mai mare valoare a abaterii medii pătrate. Conform Figurii 6.19, se poate observa că numai în cazul utilizării cineticii de ordin zero (Fig. 6.19a) se obține o variație liniară, în schimb ce în cazul cineticilor de ordin unu și doi, cea mai mare valoare a abaterii medii pătrate se obține pentru fitări polinomiale de ordin 2 sau mai mare. În concluzie, scăderea concentrației nistatinului în timpul proceselor de electrod variază în timp după o cinetică de ordin zero.

Degradarea nistatinului după o cinetică de ordin zero este asemănătoare majorității medicamentelor sau cu alte cuvinte se poate spune că viteza de consum a sa nu depinde de concentrația inițială a medicamentului. Acest tip de comportament este foarte important, mai laes atunci când este administrat în organismele vii, deoarece se asigură un timp retard în care medicamentul este prezent în organism pentru a combate microbii sau bacteriile.

O particularitate a nistatinului este și solubilitatea relativ scăzută, ceea ce în condițiile experimentale utilizate, conduce la apariția unui timp de întârziere τ, de 20 de minute.

Figura 6.19.

Fitarea datelor experimentale conform modelelor cineticii chimice de ordin zero, unu și doi, corespunzător proceselor electrochimice de degradare a NST în soluție salină utilizând electrozi de platină

În Figura 6.20 sunt prezentate rezultatele obținute pentru modelarea cinetică a datelor în cazul degradării nistatinului în prezența epirubucinei.

Prezența epirubicinei în soluția de electrolit nu modifică cinetica de degradare electrochimică a nistatinului deoarece și în acest caz dependența liniară cu cea mai mare valoare a abaterii medii pătrate se obține conform modelării cineticii de ordin zero.

Caracteristic acestei situații este efectul antagonist al epirubicinei. Conform Figurii 6.20a se observă că prezența epirubicinei în soluția de electrolit reduce timpul de întârziere la zero, ceea ce înseamnă că degradarea nistatinului începe încă din primele momente ale electrolizei, iar pe de altă parte constanta de viteză scade la 0,0048 abs·s-1, ceea ce înseamnă că în prezența epirubicinei, viteza de degradare a nistatinului scade de aproximativ 9 ori.

Figura 6.20.

Fitarea datelor experimentale conform modelelor cineticii chimice de ordin zero, unu și doi, corespunzător proceselor electrochimice de degradare a NST în soluție salină conținând EPR utilizând electrozi de platină

Figura 6.21 prezintă rezultatele modelării datelor experimentale conform ecuațiilor cineticii de ordin zero, unu și doi.

Figura 6.21.

Fitarea datelor experimentale conform modelelor cineticii chimice de ordin zero, unu și doi, corespunzător proceselor electrochimice de degradare a NST în soluție salină conținând GCT utilizând electrozi de platină

Conform Figurii 6.21, se poate afirma că procesul de degradare a nistatinului are loc cu o viteză constantă, independentă de concentrația sa inițială, decurgând după o cinetică de ordin zero (Figura 21a).

Conform Figurii 6.22a se observă că prezența paclitaxelului în soluția de electrolit conduce la creșterea timpului de întârziere de la 20 la 50 de minute. Contrar acestei observații se înregistrează o constantă de viteză cu valoarea de același ordin de mărime cu valoarea obținută în absența compusului chemoterapic paclitaxel (0,04 abs·s-1).

Figura 6.22.

Fitarea datelor experimentale conform modelelor cineticii chimice de ordin zero, unu și doi, corespunzător proceselor electrochimice de degradare a NST în soluție salină conținând PTX utilizând electrozi de platină

În Tabelul 6.2 sunt sistematizate datele cinetice obținute în acest studiu.

Tabel 6.2.

Rezultatele modelării datelor experimentale conform modelelor cinetice de ordin zero, unu și doi; timp retard (τ), constanta de viteză (k) și timpul de înjumătățire (t1/2)

Datele prezentate în Tabelul 6.2 indică faptul că în prezența compusului chemoterapic gemcitabină, se obține un efect retard maxim deoarece are loc atât creșterea timpului de întârziere, cât și scăderea constantei de viteză. În prezența epirubicinei degradarea nistatinului începe încă din primele momente ale procesului în timp ce, în prezența paclitaxelului deși se înregistrează cel mai mare timp de întârziere, valoarea constantei de viteză nu se modifică semnificativ.

6.4. Studiul stabilității termice a Nistatinului

6.4.1. Degradarea termică a Nistatinului

Studiul comportamentului termic al unui compus biologic activ, așa cum este medicamentul cu acțiune antifungică nistatin, are ca scop identificarea domeniilor de temperatură în care acest compus este stabil, precum și a valorilor temperaturii la care începe să se descompună.

În Figura 6.23 sunt prezentate rezultatele analizei termogravimetrice a nistatinului în intervalul temperaturilor cuprins între temperatura camerei și 500 °C.

Figura 6.23.

Curbele termogravimetrice (TG și dTG) corespunzătoare nistatinului [Rev. Chim.]

Odată cu încălzirea probei, încă din primele momente ale experimentului, este înregistrată o scădere a masei. Astfel, până la temperaturi de aproximativ 40 de grade Celsius, masa probei scade cu aproximativ 4 %. Această scădere este atribuită evaporării apei de umiditate sau evaporării unor solvenți reziduali din procesul de fabricație. În intervalul de temperatură curpins între 40 și 90 de grade Celsius, masa probei este constantă. La temperaturi cuprinse între 90 și 140 °C, masa probei mai scade cu încă un procent de 4 %. Această scădere a masei este datorată unor procese de degradare a structurii cu eliminarea unor fragmante mic moleculare. La atingerea temperaturii de 163 °C, se identifică o scădere semnificativă a masei cu încă 8 % (curba TG). Încălzind proba la temperaturi ridicate, mai mari de 170 °C, masa probei scade în mod continuu, până la sfârșitul experimentului, moment în care în creuzet se observă un reziduu reprezentând 32,7 % din masa inițială a probei.

Figura 6.24.

Variația fluxului de căldură (DSC și dDSC) corespunzătoare nistatinului [Rev. Chim.]

Rezultatele obținute prin analiza calorimetrică coroborează rezultatele analizei tremogravimetrice; astfel primul efect calorimetric endoterm este înregistrat la temperatura de 95,4 °C (Figura 24) corespunzător primei scăderi a masei (Figura 6.23). Cel mai proeminent efect caloric este înregistrat la temperatura de 163,4 °C (Figura 6.24). Această analiză identifică o creștere continuă a fluxului de căldură la temperaturi mai mari de 165 °C, observație corelată cu scăderea continuă a masei înregistrată și în cazul analizei termogravimetrice pentru același interval de temperatură cuprins între 165 și 500 °C.

Concluzii

În partea experimentală a acestui capitol sunt prezentate rezultatele experimentale privind stabilitatea electrochimică a nistatinului.

Studiul comportamentului electrochimic s-a realizat cu ajutorul metodelor electrochimice: voltametria ciclică și electroliza la curent constant. Asociat acestor metode s-a folosit spectrofotometria UV-Vis pentru studiul soluțiilor de electrolit.

Prezența NST în soluția de electrolit conduce la o modificare semnificativă a formei voltamogramei ciclice ceea ce poate fi explicat printr-o adsorbție puternică a moleculelor de NST pe suprafața electrodului și astfel se observă o reducere a transferului de sarcină la suprafață, ceea ce înseamnă că pe de o parte speciile oxihalogenate fie nu mai sunt electrogenerate într-o cantitate semnificativă, fie se formează în cantități mult mai mici și sunt consumate prin reacții în faza omogenă cu substratul organic.

Observațiile experimentale au dus la concluzia că moleculele de nistatin sunt degradate electrochimic pe diferiți electrozi metalici, Cu, Ni, Pb, Ti, Pt cu excepția electrodului de Sb când gradul de degradare a fost zero.

Prezența unuia dintre cei trei compuși cu acțiune citostatică sau citotoxică, influențează comportamentul electrochimic al nistatinului astfel: în prezența Epirubicinei nu mai poate fi sesizată prezența nistatinului la finalul electrolizei la densitate de curent constant, sau cu alte cuvinte epirubicina are cea mai mică acțiune antioxidantă comparativ cu ceilalți doi compuși utilizați; Gemcitabina are un efect retard asupra degradării electrochimice a nistatinului, astfel degradarea acestuia începând abia după un timp de 30 de minute; Paclitaxelul prezintă cel mai mare timp retard, de aproximativ 50 de minute.

Rezultatele au fost publicate în lucrarea:

S. Iordache, B. Tutunaru, A. Samide, Alex. Popescu, Electrochemical and Thermal Stability of Nystatin Drug, Rev. Chim. 70(2) (2019) 503-505.

CAPITOLUL VII

Procese chimice și electrochimice ale ceftriaxonei studiate prin tehnici electrochimice asistate de spectrofotometria UV-Vis

7.1. Electrochemical behaviour of CFTX in the presence of different anions

7.1.1. Study by cyclic voltammetry

The CFTX electrochemical behaviour depends on the specific interactions of the antibiotic molecules with halides as well as with the electrogenerated species during potential anodic scan.

The electrocatalytic effect of platinum electrode on the CFTX electrochemical degradation was also identified.

Figure 1 displays the cyclic voltammograms obtained on Pt electrode in the support electrolyte solution 10-1 mol∙L-1 NaX (X=F, Cl, Br, I), in the absence and in the presence of 0.025 g∙L-1 CFTX. For the supporting electrolyte solution containing F-, on the anodic scan a small peak at -0.8 V can be observed which corresponds to hydroxyl anions adsorption on platinum electrode surface [33-35].

Pt + H2O ↔ Pt(OH) + H+ + e

Pt + 2H2O ↔ Pt(OH)2 + 2H+ + 2e

Pt + 3H2O ↔ PtO(OH)2 + 4H+ + 4e.

At higher potential values, between 1.0 and 1.8 V, oxides are formed on the surface of the platinum electrode (Fig. 1a) [35-39].

Pt(OH) ↔ PtO + H+ + e

Pt + H2O ↔ PtO + 2H+ + 2e

Pt + 2H2O ↔ PtO2 + 4H+ + 4e

Pt + O2 + H+ + e ↔ PtO(OH) ↔ PtO + H+ + e

and oxygen evolution reaction take place,

Pt + H2O ↔ Pt(OH) + H+ + e

Pt(OH) ↔ PtO + H+ + e

2PtO ↔ 2Pt + O2

7.1. Comportamentul electrochimic al CFTX în prezența diferiților anioni

7.1.1. Studiul prin metoda voltametriei ciclice

Comportamentul electrochimic al CFTX depinde de interacțiunile specifice ale moleculelor antibiotice cu halogenurile, ca și cu speciile electrogenerate pe parcursul scanării potențialului anodic.

A fost de asemenea identificat efectul electrocatalizator al electrodului de platină asupra degradării electrochimice a CFTX.

Figura 1 prezintă voltamogramele ciclice obținute pe electrodul Pt în soluția suport de electroliți 10-1 mol∙L-1NaX (X=F, Cl, Br, I), în absența și în prezența a0,025 g∙L-1 CFTX. Pentru soluția suport de electroliți conținând F-, la scanarea anodică poate fi observat un vârf mic la -0,8 V care corespunde adsorbției anionilor hidroxilici pe suprafața electrodului de platină [33-35].

Pt + H2O ↔ Pt(OH) + H+ + e

Pt + 2H2O ↔ Pt(OH)2 + 2H+ + 2e

Pt + 3H2O ↔ PtO(OH)2 + 4H+ + 4e.

La valori mai mari ale potențialului, între 1,0 și 1,8 V, oxizii se formează pe suprafața electrodului de platină (Fig. 1a) [35-39].

Pt(OH) ↔ PtO + H+ + e

Pt + H2O ↔ PtO + 2H+ + 2e

Pt + 2H2O ↔ PtO2 + 4H+ + 4e

Pt + O2 + H+ + e ↔ PtO(OH) ↔ PtO + H+ + e

și are loc reacția de evoluție a oxigenului

Pt + H2O ↔ Pt(OH) + H+ + e

Pt(OH) ↔ PtO + H+ + e

2PtO ↔ 2Pt + O2

Figure 7.1.

Cyclic voltammograms obtained on platinum electrode, with a potential scan rate of 100 mV∙s-1, in electrolyte solution containing 10-1 mol∙L-1 NaX in the absence (solid red line) and in the presence of 0.025 g∙L-1 CFTX (dashed blue line): a – X=F-; b – X=Cl-; c – X=Br-;

d – X=I- [Lucrare_Pharmaceutics]

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de platină, cu o rată de scanare a potențialului de 100 mV∙s-1,în soluție de electroliți conținând 10-1 mol∙L-1NaX în absența (linia roșie continuă) și în prezența a 0,025 g∙L-1de CFTX (linia albastră punctată): a – X=F-; b – X=Cl-; c – X=Br-; d – X=I-[Lucrare_Pharmaceutics]

Fluoride anions are electrochemically inert, and consequently the cathodic peaks are represented by platinum oxide reduction, oxygen reduction and hydrogen evolution reactions [35-39].

Anionii de fluor sunt inerți din punct de vedere electrochimic și, prin urmare, vârfurile catodice sunt reprezentate de reducerea oxidului de platină, reducerea oxigenului și reacții de evoluție a hidrogenului [35-39].

O2 + e → O2- -1,0 V

O2 + H+ + e → HO2. -0,05 V

2H3O+ + 2e → H2 + H2O 0,0 V

In the case of CFTX containing solution, the two anodic peaks were suppressed; the oxygen evolution reaction was reduced while the hydrogen evolution reaction was accelerated. It can be concluded that limiting diffusion current density of oxygen evolution reaction decrease in the presence of CFTX molecules, while the diffusion current density of hydrogen evolution reaction increase. According to these observations, the CFTX molecules are strongly adsorbed on platinum electrode and restrict the reaction at the electrode/electrolyte interface.

Figure 1b shows cyclic voltammograms of Pt electrode in 10-1 mol∙L-1 NaCl solution without and with 0.025 g∙L-1 CFTX. For the curve corresponding to supporting electrolyte an anodic prepeak is registered (1.3 V) related to chloride anions oxidation to oxychloride anions with higher oxidation states [23, 26].

În cazul soluției care conține CFTX, cele două vârfuri anodice sunt eliminate; reacția de evoluție a oxigenuluia fost redusă, în timp ce reacția de evoluție a hidrogenului a fost accelerată. Se poate concluziona că limitarea densității curentului de difuzie a reacției de evoluție a oxigenului se diminuează în prezența moleculelor de CFTX, în timp ce densitatea curentului de difuzie a reacției de evoluție a hidrogenului se amplifică. Conform acestor observații, moleculele de CFTX sunt adsorbite cu putere/puternic/intens pe electrodul de platină și limitează reacția la nivelul interfeței electrod/electrolit.

Figura 1b prezintă voltamogramele ciclice ale electrodului Pt în soluție 10-1 mol∙L-1 NaCl fără și cu 0,025 g∙L-1 CFTX. Pentru curba care corespunde electrolitului de suport se înregistrează un pre-vârf anodic (1.3 V) aferent oxidării anionilor de clor în anioni de oxiclorură cu stări de oxidare mai înalte [23, 26].

2Cl- → Cl2 1,36 V

Cl2 + H2O → HClO + HCl

ClO- + 2H+ + 2e → Cl- + H2O 1,49 V

ClO2- + 4H+ + 4e → Cl- + 2H2O 0,78 V

ClO3- + 6H+ + 6e → Cl- + 3H2O 1,45 V

ClO4- + 8H+ + 8e → Cl- + 4H2O 0,56 V

As the anodic peak located at 1.0 V disappeared, the anodic current density increases from 17 to 35 mA cm-2. It is interesting to observe that three reduction peaks are registered on cathodic polarization at potentials of 0.8 V, 0.1 V and -0.5 V. These peaks are attributed to oxychloride anions reduction. By adding CFTX into electrolyte solution, cyclic voltammogram presents big differences, the anodic peak is completely disappeared and also all three cathodic peaks. This big differences in the activity at electrode/electrolyte interface indicated that the reduction reactions of oxychloride anions can be practically neglected. Considering such behaviour, it can be assumed that oxychloride active species are rather consumed in bulk solution by homogenous reactions than cathodic reduction. The maximum current density value obtained in this case is 25 mA∙cm-2 comparatively to 5 mA∙cm-2 obtained in the presence of fluoride anions. As a consequence, the active species of chloride ions play an important role in indirect electrochemical oxidation reactions of CFTX molecules.

By using sodium bromide as supporting electrolyte (Figure 1c) significant oxidation reactions start at potentials values smaller than 1.0 V (0.7 V). A very broad peak of anodic wave is registered between 1.0 and 1.5 V assigned to simultaneous processes such as bromide anions oxidation and oxygen evolution reaction [40-42]. This oxidation peak also increase compared to that of Pt electrode in the electrolyte solution containing fluoride or chloride anions. During cycling of Pt electrode potential in a ceftriaxone containing solution, the shape of voltammogram was modified. The maximum anodic current density slightly decreased and the anodic and cathodic peaks disappeared. This indicates that the electrogenerated oxybromide active species at the electrode surface rapidly react with CFTX molecules and are consumed, thus shows a decreasing current tendency. According to the experimental data none of all species were reduced on platinum electrode.

Both chloride and bromide electrolytes undergo electrochemical oxidation and generate other electroactive species (oxyhalogenated species) that can change the mechanism of electrochemical degradation of CFTX. For all four supporting electrolytes, the pH value was close to natural neutral pH value (pH = 6.7).

The different X- anion type added into electrolyte solution has semnificative consequences on the nature and amounts of different oxyhalogenated species with higher oxidation states. Using iodide anions, the anodically iodine formation start at the smaller potential values of 0.3 V. A different electrochemical behaviour was observed when sodium iodide was used as supporting electrolyte. Electrochemical generated iodine present in the electrolyte solution, as I3- anion is simultaneous oxidized in the oxygen evolution reaction [42]. These active species are cathodically reduced according to the high cathodic peak of 30 mA∙cm-2. The Pt electrode response presents an increase in anodic current density when CFTX is added, while the cathodic peak disappeared.

Different halide ions were used as supporting electrolyte to assure high specific conductibility of the work solution. Cl-, Br- and I- anions are electrochemically oxidized and forms different halogen/oxyhalogenated species as all these species can act as powerful oxidants.

It seems that sodium bromide had the highest influence over the electrochemical activity of CFTX molecules on platinum electrode.

În timp ce vârful anodic situat la 1,0 V dispare, densitatea curentului anodic crește de la 17 la 35 mAcm-2. Este interesant de observat că sunt înregistrate trei vârfuri de reducere pe polarizarea catodică la potențiale de 0,8 V, 0,1 V și -0,5 V. Aceste vârfuri sunt atribuite reducerii anionilor de oxiclorură. Dacă se adaugă CFTX în soluția de electroliți, voltamograma ciclică prezintă diferențe mari, vârful anodic dispare complet și dispar de asemenea toate cele trei vârfuri catodice. Diferențele mari în activitatea de la nivelul interfeței electrod/electrolit au indicat faptul că reacțiile de reducere a anionilor de oxiclorură sunt practic neglijabile. Luând în considerare un astfel de comportament se poate presupune că speciile active de oxiclorură sunt consumate în masa soluției mai degrabă prin reacții omogene decât prin reducere catodică. Valoarea maximă a densității curentului obținută în acest caz este de 25 mA∙cm-2, comparativ cu 5 mA∙cm-2 obținută în prezența anionilor de fluor. În consecință, speciile active ale ionilor de clor joacă un rol important în reacțiile de oxidare electrochimică indirecte ale moleculelor de CFTX.

Utilizând bromură de sodiu ca electrolit de suport (Figura 1c), reacțiile de oxidare semnificative încep la valori potențiale sub 1,0 V (0,7 V). Un vârf foarte larg de val anodic se înregistrează între 1,0 și 1,5 V, atribuit proceselor simultane, cum ar fi oxidarea anionilor de bromură și reacția de evoluție a oxigenului [40-42]. Acest vârf al oxidării crește de asemenea comparativ cu cel al electrodului Pt în soluția de electroliți care conține anioni de fluor sau de clor. Pe parcursul ciclului potențialului electrodului Pt într-o soluție care conține ceftriaxonă, forma voltamogramei a fost modificată. Densitatea maximă a curentului anodic a scăzut ușor și vârfurile anodice și catodice au dispărut. Acest lucru indică faptul că speciile active de oxibromură de pe suprafața electrodului reacționează rapid cu moleculele de CFTX și sunt consumate, indicându-se astfel o tendință de reducere a curentului. Conform datelor experimentale, niciuna din totalul speciilor nu a fost redusă pe electrodul de platină.

Atât electroliții de clor, cât și cei de bromură, suportă oxidare electrochimică și generează alte specii electroactive (specii oxialogenate) care pot modifica mecanismul degradării electrochimicea CFTX. Pentru toți cei patru electroliți de suport valoarea pH-ului a fost apropiată valorii pH-ului neutru natural (pH = 6,7).

Tipul diferit de anion X adăugat în soluția de electroliți are consecințe importante asupra naturii și cantităților diferitelor specii oxialogenate cu stări de oxidare ridicate. Prin utilizarea anionilor de iod formarea anodică de iod debutează la valorile de potențial mai mici, de 0,3 V. Un comportament electrochimic diferit a fost observat atunci când iodura de sodiu a fost utilizată ca electrolit de suport, iodul generat electrochimic prezent în soluția de electrolițica anion I3 este simultan oxidat în reacția de evoluție a exigenului [42]. Aceste specii active sunt reduse catodic în concordanță cu vârful catodic înalt de 30 mA∙cm-2. Răspunsul electrodului Pt prezintă o creștere în densitatea curentului anodic atunci când se adaugă CFTX, în timp ce vârful catodic dispare.

Diferiți ioni halogenați au fost utilizați ca electroliți de suport pentru a asigura conductibilitate specifică înaltă pe soluția de lucru. Anionii de Cl, Br și I sunt oxidați electrochimic și formează diferite specii de halogeni/oxialogenate deoarece toate aceste specii pot acționa ca oxidanți puternici.

Rezultă că bromura de sodiu a avut cea mai mare pondere în exercitarea influenței electrochimice a moleculelor de CFTX asupra electrodului de platină.

7.1.2. Spectrophotometric study

To obtain deep insight about the mechanism of CFTX electrodegradation, the UV-Vis spectra of CFTX molecules, before and after CV experiments, were investigated. Samples of 4 mL of work electrolyte solution were collected before and after voltammograms registration and their UV-Vis spectra were recorded and are presented in figure 2.

It can be observed that the maximum absorbance band is registered as a two-splitted band centred at 250 nm, representing the CFTX molecules [10, 16]. Corresponding to the spectra obtained experimentally, the electrochemical behaviour of CFTX is different in each of the four cases.

Because cyclic voltammetry is a short-time method, the absorption band does not change its shape or intensity, in the case in which fluoride anions have been used. Obtaining the final spectrum superimposed just above the initial one is an indicative of the fact that fluoride anions do not influence the process of electrochemical oxidation of CFTX and / or the rate of degradation of CFTX is very low. When the electrolyte solution contained chloride ions, high degradation degree of CFTX molecules was observed. The corresponding absorption band, in the Vis field, retains its original shape, but decreases in intensity to about half of the initial value, which also attests the decrease of CFTX concentration. This is due to the electrochemical generation of oxychlorinated anions (eg hypochlorite, chlorite, chlorate and perchlorate) with strong oxidizing action.

7.1.2. Studiul spectrofotometric

Pentru a dobândi o înțelegere profundă asupra mecanismului de electrodegradare a CFTX s-au investigat spectrele UV-Vis ale moleculelor de CFTX înainte și după experimentele cu voltamograme ciclice. S-au recoltat mostre de 4 mL de soluție de lucru de electroliți înainte și după înregistrarea voltamogramelor și au fost înregistrate spectrele lor UV-Vis, care sunt prezentate în Figura 2.

Se poate observa că banda de absorbanță maximă este înregistrată ca o bandă împărțită în două, centrată la 250 nm, reprezentând moleculele de CFTX [10, 16]. Corespunzând spectrelor obținute în mod experimental, comportamentul electrochimic al CFTX diferă în fiecare din cele patru cazuri.

Deoarece voltametria ciclică este o metodă pe termen scurt, banda de absorbție nu își modifică forma sau intensitatea în cazul în care au fost utilizați anioni de fluor. Obținerea spectrului final suprapus chiar deasupra celui inițial indică faptul că anionii de fluor nu influențează procesul de oxidare electrochimică a CFTX și / sau rata de degradare a CFTX este foarte scăzută. Atunci când soluția de electroliți a conținut ioni de clor s-a observat un grad mare de degradare a moleculelor de CFTX. Banda de absorbție corespunzătoare din câmpul Vis își păstrează forma originală, dar scade în intensitate la aproximativ jumătate din valoarea inițială, fapt care atestă de asemenea reducerea concentrației CFTX. Aceasta se datorează generării electrochimice de anioni de oxiclorură (ex.: hipoclorit, clorit, cloratși perclorat) cu o acțiune puternică de oxidare.

Figure 7.2.

UV-Vis spectra of CFTX solutions containing different supporting electrolyte registered before and after CV experiments using Pt electrode (a – NaF, b – NaCl, c – NaBr, d – NaI) [Lucrare_Pharmaceutics]

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor de CFTX conținând diferiți electroliți de suport înregistrate înainte și după experimentele cu voltamograme ciclice utilizând electrod Pt (a-NaF, b- NaCl, c-NaBr, d-NaI)[Lucrare_Pharmaceutics]

The mechanism of electrochemical degradation of CFTX in the presence of bromide ions is different from the previous ones. The UV-Vis spectrum of CFTX observed after CV shows a single absorption band with a higher relative intensity. This attests that CFTX molecules undergo strong chemical interactions accompanied by structural modifications of the functional groups and/or of the initial structure. Figure 2d shows a very large absorption band, from 500 to 200 nm, with high absorbance values. it is impossible to say, in this case, whether this band is attributed to the degradation products of CFTX or to the electrochemically generated iodine.

Mecanismul degradării electrochimice a CFTX în prezența ionilor de bromură este diferit de cele anterioare. Spectrul UV-Vis al CFTX observat după voltamogramele ciclice prezintă o singură bandă de absorbție cu o intensitate relativă mai mare. Aceasta atestă faptul că moleculele de CFTX suportă interacțiuni chimice puternice însoțite de modificări structurale ale grupelor funcționale și/sau ale structurii inițiale. Figura 2d prezintă o bandă foarte largă de absorbție, de la 500 la 200 nm, cu valori mari de absorbanță. Este imposibil de afirmat, în acest caz, dacă această bandă poate fi atribuită produselor de degradare a CFTX sau iodului generat electrochimic.

7.1.3. Chronopotentiometric study

In the chronopotentiometric study, a constant current of 100 mA was applied to the Pt working electrode which causes the X- species and CFTX molecules to participates, at a constant rate, in the electron transfer processes at Pt/electrolyte interface.

The chronopotentiograms of CFTX solutions obtained on Pt electrode in the presence of different saline supporting electrolytes are presented in Fig. 7.3.

As can be seen from Fig. 3, the potential of working electrode it changes to values characteristic of the electrochemically active species present in the electrolyte solution. This electrode potential value corresponds to a flux of electroactive species necessary to carry the applied current. When the electrolyte solution contains fluoride anions, the electrode potential does not stabilize to a constant value, it shows a decreasing tendency from 2.7 to 2.4 V until the end of the experiment. The evaluated energy consumption, in this case, has higher value than 1.0 Ah∙L-1.

7.1.3. Studiul cronopotențiometric

În studiul cronopotențiometric s-a aplicat un curent constant de 100 mA electrodului de lucru Pt, ceea ce face ca speciile X și moleculele de CFTX să participe, la o rată constantă, în procesele de transfer de electroni pe interfața Pt/electroliți.

Cronopotențiogramele soluțiilor de CFTX obținute pe electrodul Pt în prezența diferiților electroliți de suport salini sunt prezentate în Fig. 7.3.

După cum se poate observa în Fig. 3 potențialul electrodului de lucru se modifică la valori caracteristice speciilor active din punct de vedere electrochimic prezente în soluția de electroliți. Valoarea potențială a acestui electrod corespunde unui flux de specii electroactive necesare pentru transportul curentului aplicat. Atunci când soluția de electroliți conține anioni de fluor potențialul electrodului nu se stabilizează la o valoare constantă, ci prezintă o tendință de scădere de la 2,7 la 2,4 V până la finalul experimentului. Consumul de energie evaluat are, în acest caz, o valoare mai mare de 1,0 Ah∙L-1.

Figure 7.3.

The chronopotentiograms on a Pt electrode in CFTX solutions in the presence of different counter anion (F, Cl, Br, I) [Lucrare_Pharmaceutics]

Cronopotențiogramele pe un electrod Pt în soluții de CFTX în prezența diferiților contraanioni (F, Cl, Br, I)[Lucrare_Pharmaceutics]

The sharp break of E-t curves indicates the presence of irreversible reactions in each case. By using chloride anions the electrode potential value shows a stabilization relative to the value of 2.6 V in 10 mins.. The associated energy consumption decreases to a value of 0.16 Ah∙L-1. The charge transfer of electroactive species requires less than 5 mins. in the presence of bromide anions. Consequently the energy consumption has the lowest value of 0.083 Ah∙L-1. In the presence of iodide anions the electrode potential change requires higher stabilization time and a higher energy consumption value.

Întreruperea bruscă a curbelor E-t indică prezența reacțiilor ireversibile în fiecare caz în parte. Utilizând anioni de clor, valoarea potențială a electrodului prezintă o stabilizare la valoarea de 2,6 V în 10 minute. Consumul de energie asociat scade la valoarea de 0,16 Ah∙L-1. Transferul de sarcină al speciilor electroactive necesită mai puțin de 5 minute în prezența anionilor de bromură. Așadar, cea mai scăzută valoare a consumului de energie este de 0,083 Ah∙L-1. În prezența anionilor de iod modificarea potențialului electrodului necesită o perioadă de stabilizare mai mare și o valoare mai mare a consumului de energie.

7.1.4. Electrolysis assisted by UV-Vis spectrophotometry

7.1.4. Electroliza asistată cu spectrofotometrie UV-Vis

Figure 4 displays the UV-Vis spectra of 0.025 g∙L-1 CFTX aqueous solution in the presence of different 10-1 mol∙L-1 NaX (a-NaF, b-NaCl, c-NaBr, d-NaI) at different electrolysis time. CFTX molecules shows two absorption peaks at 270 nm and 240 nm according to π→π* and n→n* electronic transitions [18, 19, 30]. It can be observed that the CFTX molecules show different behavior in each individual case. In the presence of fluoride anions, the intensities of the two absorption peaks presents a slow decrease trend with increasing electrolysis time, which indicates that the CFTX molecules are heterogenous electrochemically degraded.

Figura 4 prezintă spectrele UV-Vis de soluție apoasă de CFTX de 0,025 g∙L-1 în prezența diferiților electroliți 10-1 mol∙L-1NaX (a-NaF, b-NaCl, c-NaBr, d-NaI) la momente diferite ale electrolizei. Moleculele de CFTX prezintă două vârfuri ale absorbției, la 270 nm și la 240 nm, conform tranzițiilor electronice π→π* și n→n* [18, 19, 30]. Se poate observa faptul că moleculele de CFTX prezintă un comportament diferit în fiecare caz în parte. În prezența anionilor de fluor intensitățile celor două vârfuri de absorbție prezintă o tendință lentă de scădere odată cu prelungirea timpului pentru electroliză, ceea ce indică faptul că moleculele de CFTX sunt degradate electrochimic în mod eterogen.

Figure 7.4.

UV-Vis spectra of CFTX solutions containing different supporting electrolyte obtained during constant current electrolysis using Pt electrodes (a – NaF, b – NaCl, c – NaBr, d – NaI) [Lucrare_Pharmaceutics]

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor de CFTX care conțin diferiți electroliți de suport obținuți în timpul electrolizei la curent constant utilizând electrozi de Pt (a-NaF, b- NaCl, c-NaBr, d-NaI)[Lucrare_Pharmaceutics]

During the constant current density electrolysis, strong oxidizing species are electrogenerated on Pt electrode surface, such as (X = Cl, Br, I; n = 1, 2, 3, 4), coming from the electrooxidation of halide anions of supporting electrolyte. Consequently, there is a mediated electrooxidation by hydroxyl radicals electrogenerated from water decomposition and by electrogenerated from supporting electrolyte [30, 32]. These oxy and oxyhalogenated species can react both at the electrode surface and in the bulk of solution (indirect electrochemical degradation).

As it can be seen in Figs. 4b and 4c, both absorption peaks decreases proportionally with electrolysis time. These peaks disappeared after 10 mins. and 5 mins. respectively. As the intensity of these peaks decrease, a new peak formation with increasing intensity can be observed. In the case of chloride anions (Fig. 4b) this peak corresponds to 292 nm while in the presence of bromide anions (Fig. 4c) corresponds to 335 nm and are attributed to species formation. On the other hand, two isosbestic points are registered (216 nm and 254 nm) characteristic to an invariant absorbance transition from CFTX degradation to electrogeneration. These results demonstrate the competitive interactions of CFTX molecules with oxy/oxyhalogenated species. Comparison of Figs. 4b and 4c reveals higher degradation degree of CFTX in the presence of bromide anion than in the presence of chloride anion suggesting that the oxybromine species have higher binding affinity.

According to Fig. 4d, there is observed a strong interaction of CFTX molecules with iodide anions. The spectrophotogram of working solution registered at initial time (t = 0 min.) shows a small intensity peak at 270 nm. Also, this ”prepeak” could be the superimposing action of CFTX spectrum and iodine spectrum. As the current passess through the working electrolyte, iodine/oxyiodine species are electrogenerated resulting in a bathochromic shift of UV-Vis spectra. This movement of UV-Vis spectra to lower molecular energy is an evidence of auxochrome and/or chromophores electrodegradation and/or increasing concentration of electrogenerated oxidant species.

În timpul electrolizei cu densitate constantă a curentului, specii puternic oxidante sunt electrogenerate pe suprafața electrodului Pt, cum ar fi (X = Cl, Br, I; n = 1, 2, 3, 4), provenind din electrooxidarea anionilor halogenați ai electrolitului de suport. Prin urmare, are loc o electrooxidare intermediată cu ajutorul radicalilor hidroxil electrogenerați din descompunerea apei și prin electro generat de electrolitul de suport [30, 32]. Aceste specii oxi și oxialogenate pot reacționa atât pe suprafața electrodului, cât și în masa soluției (degradare electrochimică indirectă).

După cum se poate observa în Figurile 4b și 4c, ambele vârfuri ale absorbției scad proporțional cu perioada de electroliză. Aceste vârfuri dispar după 10 minute și, respectiv, 5 minute. Pe măsură ce intensitatea acestor vârfuri scade se poate observa formarea unui nou vârf cu o intensitate în creștere. În cazul anionilor de clor (Fig. 4b) acest vârf se află la 292 nm, în timp ce prezența anionilor de bromură (Fig. 4c) se află la 335 nm și sunt atribuiți formării speciilor. Pe de altă parte, sunt înregistrate două puncte izosbestice (216 nm și 254 nm) caracteristice unei tranziții invariante de absorbanță de la degradarea CFTX către electrogenerarea. Aceste rezultate demonstrează interacțiunile competitive ale moleculelor de CFTX cu speciile oxi/oxialogenate. Comparația dintre Figurile 4b și 4c evidențiază un grad mai mare de degradare a CFTX în prezența anionului de bromură decât în prezența anionului de clor, sugerând că speciile de oxibromură au o afinitate de legare mai mare.

Conform Fig. 4d, se observă o interacțiune puternică a moleculelor de CFTX cu anionii de iod. Spectrofotograma soluției de lucru înregistrată la timpul inițial (t = 0 min.) arată un vârf de mică intensitate la 270 nm. De asemenea, acest „prevârf” ar putea fi rezultatul acțiunii de suprapunere a spectrului CFTX cu spectrul de iod. Pe măsură ce curentul trece prin electrolitul de lucru speciile de iod/oxiiodură sunt electrogenerate, determinând o deplasare batocromă a spectrelor UV-Vis. Această deplasare a spectrelor UV-Vis către energie moleculară mai scăzută reprezintă o dovadă a electrodegradării auxocromilor și/sau cromofori și/sau a concentrației în creștere a speciilor oxidante electrogenerate.

7.2. The influence of pH on the electrochemical behaviour of CFTX

7.2. Influența pH-ului asupra comportamentului electrochimical CFTX

The pH influence over the electrochemical behaviour of CFTX molecules was comparatively studied in strong acidic (pH = 2), neutral (pH = 6.7) and strong basic (pH = 12) conditions. The cyclic voltammograms obtained on Pt electrode, with 100 mV∙s-1 scan rate, in acidic, neutral and basic conditions are presented in Fig. 5.

The electrochemical reactions are strongly influenced by the pH value, and consequently the energetic conditions for established potentials in the electrode/electrolyte interface also depends on the CFTX structure (protonated or unprotonated) [13]. The main difference between these voltammograms is the maximum value of anodic and cathodic current density.

Influența pH-ului asupra comportamentului electrochimic al moleculelor de CFTX a fost studiată comparativ în condiții puternic acide (pH = 2), neutre (pH = 6,7) și puternic bazice (pH = 12). Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul Pt, având o rată de scanare de 100 mV∙s-1, în condiții acide, neutre și bazice sunt prezentate în Fig. 5.

Reacțiile electrochimice sunt puternic influențate de valoarea pH-ului, și prin urmare condițiile energetice pentru potențialele stabilite pe interfața electrod/electrolit depind de asemenea de structura CFTX (protonată sau neprotonată) [13]. Principala diferență dintre aceste voltamograme este valoarea maximă a densității curentului anodic și catodic.

Figure 7.5.

The cyclic voltammograms obtained on Pt electrode in electrolyte solution containing 10-1 mol∙L-1 NaF, 0.025 g∙L-1 CFTX at different pH value; pH = 2 – dotted red line, pH = 6.7-solid black line and pH = 12 – dashed blue line[Lucrare_Pharmaceutics]

Voltamogramele ciclice obținute pe electrodul de Pt în soluție de electroliți conținând CFTX 10-1 mol∙L-1NaF, 0,025 g∙L-1 la diferite valori ale pH-ului; pH = 2 –linie roșie punctată, pH = 6,7-linie neagră continuă și pH = 12 –linie albastră punctată [Lucrare_Pharmaceutics]

As the pH value change from 6.7 to 2, an increase of anodic current density from 5 to 14 mA∙cm-2 is observed. In the presence of high concentration of protons, CFTX molecules reach a new pKa value of strongest basic behaviour which facilitates the passing through the double layer. Also the cathodic processes changes and the current densities present the highest value corresponding to hydrogen depolarization. The presence of functional groups such as amine, amide, thiole and heterocycle moieties which are susceptible to hydrolysis indicated that the electrochemical behaviour of CFTX is pH dependent [43, 44]. Figure 6 shows the changes in UV-Vis spectra of electrolyte solution at different pH values obtained during the constant current density electrolysis.

Pe măsură ce valoarea pH-ului se modifică de la 6,7 la 2 se observă o creștere a densității curentului anodic de la 5 la 14 mA∙cm-2. În prezența unei concentrații mari de protoni moleculele de CFTX ating o nouă valoare pKa a celui mai puternic comportament bazic care facilitează trecerea prin stratul dublu. De asemenea, modificările proceselor catodice și densitățile curente prezintă cea mai mare valoare care corespunde depolarizării hidrogenului. Prezența grupelor funcționale, cum ar fi părțile de amine, amide, tioli și heterociclice care sunt sensibile la hidroliză, a indicat faptul că comportamentul electrochimic al CFTX depinde de pH [43, 44]. Figura 6 prezintă modificările în spectrele UV-Vis ale soluției de electroliți la diferite valori ale pH-ului obținute în timpul electrolizei cu densitate constantă a curentului.

Figure 7.6.

UV-Vis spectra of CFTX solutions of pH = 2 and 12 obtained during constant current electrolysis using Pt electrodes [Lucrare_Pharmaceutics]

Spectrele UV-Vis ale soluțiilor de CFTX cu pH = 2 și 12 obținute în timpul electrolizei de curent constant utilizând electrozi de Pt [Lucrare_Pharmaceutics]

By changing the pH to 12, the features of cyclic voltammogram are modified. For low proton concentration, high current densities are reached, CFTX degradation take place both by direct electron transfer at electrode/electrolyte interface (heterogeneous) and by indirect electron transfer in bulk electrolyte (homogenous). For low proton concentration, lower overpotentials are reached (~0.7 V) which coincides with HO- oxidation and indirect oxidation can occur by the HO∙ radicals. Moreover, in this case, a higher difference between the direct and reverse scan potentials (ΔV = 0.4 V) which indicates an increase of susceptibility to oxidation of organic molecules.

From Fig. 6 it can be seen that both in the presence of high or low concentration of protons, significant change of CFTX structure is observed. Protonated molecules of CFTX display one maximum absorption peak at 263 nm, while unprotonated molecules are also characterized by one maximum absorption peak at 251 nm [28, 43]. By time passing from 0 min. to 60 mins., it is observed that the intensity of these peaks decreases. After 60 mins. of electrolysis, there is an almost complete removal of CFTX at the pH = 12. Moreover, no formation of by-products is observed.

The results obtained by UV-Vis spectrophotometry corroborates the data obtained by cyclic voltammetry, where the formation of HO∙ is facilitated at pH = 12 and CFTX electrodegradation occurs at higher current densities.

Prin modificarea valorii pH-ului la 12 sunt modificate caracteristicile voltamogramei ciclice. Pentru o concentrație scăzută de protoni se ating densități mari ale curentului, are loc degradarea CFTX atât prin transfer direct de electroni la interfața electrod/electrolit (eterogenă), cât și prin transfer indirect de electroni în electrolit vrac (omogen). Pentru o concentrație scăzută de protoni se ating supratensiuni mai scăzute (~0,7 V), ceea ce coincide cu oxidarea HO și oxidarea indirectă poate să se producă prin intermediul radicalilor de HO∙. În plus, în acest caz se produce o diferență mai mare între potențialele de scanare direct și invers (ΔV = 0,4 V), ceea ce indică o creștere a susceptibilității la oxidare a moleculelor organice.

Din Fig. 6 se poate constata că atât în prezența concentrațiilor mari, cât și a celor mici de protoni, se observă a modificare semnificativă a structurii CFTX. Moleculele protonate ale CFTX prezintă un vârf maximum de adsorbție la 263 nm, în timp ce moleculele neprotonate sunt caracterizate de asemenea de un vârf maximum de adsorbție aflat la 251 nm [28, 43]. Prin trecerea timpului de la 0 min. la 60 min. se constată că intensitatea acestor vârfuri se diminuează. După 60 min. de electroliză are loc o îndepărtare aproape totală a CFTX la valoarea pH = 12. În plus, nu se constată formarea produselor secundare.

Rezultatele obținute cu ajutorul spectrofotometriei UV-Vis coroborează datele obținute cu ajutorul voltametriei ciclice, unde formarea HO∙ este facilitată la valoarea pH = 12 și electrodegradarea CFTX se produce la densități mai mari ale curentului.

7.3. The influence of cell on the electrochemical behaviour of CFTX

7.3. Influența celulei/celulară asupra comportamentului electrochimic al CFTX

To study the electrocatalytic effect of the electrochemical cell toward CFTX degradation, the electrochemical behaviour of CFTX in a stainless steel metallic electrochemical cell (SS_MEC) was examined using cyclic voltammetry and photoassisted constant current density electrolysis.

Under identical experimental conditions, but using SS_MEC, the maximum anodic current density value of 20 mA∙cm-2 (Fig. 7) significant increase compared to the value (~5 mA∙cm-2) obtained by using the glass electrochemical cell. The increased loop of cyclic voltammogram suggested the high catalytic activity of SS_MEC for the electrochemical degradation of CFTX.

Pentru studiul efectului electrocatalitic al celulei electrochimice în degradarea CFTX a fost examinat comportamentul electrochimic al CFTX într-o celulă electrochimică metalică din oțel inoxidabil (SS_MEC) utilizându-se voltametria ciclică și electroliza fotoasistată cu densitate constantă a curentului.

În condiții experimentale, dar utilizând SS_MEC, valoarea maximă a densității curentului anodic de 20 mA∙cm-2 (Fig. 7) crește în mod semnificativ prin comparație cu valoarea (~5 mA∙cm-2) obținută prin utilizarea celulei electrochimice din sticlă. Bucla mărită a voltamogramei ciclice a sugerat activitatea catalizatoare crescută a SS_MEC în degradarea electrochimică a CFTX.

Figure 7.7.

The cyclic voltammograms obtained on WE = Pt electrode / CE = SS_MEC in electrolyte solution containing 10-1 mol∙L-1 NaF in the absence and in the presence of 0.025 g∙L-1 CFTX and UV-Vis spectra of CFTX solutions during constant current electrolysis [Lucrare_Pharmaceutics]

Voltamogramele ciclice obținute pe WE = electrodul Pt / CE = SS_MEC în soluție de electroliți conținând 10-1 mol∙L-1NaF în absența și în prezența a0,025 g∙L-1de CFTX și spectre UV-Vis de soluții CFTX în timpul electrolizei de curent constant [Lucrare_Pharmaceutics]

At high current density, zero valent iron oxidizes to ferrous ions which possess an excellent redox efficacy for homogenous degradation of CFTX molecules via a Fenton-like reaction [13]. The iron content of SS_MEC is responsible for the electroFenton reaction that significantly enhanced the electrodegradation efficacy of CFTX (Fig. 7) comparatively to the case of using glass electrochemical cell (Fig. 4a). More detailed studies of the CFTX electrochemical degradation were carried out registering the UV-Vis spectra of electrolyzed solution under constant current density conditions. As it can be observed in Fig. 7, the UV-Vis changes show the existence of a constant decrease of the maximum absorbance value in the UV region. Also it evidences that CFTX degradation achieved an almost total degree at the end of the electrolysis. The remarkable anodic and cathodic current densities enhancement and the fall of absorbance values undoubtedly demonstrate the usefulness of SS_MEC for the electrochemical degradation of CFTX.

La densitate mare a curentului fierul cu valență zero oxidează în ioni feroși care posedă o eficacitate redox excelentă pentru degradarea omogenă a moleculelor de CFTX utilizând o reacție de tip Fenton [13]. Conținutul de fier al SS_MEC este responsabil pentru reacția electroFenton care a sporit în mod semnificativ eficiența electrodegradării CFTX (Fig. 7), comparativ cu cazul în care s-a utilizat celula electrochimică de sticlă (Fig. 4a). Studii mai detaliate ale degradării electrochimice a CFTX s-au desfășurat înregistrând spectrele UV-Vis ale soluției electrolizate în condiții de densitate constantă a curentului. După cum se poate observa în Fig. 7, modificările UV-Vis indică existența unei scăderi constante a valorii maxime de absorbanță în regiunea UV. De asemenea pune în evidență faptul că degradarea CFTX a obținut un grad aproape total la finalul electrolizei. Intensificarea remarcabilă a densităților curentului anodic și catodic și scăderea valorilor de absorbanță demonstrează indubitabil utilitatea SS_MEC în degradarea electrochimică a CFTX.

7.4. Kinetics of electrochemical degradation processes

7.4. Cinetica proceselor de degradare electrochimică

The results obtained for zero, first and second order kinetics simulation are shown in Fig. 7.8.

Rezultatele obținute pentru simularea cinetică de ordinul zero, unu și doi sunt prezentate în Fig. 7.8.

Figure 7.8.

The effects of supporting electrolyte (a, b), of initial pH value (c, d, e) and of the metallic electrochemical cell (f ) on the electrodegradation of CFTX molecules with the applied current density of 50 mA∙cm-2 with Pt electrodes [Lucrare_Pharmaceutics]

Efectele electrolitului de suport (a, b), ale valorii inițiale a pH-ului (c, d, e) și ale celulei electrochimice metalice (f ) asupra electrodegradării moleculelor de CFTX cu densitatea de curent aplicată de 50 mA∙cm-2cu electrozi Pt [Lucrare_Pharmaceutics]

The apparent rate constants (kapp, Table 2) are calculated considering zero, first and second order reaction kinetics approach, regarding the assumption of steady state concentration for reactive species (oxy/oxyhalogenated) since these species cannot accumulate in the solution. Considering these conditions, zero, first and second order kinetics simulation allows determination of the apparent rate constants for electrochemical degradation of CFTX by direct, indirect and/or electromediated methods using different counter anion, different pH value and SS_MEC cell [14, 45, 46]. The kapp values determined for all these experimental conditions are summarized in Table 2. These values corroborate the results obtained by CV and UV-Vis photoassisted electrochemical methods. For different anion used, kapp obtained increases in order: F < Cl < Br (0.0047 < 0.1677 < 1.3886). In the presence of fluoride and chloride anions, the apparent rate constant is obtained by zero order kinetics fitting (Fig. 8a). Thus, in these two cases the electrochemical degradation of CFTX are invariant with respect to initial concentration.

Constantele de viteză aparente (kapp, Tabelul 2) sunt calculate luând în considerare abordarea cinetică a reacțiilor de ordinul zero, unu și doi, referitoare la ipoteza concentrației la starea de echilibru pentru speciile reactive (oxi/oxihalogenat), din moment ce aceste specii nu se pot acumula în soluție. Luând în considerare aceste condiții, simulările cinetice de ordinul zero, unu și doi permit determinarea constantelor de viteză aparente pentru degradarea electrochimică a CFTX prin metode directe, indirecte și/sau electromediate utilizând diferiți contra anioni, valori diferite ale pH-ului și celula SS_MEC [14, 45, 46]. Valorile kapp stabilite pentru toate aceste condiții experimentale sunt sintetizate în Tabelul 2. Aceste valori coroborează rezultatele obținute prin metodele electrochimice fotoasistate CV și UV-Vis. Pentru diferiții anioni utilizați kapp a obținut majorări în ordinea: F < Cl < Br (0,0047 < 0,1677 < 1,3886). În prezența anionilor de fluor și clor constanta de viteză aparentă se obține prin echipamentul utilizat în cinetica de ordinul zero (Fig. 8a). Astfel, în aceste două cazuri, degradarea electrochimică a CFTX este invariabilă în ceea ce privește concentrarea inițială.

Table 7.2.

Apparent rate constants (kapp) for electrochemical degradation of CFTX as a function of counter anion, pH and metallic electrochemical cell

Constantele de viteză aparente (kapp) pentru degradarea electrochimică a CFTX ca o funcție a contraanionului, pH-ului și a celulei metalice electrochimice

The highest apparent rate constant (1.3886 min-1) is obtained by first order reaction kinetics fitting in the presence of bromide anions (Fig. 8b, Table 2). This tendency is explained related to the electrochemical generation of HO∙ and in the solution, thus suggesting an important role of these active species, along with direct electrochemical pathway to mineralize all the intermediates.

Another important experimental parameter that influences the electrochemical degradation of CFTX is the pH. The electrochemical degradation was accelerated at low and high proton concentration (pH=12, 2). The effect of pH value of 12 was assessed using a zero order reaction kinetic fitting. Furthermore, a significant electrochemical degradation can be observed using a pH=2 and two relative apparent rate constants were obtained from both first and second order reaction fitting, as presented in Figs. 8d, 8e and Table 2. The existence of two different kinetics approach with high value of coefficient of determination (~1) can be explained by the change of electrogenerated active species and main oxidizing species, as follows: reactions between CFTX molecules and electrogenerated HO∙ radicals; direct electrochemical degradation of CFTX molecules on Pt/electrolyte interface, mediated electrochemical reactions between CFTX molecules and electrogenerated oxyhalogenated active species.

CFTX concentration underwent a gradual decay during electrolysis as the electrochemical cell was changed with a stainless steel one. As it can be seen in Fig. 8f, an increase in apparent rate constant is observed due to the higher production of HO∙ radicals. Thereafter, an almost 100 % degradation degree was achieved at 60 mins. of electrolysis. CFTX electrochemical degradation follows zero order reaction kinetics and the corresponding kapp value is double compared to the kapp value obtained in the same conditions but using a glass electrochemical cell.

Cea mai mare constantă de viteză aparentă (1,3886 min-1) se obține prin echipamentul utilizat în reacția cinetică de ordinul unu în prezența anionilor de bromură (Fig. 8b, Tabelul 2). Această tendință este explicată prin raportare la generația electrochimică de HO∙ și în soluție, sugerând astfel un rol important al acestor specii active, împreună cu traseul direct electrochimic pentru mineralizarea tuturor produselor intermediare.

Un alt parametru experimental important care influențează degradarea electrochimică a CFTX este pH-ul. Degradarea electrochimică a fost accelerată la o concentrație scăzută și mare de protoni (pH=12, 2). Efectul valorii pH-ului de 12 a fost evaluat utilizându-se un echipament de reacție cinetică de ordinul zero. În plus, s-a putut observa o degradare semnificativă electrochimică prin utilizarea unui pH=2 și s-au obținut două constante relative de viteză aparente atât din echipamentul de reacție de ordinul unu, cât și din cel de ordinul doi, după cum se arată în Figurile 8d, 8e și în Tabelul 2. Existența a două abordări cinetice diferite cu o valoare mare a coeficientului de determinare (~1) poate fi explicată prin modificarea speciilor active electrogenerate și a speciilor principale de oxidare, după cum urmează: reacții între moleculele de CFTX și radicalii de HO∙ electrogenerați; degradare electrochimică directă a moleculelor de CFTX pe interfața Pt/electrolit, reacții electrochimice mediate între moleculele de CFTX și speciile active electrogenerate oxialogenate.

Concentrația de CFTX a suferit o descompunere progresivă în timpul electrolizei atunci când celula electrochimică a fost schimbată cu una din oțel inoxidabil. După cum se poate observa în Fig. 8f, se constată o creștere a constantei de viteză aparentă cauzată de producția mai mare de radicali de HO∙. În continuare s-a obținut un grad de degradare de aproape 100 % după 60 min. de electroliză. Degradarea electrochimică a CFTX urmează reacția cinetică de ordinul zero și valoarea kapp corespunzătoare este dublă în comparație cu valoarea kapp obținută în aceleași condiții, dar utilizându-se o celulă electrochimică de sticlă.

7.5. Mechanism of electrochemical degradation of CFTX

7.5. Mecanismul de degradare electrochimică a CFTX

The electrochemical degradation of CFTX starts at the cephalosporin core structure. The sulphur atom of sulphide groups (thioether) is electrochemically oxidized to the corresponding sulfoxide (Scheme 1) [7, 19].

Degradarea electrochimică a CFTX debutează la structura nucleu a cefalosporinei. Atomul de sulf al grupelor de sulfuri (tioeter) este oxidat electrochimic în sulfoxidul aferent (Schema 1) [7, 19].

Scheme 7.1.

The pathway for electrochemical oxidation of sulphur atom (sulphide/thioether) to sulfoxide group [Lucrare_Pharmaceutics]

Traseul oxidării electrochimice a atomului de sulf (sulfură/tioeter) în grupa de sulfoxizi [Lucrare_Pharmaceutics]

The lateral chain (R1 and R2) of cephalosporin core structure may influence both the potential and the current density value of electrochemical degradation. For CFTX structure, there is no n-n or n-π conjugation between the R1 or R2 lateral chains and the sulphur atom or sulfoxide group of core structure. Sulfoxide group supports subsequent successive oxidations to sulfones (Scheme 2) and even the elimination of sulphur atom as sulphite group (Scheme 7.3).

Lanțul lateral (R1 și R2) al structurii nucleu a cefalosporinei poate influența atât valoarea densității potențiale, cât și cea curentă a degradării electrochimice. Pentru structura CFTX nu există conjugare n-n sau n-π între lanțurile laterale R1 sau R2 și atomul de sulf sau grupa de sulfoxizi a structurii nucleu. Grupa de sulfoxizi sprijină oxidările succesive ulterioare în sulfone (Schema 2) și chiar eliminarea atomului de sulf ca grupă de sulfiți (Schema 7.3).

Scheme 7.2.

The pathway for electrochemical oxidation of sulfoxide to sulfone group [Lucrare_Pharmaceutics]

Traseul oxidării electrochimice a sulfoxidului în grupă de sulfone [Lucrare_Pharmaceutics]

Scheme 7.3.

The pathway for electrochemical oxidation of sulfone to sulphite grou[Lucrare_Pharmaceutics]

Traseul oxidării electrochimice a sulfonei în grupă de sulfiți [Lucrare_Pharmaceutics]

Nitrogen atoms as amino, imine, imide, aza or azo groups, also are oxidized to higher oxidation state like nitroso or nitro derivatives (Schemes 4, 5).

Atomii de azot ca grupele amino, imine, imide, aza sau azo sunt de asemenea oxidați într-o stare mai înaltă de oxidare, cum ar fi derivații nitrozo sau nitro (Schemele 4, 5).

Scheme 7.4.

The pathway for electrochemical cleavage of >C=N- bond (imine functional group) [Lucrare_Pharmaceutics]

Traseul clivajului electrochimic al legăturii >C=N (grupa funcțională de imine) [Lucrare_Pharmaceutics]

Scheme 7.5.

The pathway for electrochemical oxidation of nitro derivatives intermediate [Lucrare_Pharmaceutics]

Traseul oxidării electrochimice a nitroderivaților intermediari [Lucrare_Pharmaceutics]

The mechanism of electrochemical mineralization of a biologically active compound involves successive, concurrent or parallel electrochemical and chemical steps that depend on both the pH of the environment and the values of the electrode potential or current densities. Partial electrochemical mineralization and even more, total electrochemical mineralization of such a compound ensures the decrease of total antimicrobial activity of polluted water, while intermediate or final degradation compounds attest the purification of polluted water by removing environmentally harmless compounds such as sulphite anions, sulphate, nitrate or CO2 and H2O [19, 32].

Mecanismul mineralizării electrochimice a unui compus biologic activ implică etape electrochimice și chimice succesive, simultane sau paralele, care depind atât de pH-ul mediului, cât și de valorile densităților potențiale sau curente ale electrodului. Mineralizarea parțială electrochimică și chiar mai mult decât aceasta, mineralizarea totală electrochimică a unui astfel de compus asigură reducerea activității totale antimicrobiene a apei poluate, în timp ce compușii de degradare intermediară sau finală atestă purificarea apei poluate prin îndepărtarea compușilor inofensivi față de mediu, cum ar fi anionii de sulfit, sulfat, nitrat sau CO2și H2O [19, 32].

Conclusions

The present study shows the first data on electrochemical degradation of ceftriaxone antibiotic in aqueous simulated wastewaters under the influence of various experimental parameters.

The rate of electrochemical degradation of ceftriaxone has the lowest values in the presence of fluoride anions and at a pH = 6.7. By changing the glass electrochemical cell with a stainless steel metallic electrochemical cell, the degradation rate is two times higher. If the pH of the electrolyte solution changes to 2 or 12, the degradation rate increases 3-4 times compared to the initial case. In the case that the fluoride anion is replaced with chloride, the degradation rate increases 40 times, and if it is replaced with the bromide anion, the degradation rate increases 400 times.

Electrochemical degradation of ceftriaxone antibiotic (CFRX) exhibit a parallelism between the rate of heterogeneous direct electrochemical oxidation and homogenous indirect chemical oxidation by ”in situ” oxy/oxyhalogenated species (X = Cl, Br, I; n = 1, 2, 3, 4).

The electrochemical degradation of CFTX depend both on the structural transformation of antibiotic molecule and experimental parameters. The selection of most appropriate electrochemical treatment for CFTX antibiotic removal must be based on the nergy consumption, antimicrobial activity decrease/removal and the efficiency of antibiotic molecule degradation.

Concluzii

Studiul de față prezintă primele date despre degradarea electrochimică a antibioticului ceftriaxonă în ape reziduale simulate sub influența a diverși parametri experimentali.

Rata degradării electrochimice a ceftriaxonei prezintă cele mai scăzute valori în prezența anionilor de fluor și la unpH = 6,7. Schimbând celula electrochimică de sticlă cu o celulă electrochimică metalică din oțel inoxidabil rata de degradare este de două ori mai mare. Dacă pH-ul soluției de electroliți se modifică la 2 sau 12, rata de degradare crește de 3-4 ori comparativ cu cazul inițial. În cazul în care anionul de fluor este înlocuit cu clor, rata de degradare crește de 40 de ori și dacă este înlocuit cu anion de bromură, rata de degradare crește de 400 de ori.

Degradarea electrochimică a antibioticului ceftriaxonă (CFRX) prezintă un paralelism între rata oxidării electrochimice directe eterogene și cea a oxidării chimice indirecte omogene prin specii oxi/oxialogenate „in situ” (X = Cl, Br, I; n = 1, 2, 3, 4).

Degradarea electrochimică a CFTX depinde atât de transformarea structurală a moleculei de antibiotic, cât și de parametrii experimentali. Selectarea celui mai adecvat tratament electrochimic pentru îndepărtarea antibioticului CFTX trebuie să se bazeze pe consumul de energie, pe reducerea/eliminarea activității antimicrobiene și pe eficacitatea degradării moleculei de antibiotic.

Datele experimentale au fost validate prin publicarea unei lucrări:

B. Tutunaru, A. Samide, S. Iordache A. Simionescu, A. Popescu, Chemical and Electrochemical Processes of Ceftriaxone Studied by Electrochemical Techniques assisted by UV-Vis Spectrophotometry, Pharmaceutics, (2021).

CONCLUZII GENERALE

Bibliografie

1.https://www.anm.ro/_/_PRO/pro_7318_13.12.06.pdf?anmDir=ulnaswueaogloci&anmPage=1138&ID=22750 (accesat la 01.02.2020).

2. http://www.ymed.ro/nistatin/ (accesat la 01.02.2020).

3.http://www.sfatmedical.ro/Dictionar_medicamente/NISTATINA_500000_UI_comprimate_filmate (accesat la 01.02.2020).

4. https://es.wikipedia.org/wiki/Nistatina (accesat la 01.02.2020).

5. M. Alrabiah, A. Alsahhaf, R. S. Alofi, K. A. Al-Aali, T. Abduljabbar, F. Vohra, Efficacy of photodynamic therapy versus local nystatin in the treatment of denture stomatitis: A randomized clinical study, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 28 (2019) 98–101.

6. B. Afroozi, K. Zomorodian, F. Lavaee, Z. Z. Shahrabadi, M. Mardani, Comparison of the efficacy of indocyanine green-mediated photodynamic therapy and nystatin therapy in treatment of denture stomatitis, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 27 (2019) 193–197.

7. H. Zheng, K. L. Audus, Cytotoxic effects of chlorhexidine and nystatin on cultured hamster buccal epithelial cells, International Journal of Pharmaceutics, 101 (1994) 121-126.

8. S. Pál, S. Nagy, T. Bozó, B. Kocsis, A. Dévay, Technological and biopharmaceutical optimization ofnystatin release from a multiparticulate based bioadhesive drug delivery system, European Journal of Pharmaceutical Sciences 49(2013)258–264.

9. E. Scheibler, R. Medina da Silva, C. E. Leite, M. M. Campos, M. A. Figueiredo, F. Gonçalves Salum, K.Stability and efficacy of combined nystatin and chlorhexidine againstsuspensions and biofilms of Candida albicans Cherubini, Archives of Oral Biology 89 (2018) 70–76.

10. A. A. Kassem, A. M. Mohsen, R. S. Ahmed, T. M. Essam, Self-nanoemulsifying drug delivery system (SNEDDS) with enhancedsolubilization of nystatin for treatment of oral candidiasis: Design,optimization, in vitro and in vivo evaluation, Journal of Molecular Liquids 218 (2016) 219–232.

11. G. Mohammadi, E. Namadi, A. Mikaeili, P. Mohammadi,K. Adibkia, Preparation, physicochemical characterization and anti-fungalevaluation of the Nystatin-loaded Eudragit RS100/PLGA nanoparticles, Journal of Drug Delivery Science and Technology 38 (2017) 90-96.

12. N. Samiei, E. Olyaie, S. Saberi, M. E. Zolfaghari, Development of a gum base formulation for nystatin; a new drug deliveryapproach for treatment of oral candidiasis, Journal of Drug Delivery Science and Technology 48 (2018) 59–65.

13. M. M. AbouSamra, M. Basha, G. E.A. Awad, S. S. Mansy, A promising nystatin nanocapsular hydrogel as an antifungal polymericcarrier for the treatment of topical candidiasis, Journal of Drug Delivery Science and Technology 49 (2019) 365–374.

14. M. J. Martín, A. C. Calpena, F. Fernández, M. Mallandrich, P. Gálvez, B. Clares, Development of alginate microspheres as nystatin carriers for oralmucosa drug delivery, Carbohydrate Polymers 117 (2015) 140–149.

15. A. Rosato, C. Vitali,M. Piarulli,M. Mazzotta,M. P. Argentieri,R. Mallamaci, In vitro synergic efficacyofthecombinationofNystatinwiththeessential oilsof Origanum vulgare and Pelargonium graveolens against some Candida species, Phytomedicine16 (2009) 972–975.

16. P. Girotra, A. Thakur, A. Kumar, S. K. Singh, Identification of multi-targeted anti-migraine potential of nystatinand development of its brain targeted chitosan nanoformulation, International Journal of Biological Macromolecules 96 (2017) 687–696.

17. W. Liu, X. Guan, Z. Yu, K. Chen, L. Benet, S. Zhai, A Drug–drug InteractionBetweenCyclosporineand Nystatin, Clinical Therapeutics, 40 (2018) 660-662.

18. E. Scheuch, T. Gießmann, W. Siegmund, Quantitative determination of nystatin in human plasma using LC–MSafter inhalative administration in healthy subjects, Journal of Chromatography B, 844 (2006) 84–88.

19. J. M. Llabot, D. A. Allemandi, R. H. Manzo, M. R. Longhi, HPLC method for the determination of nystatin in salivafor application in clinical studies, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 45 (2007) 526–530.

20. M. A. Korany, H. H. Abdine, M. A.A. Ragab, S. I. Aboras, Application of derivative spectrophotometry under orthogonalpolynomial at unequal intervals: Determination of metronidazoleand nystatin in their pharmaceutical mixture, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 143 (2015) 281–287.

21. A. A. Habeeb, New colorimetric method for the determination of nystatin, Talanta, 22 (1975) 605-607.

22. D. Zhang, J.-A. Park, A.M. Abd El-Aty, S.-K. Kim, S.-H. Cho, Y. Wang, J.-H. Shim, J. H. Jeong, S. C. Shin, J.-S. Kim, B.-J. Chang, H.-C. Shin, Residual detection of buparvaquone, nystatin, and etomidate in animalderivedfood products in a single chromatographic run using liquidchromatography-tandem mass spectrometry, Food Chemistry 237 (2017) 1202–1208.

23. M. Pendela, G. Kahsay, I. Baekelandt, A. Van Schepdael, E. Adams, Simultaneous determination of lidocaine hydrochloride, hydrocortisone andnystatin in a pharmaceutical preparation by RP-LC, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 56 (2011) 641– 644.

24. M. Mascini, Electrochemical biosensors for determination of nystatin activity, Analytica Chimica Acta, 200 (1987) 237-244.

25. A. Khodadadi, E. Faghih-Mirzaei, H. Karimi-Maleh, A. Abbaspourrad, S. Agarwal, V. K. Gupta, A new epirubicin biosensor based on amplifying DNA interactions withpolypyrrole and nitrogen-doped reduced graphene: Experimental anddocking theoretical investigations, Sensors & Actuators: B. Chemical 284 (2019) 568–574.

26. A. Shams, A. Yari, A new sensor consisting of Ag-MWCNT nanocomposite as the sensingelement for electrochemical determination of Epirubicin, Sensors & Actuators: B. Chemical 286 (2019) 131–138.

27. H. Tang, J. Chen, L. Wang, Q. Li, Y. Yang, Z.e Lv, H. Bao, Y. Li, X. Luan, Y. Li, Z. Ren, X. Zhou, D. Cong, Z. Liu, J. Jia, H. Chen, W. Zhao, Q. Meng, F. Sun, J. Pei, Co-delivery of epirubicin and paclitaxel using an estrone-targeted PEGylatedliposomal nanoparticle for breast cancer, International Journal of Pharmaceutics 573 (2020) 118806.

28. F. Karimi, A. F. Shojaei, K. Tabatabaeian, S. Shakeri, CoFe2O4 nanoparticle/ionic liquid modified carbon paste electrode as anamplified sensor for epirubicin analysis as an anticancer drug, Journal of Molecular Liquids, 242 (2017) 685–689.

29. M. Abbasghorbani, Fe3O4 loaded single wall carbon nanotubes and 1-methyl-3-octylimidazlium chloride as two amplifiers for fabrication of highlysensitive voltammetric sensor for epirubicin anticancer drug analysis, Journal of Molecular Liquids, 266 (2018) 176–180.

30. P. Fumoleau, H. Roche, P. Kerbrat, J. Bonneterre, P. Romestaing, P. Fargeot, M. Namer,A. Monnier, P. Montcuquet, M.-J. Goudier, E. Luporsi, Long-term cardiac toxicity after adjuvantepirubicin-based chemotherapy in early breastcancer: French Adjuvant Study Group Results, Annals of Oncology, 17 (2006) 85–92.

31. J.-H. Song, S.-R. Kim, E.-Y. Heo, J.-Y. Lee,D.-e. Kim, S. Cho, S.-Y.g Chang, B.-I. Yoon,J. Seong, H.-J. Ko, Antiviral activity of gemcitabine against human rhinovirus in vitro andin vivo, Antiviral Research, 145 (2017) 6-13.

32. T. Berg, T. J. Nøttrup, H. Roed, Gemcitabine for recurrent ovarian cancer – a systematic review andmeta-analysis, Gynecologic Oncology, 155 (2019) 530-537.

33. S. E. Farr, R. Chess-Williams, C. M. McDermott, Gemcitabine: Selective cytotoxicity, induction of inflammation andeffects on urothelial function, Toxicology and Applied Pharmacology, 316 (2017) 1–9.

34. S. T. Tucci, A. Kheirolomoom, E. S. Ingham, L. M. Mahakian, S. M. Tam, J. Foiret, N. E. Hubbard, A. D. Borowsky, M. Baikoghli, R. H. Cheng, K. W. Ferrara,Tumor-specific delivery of gemcitabine with activatable liposomes, Journal of Controlled Release, 309 (2019) 277–288.

35. K. O. Affram, T. Smith, E. Ofori, S. Krishnan, P. Underwood, J. G. Trevino, E. Agyare, Cytotoxic effects of gemcitabine-loaded solid lipid nanoparticles in pancreatic cancer cells, Journal of Drug Delivery Science and Technology, 55 (2020) 101374.

36. Y. Zhang, X. Bush, B. Yan, J. A. Chen, Gemcitabine nanoparticles promote antitumor immunity against melanoma, Biomaterials. 189 (2019) 48–59.

37. R. Tandel, N. Teradal, A. Satpati, S. Jaldappagari, Fabrication of the electrochemically reduced graphene oxide-bismuth nanoparticles composite and its analytical application for an anticancer drug gemcitabine, Chinese Chemical Letters, 28 (2017) 1429–1437.

38. K. M. Naik, S. T. Nandibewoor, Electro-oxidation and determination of gemcitabine hydrochloride, ananticancer drug at gold electrode, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 19 (2013) 1933–1938.

39. J. D. Chavez, A. Keller, B. Zhou,R. Tian, J. E. Bruce, Cellular Interactome Dynamics during PaclitaxelTreatment, Cell Reports, 29 (2019) 2371–2383.

40. X. Zang, J. B. Lee, K. Deshpande, O. B. Garbuzenko, T. Minko,L. Kagan, Prevention of paclitaxel-induced neuropathy by formulation approach, Journal of Controlled Release, 303 (2019) 109–116.

41. Y.-L. Lai, S.-B. Lai, S.-K. Yen, Paclitaxel/hydroxyapatite composite coatings on titanium alloy forbiomedical applications, Materials Science and Engineering, C79 (2017) 622–628.

42. J.-S. Choi, N. H. Cho, D.-H. Kim, J.-S. Park,Comparison of paclitaxel solid dispersion and polymeric micelles forimproved oral bioavailability and in vitro anti-cancer effects, Materials Science & Engineering C, 100 (2019) 247–259.

43. A. M. Khalifa, M. A. Elsheikh, A. M. Khalifa, Y. S.R. Elnaggar, Current strategies for different paclitaxel-loaded Nano-delivery Systemstowards therapeutic applications for ovarian carcinoma: A review article, Journal of Controlled Release, 311–312 (2019) 125–137.

44. L. Wang, X. Zhao, F. Yang,W. Wu, M. Wu, Y. Li, X. Zhang, Loading paclitaxel into porous starch in the form of nanoparticles toimprove its dissolution and bioavailability, International Journal of Biological Macromolecules, 138 (2019) 207–214.

45. Z. Ö. D. Șiğva, T. B. Okcanoğlu, Ç. B. Avci, S. Y. Süslüer, Ç. Kayabași, B. Turna, Y. Dodurga, O. Nazli, C. Gündüz, Investigation of the synergistic effects of paclitaxel and herbal substancesand endemic plant extracts on cell cycle and apoptosis signal pathways inprostate cancer cell lines, Gene, 687 (2019) 261–271.

46. J. I. Gowda, S. T. Nandibewoor, Electrochemical characterization and determination of paclitaxel drugusing graphite pencil electrode, Electrochimica Acta. 116 (2014) 326– 333.

47. J. I. Gowda, S. T. Nandibewoor, Electrochemical behavior of paclitaxel and itsdetermination at glassy carbon electrode, Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 9 (2014) 42-49.

48. S. Iordache, B. Tutunaru, A. Samide, A. Popescu, Electrochemical and Thermal Stability of Nystatin Drug, Rev.Chim. (București), 70 (2019) 503-505.

BIBLIOGRAFIE

A.E. Edris, Pharmaceutical and therapeutic potentials of essential oils and their individual volatile constituents – a review, Phytotherapy Research Journal, 21; 2007: 308 – 323.

G. Lang, G. Buchbauer, A review on recent research results (2008–2010) on essential oils as antimicrobials and antifungals: a review, Flavour and Fragrance Journal, 27; 2012: 13 – 39.

B. Teixeira, A. Marques, C. Ramos, N.R. Neng, J.M. Nogueira, J.A. Saraiva, M.L. Nunes, Chemical composition and antibacterial and antioxidant properties of commEPRial essential oils, Industrial Crops and Products, 43; 2013: 587 – 595.

K.A. Hammer, C.F. Carson, T.V. Riley, Antimicrobial activity of essential oils and other plant extracts, Journal of Applied Microbiology, 86; 1999: 985 – 990.

K.A. Hammer, C.F. Carson, Antibacterial and antifungal activities of essential oils, In: Thormar, H. (Ed.), Lipids and Essential Oils as Antimicrobial Agents, John Wiley & Sons, Ltd, UK, pp., 2011: 255 – 306.

M. Oussalah, S. Caillet, M. Lacroix, Mechanism of action of Spanish oregano, Chinese cinnamon and savory essential oils against cell membranes and walls of Escherichia coli O157:H7 and Listeria monocytogenes, Journal of Food Protection, 69; 2006: 1046 – 1055.

A. Smith-Palmer, J. Stewart, L. Fyfe, Antimicrobial properties of plant essential oils and essences against five important foodborne pathogens, Letters in Applied Microbiology, 26; 1998: 118 – 122.

C.F. Carson, K.A. Hammer, T.V. Riley, Melaleuca alternifolia (Tea Tree) oil: a review of antimicrobial and other medicinal properties, Clinical Microbiology Reviews, 19; 2006: 50–62.

R.J.W. Lambert, P.N. Skandamis, P.J. Coote, G.J.E. Nychas, A study of the minimum inhibitory concentration and mode of action of oregano essential oil, thymol and carvacrol, Journal of Applied Microbiology, 91; 2001: 453 – 462.

A. Ultee, M.H.J. Bennik, R. Moezelaar, The phenolic hydroxyl group of carvacrol is essential for action against the food borne pathogen Bacillus cereus, Applied and Environmental Microbiology, 68; 2002: 1561 – 1568.

A.E. Edris, Pharmaceutical and therapeutic potentials of essential oils and their individual volatile constituents: a review, Phytotherapy Research Journal, 21; 2007: 308 – 323.

N.Y. Saad, C.D. Muller, A. Lobstein, Major bioactivities and mechanism of action of essential oils and their components., Flavour and Fragrance Journal, 2013, http://dx.doi.org/10.1002/ffj.3165.

R. Di Pasqua, G. Betts, N. Hoskins, M. Edwards, D. EPRolini, G. Mauriello, Membrane toxicity of antimicrobial compounds from essential oils, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55; 2007: 4863 – 4870.

M.M. Routh, J.S. Raut, S.M. Karuppayil, Dual properties of anticancer agents: an exploratory study on the in vitro anti-Candida properties of thirty drugs. Chemotherapy 57; 2011: 372–380.

M.K. Kathiravan, A.B. Salake, A.S. Chothe, P.B. Dudhe, R.P. Watode, M.S. Mukta, S.Gadhwe, The biology and chemistry of antifungal agents: a review, Bioorganic & Medicinal Chemistry 20; 2012: 5678 – 5698.

J.C.O. Sardi, L. Scorzoni, T. Bernardi, A.M. Fusco-Almeida, M.M. Giannini, Candida species: current epidemiology, pathogenicity, biofilm formation, natural antifungal products and new therapeutic options, Journal of Medical Microbiology, 62; 2013: 10 – 24.

A. Devkatte, G.B. Zore, S.M. Karuppayil, Potential of plant oils as inhibitors of Candida albicans growth, FEMS Yeast Research, 5; 2005: 867 – 873.

M. Viuda-Martos, Y.Ruiz-Navajas, J. Fernandez-Lopez, J. Perez-Alvarez, Antifungal activity of lemon (Citrus lemon L.), mandarin (Citrus reticulata L.), grapefruit (Citrus paradisi L.) andorange (Citrus sinensis L.) essential oils, Food Control, 19; 2008: 1130 – 1138.

G.B. Zore, A.D. Thakre, V. Rathod, S.M, Karuppayil, Evaluation of anti-Candida potential of geranium oil constituents against clinical isolates of Candida albicans differentially sensitive to fluconazole: inhibition of growth, dimorphism and sensitization, Mycoses, 54; 2011b: e99 – e109.

A. Astani, J. Reichling, P. Schnitzler, Screening for antiviral activities of isolated compounds from essential oils, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2011, http://dx.doi.org/10.1093/ecam/nep187.

P. Schnitzler, C. Koch, J. Reichling, Susceptibility of drug-resistant clinical herpes simplex virus type 1 strains to essential oils of ginger, thyme, hyssop, and sandalwood, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 51; 2007: 1859 – 1862.

J. Reichling, C. Koch, E. Stahl-Biskup, C. Sojka, P. Schnitzler, Virucidal activity of a beta-triketone-richessential oil of Leptospermum scoparium (manuka oil) against HSV-1 and HSV-2 in cell culture, Planta Medica, 71; 2005: 1123 – 1127.

C.F. Carson, L. Ashton, L. Dry., D.W. Smith, T.V. Riley, Melaleuca alternifolia (tea tree) oil gel(6%) for the treatment of recurrent herpes labialis, Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 48; 2001: 450 – 451.

Y.M. Siddiqui, M. Ettayebi, A.M. Haddad, M.N. Al-Ahdal, Effect of essential oils on the enveloped viruses: antiviral activity of oregano and clove oils on herpes simplex virus type 1 and Newcastle disease virus, Medical Science Research, 24; 1996: 185 – 186.

R. Meneses, R.E. Ocazionez, J.R. Martinez, E.E. Stashenko, Inhibitory effect of essential oils obtained from plants grown in Colombia on yellow fever virus replication in vitro, Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials, 8; 2009:8.

M. Armaka, E. Papanikolaou, A. Sivropoulou, M. Arsenakis, Antiviral properties of isoborneol, a potent inhibitor of herpes simplex virus type 1, Antiviral Research, 43; 1999: 79 – 92.

F. Benencia, M.C. Courreges, In vitro and in vivo activity of eugenol on human herpesvirus, Phytotherapy Research, 14; 2000: 495 – 500.

M.G. Evandri, L. Battinelli, C. Daniele, S. Mastrangelo, P. Bolle, G. Mazzanti, The antimutagenic activity of Lavandula angustifolia (lavender) essential oil in the bacterial reverse mutation assay, Food and Chemical Toxicology, 43; 2005: 1381 – 1387.

B. Vukovic-Gacic, S. Nikcevic, T. Beric-Bjedov, J. Knezevic-Vukcevic, D. Simic, Antimutagenic effect of essential oil of sage (Salvia officinalis L.) and its monoterpenes against UV-induced mutations in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae, Food and Chemical Toxicology, 44; 2006: 1730 – 1738.

S. Ghaisas, S. Bhide, In vitro studies on chemoprotective effect of purnark against benzopyrene induced chromosomal damage in human lymphocytes, Cell Biology International, 18; 1994: 21–28.

F. Bakkali, S. Averbeck, D. Averbeck, M. Idaomar, Biological effects of essential oils – a review, Food and Chemical Toxicology, 46; 2008: 446 – 475.

A.E. Edris, Pharmaceutical and therapeutic potentials of essential oils and their individual volatile constituents: a review, Phytotherapy Research, 21; 2007: 308 – 323.

C.M. Kaefer, J.A. Milner., The role of herbs and spices in cancer prevention, The Journal of Nutritional Biochemistry, 19; 2008: 347 – 361.

A.A. Hamid, O.O. Aiyelaagbe, L.A. Usman, Essential oils: its medicinal and pharmacological use, International Journal Current Research, 33; 2011: 86 – 98.

F. Bakkali, S. Averbeck, D. Averbeck, M. Idaomar, Biological effects of essential oils – a review, Food and Chemical Toxicology 46; 2008: 446 – 475.

N. Dudai, Y. Weinstein, M. Krup, T. Rabinski, R. Ofir, Citral is a new inducer of caspase-3 in tumor cell lines, Planta Medica 71; 2005: 484 – 488.

A. Calcabrini, A. Stringaro, L. Toccacieli, S. Meschini, M. Marra, M. Colone, G. Salvatore, F. Mondello, G. Arancia, A. Molinari, Terpinen-4-ol, the main component of Melaleuca alternifolia (tea tree) oil inhibits the in vitro growth of human melanoma cells, Journal of Investigative Dermatology, 122; 2004: 349 – 360.

A.M. Czarnecka, P. Golik, E. Bartnik, Mitochondrial DNA mutations in human neoplasia, Journal of Applied Genetic, 4; 2006: 67 – 78.

C.F. Carson, K.A. Hammer, Chemistry and bioactivity of essential oils. In: Thor- mar, H. (Ed.), Lipids and Essential Oils as Antimicrobial Agents, John Wiley & Sons, UK, pp., 2011: 203-238.

J.S. Armstrong, Mitochondrial membrane permeabilization: the sine qua non for cell death, Bioessays 28; 2006: 253 – 260.

R. Bruni, A. Medici, E. Andreotti, C. Fantin, M. Muzzoli, M. Dehesa, C. Romagnoli, G. Sacchetti, Chemical composition and biological activities of Ishpingo essential oil, a traditional Ecuadorian spice from Ocotea quixos (Lam.) Kosterm (Lauraceae) flower calices, Food Chemistry, 85; 2004: 415 – 421.

S. Reichert-Penetrat, A. Barbaud, M. Weber, J.L. Schmutz, Ulceres de jambes explorations allergologiques dans 359 cas, Annales De Dermatologie Et De Venereologie, 126; 1999: 131–135.

M. Sudekum, R.H. Poppenga, N.A. Raju, W.E. Braselton, Pennyroyal oil toxicosis in a dog, Journal American Veterinary Medical Association, 200; 1992: 817 – 818.

W.P. Gordon, A.J. Forte, R.J. MacMurtry, R.J. Gal, S.D. Nelson, Hepatotoxicity and pulmonary toxicity of Pennyroyal oil and its constituent terpenes in the mouse, Toxicology and Applied Pharmacology, 65; 1982: 413 – 424.

M. Vigan, Essential oils: renewal of interest and toxicity, European Journal of Dermatology, 20; 2010: 685 – 692.

S. Sinha, M. Jothiramajayam, M. Ghosh, A. Mukherjee, Evaluation of toxicity of essential oils palmarosa, citronella, lemongrass and vetiver in human lymphocytes, Food and Chemical Toxicology, 68; 2014: 71 – 77.

A.J. Hayes, B. Markovic, Toxicity of Australian essential oil Backhousia citriodora (lemon myrtle). Part2. Absorption and histopathology following appliation to human skin, Food and Chemical Toxicology, 41; 2003: 1409 – 1416.

A.C Dweck, Toxicology of essential oils reviewed, Personal Care,2009: 65 – 77.

A. Khodadadi, E. Faghih-Mirzaei, H. Karimi-Maleh, A. Abbaspourrad, S. Agarwal, V. K. Gupta, A new epirubicin biosensor based on amplifying DNA interactions withpolypyrrole and nitrogen-doped reduced graphene: Experimental anddocking theoretical investigations, Sensors & Actuators: B. Chemical 284 (2019) 568–574.

A. Shams, A. Yari, A new sensor consisting of Ag-MWCNT nanocomposite as the sensingelement for electrochemical determination of Epirubicin, Sensors & Actuators: B. Chemical 286 (2019) 131–138.

H. Tang, J. Chen, L. Wang, Q. Li, Y. Yang, Z.e Lv, H. Bao, Y. Li, X. Luan, Y. Li, Z. Ren, X. Zhou, D. Cong, Z. Liu, J. Jia, H. Chen, W. Zhao, Q. Meng, F. Sun, J. Pei, Co-delivery of epirubicin and paclitaxel using an estrone-targeted PEGylatedliposomal nanoparticle for breast cancer, International Journal of Pharmaceutics 573 (2020) 118806.

F. Karimi, A. F. Shojaei, K. Tabatabaeian, S. Shakeri, CoFe2O4 nanoparticle/ionic liquid modified carbon paste electrode as anamplified sensor for epirubicin analysis as an anticancer drug, Journal of Molecular Liquids, 242 (2017) 685–689.

M. Abbasghorbani, Fe3O4 loaded single wall carbon nanotubes and 1-methyl-3-octylimidazlium chloride as two amplifiers for fabrication of highlysensitive voltammetric sensor for epirubicin anticancer drug analysis, Journal of Molecular Liquids, 266 (2018) 176–180.

P. Fumoleau, H. Roche, P. Kerbrat, J. Bonneterre, P. Romestaing, P. Fargeot, M. Namer,A. Monnier, P. Montcuquet, M.-J. Goudier, E. Luporsi, Long-term cardiac toxicity after adjuvantepirubicin-based chemotherapy in early breastcancer: French Adjuvant Study Group Results, Annals of Oncology, 17 (2006) 85–92.

J.-H. Song, S.-R. Kim, E.-Y. Heo, J.-Y. Lee,D.-e. Kim, S. Cho, S.-Y.g Chang, B.-I. Yoon,J. Seong, H.-J. Ko, Antiviral activity of gemcitabine against human rhinovirus in vitro andin vivo, Antiviral Research, 145 (2017) 6-13.

T. Berg, T. J. Nøttrup, H. Roed, Gemcitabine for recurrent ovarian cancer – a systematic review andmeta-analysis, Gynecologic Oncology, 155 (2019) 530-537.

S. E. Farr, R. Chess-Williams, C. M. McDermott, Gemcitabine: Selective cytotoxicity, induction of inflammation andeffects on urothelial function, Toxicology and Applied Pharmacology, 316 (2017) 1–9.

S. T. Tucci, A. Kheirolomoom, E. S. Ingham, L. M. Mahakian, S. M. Tam, J. Foiret, N. E. Hubbard, A. D. Borowsky, M. Baikoghli, R. H. Cheng, K. W. Ferrara,Tumor-specific delivery of gemcitabine with activatable liposomes, Journal of Controlled Release, 309 (2019) 277–288.

K. O. Affram, T. Smith, E. Ofori, S. Krishnan, P. Underwood, J. G. Trevino, E. Agyare, Cytotoxic effects of gemcitabine-loaded solid lipid nanoparticles in pancreatic cancer cells, Journal of Drug Delivery Science and Technology, 55 (2020) 101374.

Y. Zhang, X. Bush, B. Yan, J. A. Chen, Gemcitabine nanoparticles promote antitumor immunity against melanoma, Biomaterials. 189 (2019) 48–59.

R. Tandel, N. Teradal, A. Satpati, S. Jaldappagari, Fabrication of the electrochemically reduced graphene oxide-bismuth nanoparticles composite and its analytical application for an anticancer drug gemcitabine, Chinese Chemical Letters, 28 (2017) 1429–1437.

K. M. Naik, S. T. Nandibewoor, Electro-oxidation and determination of gemcitabine hydrochloride, ananticancer drug at gold electrode, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 19 (2013) 1933–1938.

J. D. Chavez, A. Keller, B. Zhou,R. Tian, J. E. Bruce, Cellular Interactome Dynamics during PaclitaxelTreatment, Cell Reports, 29 (2019) 2371–2383.

X. Zang, J. B. Lee, K. Deshpande, O. B. Garbuzenko, T. Minko,L. Kagan, Prevention of paclitaxel-induced neuropathy by formulation approach, Journal of Controlled Release, 303 (2019) 109–116.

Y.-L. Lai, S.-B. Lai, S.-K. Yen, Paclitaxel/hydroxyapatite composite coatings on titanium alloy forbiomedical applications, Materials Science and Engineering, C79 (2017) 622–628.

J.-S. Choi, N. H. Cho, D.-H. Kim, J.-S. Park,Comparison of paclitaxel solid dispersion and polymeric micelles forimproved oral bioavailability and in vitro anti-cancer effects, Materials Science & Engineering C, 100 (2019) 247–259.

A. M. Khalifa, M. A. Elsheikh, A. M. Khalifa, Y. S.R. Elnaggar, Current strategies for different paclitaxel-loaded Nano-delivery Systemstowards therapeutic applications for ovarian carcinoma: A review article, Journal of Controlled Release, 311–312 (2019) 125–137.

L. Wang, X. Zhao, F. Yang,W. Wu, M. Wu, Y. Li, X. Zhang, Loading paclitaxel into porous starch in the form of nanoparticles toimprove its dissolution and bioavailability, International Journal of Biological Macromolecules, 138 (2019) 207–214.

Z. Ö. D. Șiğva, T. B. Okcanoğlu, Ç. B. Avci, S. Y. Süslüer, Ç. Kayabași, B. Turna, Y. Dodurga, O. Nazli, C. Gündüz, Investigation of the synergistic effects of paclitaxel and herbal substancesand endemic plant extracts on cell cycle and apoptosis signal pathways inprostate cancer cell lines, Gene, 687 (2019) 261–271.

J. I. Gowda, S. T. Nandibewoor, Electrochemical characterization and determination of paclitaxel drugusing graphite pencil electrode, Electrochimica Acta. 116 (2014) 326– 333.

J. I. Gowda, S. T. Nandibewoor, Electrochemical behavior of paclitaxel and itsdetermination at glassy carbon electrode, Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 9 (2014) 42-49.

A. J. Busch, C. W. Holzapfel, R. W. Rickards, C. Djerassi, M. Suzuki, J. Westley, J. D. Dutcher, R. Thomas, Tetrahedron Letters, (1964), 63, 1 485

R. M. Herriot, Journal of Biological Chemistry., (1946), 46, 725

C. Daescu, Chimia si tehnologia medicamentelor, Editura Didactica si Pedagogica, R.A., Bucuresti, (1994), 5-8, 271, 281

L. Dryon, Journal de pharmacie de Belgique , (1966), 21, 433

H. W. Unterman, Revista de Chimie București, (1961), 12, 465

J. C. Ghang, A. B. Honig, A. T. Warren, S. Levine, Journal of Pharmaceutical Sciences, (1963), 52, 536

L. Mazor, K. M. Papay, Acta Pharmaceutica Hungarica, (1962), 32, 59

V. B. Korceaghin, A. A. Korobitkaia, Antibiotiki, (1963), 8, 634

A. PEPRek, Lumea medicamentelor, Seria Medicina Nr. 3, Editura Teora, (1996), 10, 30-31, 43, 49, 127, 128, 132.

I. Grecu, E. Curea, Stabilitatea medicamentelor, Editura Medicală București, (1987), 9-79, 83-90, 92-102, 308-363

C. Daescu, Chimia si tehnologia medicamentelor, Editura Didactica si Pedagogica, R.A., Bucuresti, (1994), 5-8, 271, 281

F. Bădulescu, V. Cârlig, V. Voicu, Bazele chimioterapiei antineoplazice, Editura didactică si pedagocică, R. A. Bucuresti, 1997: 65 – 66.

M. M. Abudabbusa, I. Jevremovića, K. Nešovića, A. Perić-Grujića, K. Y. Rheeb, V. Mišković-Stanković, In situ electrochemical synthesis of silver-doped poly(vinyl alcohol)/graphene composite hydrogels and their physico-chemical and thermal properties, Compos. Part B-Eng., 140 (2018) 99-107.

P. Sagitha, K. Sarada, K. Muraleedharan, One-pot synthesis of poly vinyl alcohol (PVA) supported silver nanoparticles and its efficiency in catalytic reduction of methylene blue, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 26 (2016) 2693-2700.

I. M. Martinez Paino, V. Zucolotto Poly(vinyl alcohol)-coated silver nanoparticles: Activation of neutrophils and nanotoxicology effects in human hepatocarcinoma and mononuclear cells, Environ. Toxicol. Pharmacol., 39 (2015) 614-621.

A. L. Potapova, O. A. Dainekoa, N. A. Ivanovaa, V. E. Agabekova, M. Bin-Hussainb, Formation and properties of films based on polyvinyl alcohol and doped with silver nanoparticles, Appl. Surf. Sci., 350 (2015) 121-128.

T. S. Gaaz, A. B. Sulong, M. N. Akhtar, A. A. H. Kadhum, A. B. Mohamad, A. A. Al-Amiery, Properties and Applications of Polyvinyl Alcohol, Halloysite Nanotubes and Their Nanocomposites, Molecules, 20 (2015) 22833–22847; doi:10.3390/molecules201219884.

N. Jain, V. K. Singh, S. Chauhan, A review on mechanical and water absorption properties of polyvinyl alcohol based composites/films, De Gruyter, J. Mech. Behav. Mater., 26 (2017) 213–222.

S.P. Deshmukh, S.M. Patil, S.B. Mullani, S.D. Delekar, Silver nanoparticles as an effective desinfectant: A review, Mater. Sci. Eng., 97 (2019) 954–965; https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.12.102.

M. Carbone, D. T. Donia, G. Sabbatella, R. Antiochia, Silver nanoparticles in polymeric matrices for freshfood packaging, J. King Saud University – Sci., 28 (2016) 273–279; http://dx.doi.org/10.1016/j.jksus.2016.05.004.

N. Hadrup, A. K. Sharma, K. Loeschner, Toxicity of silver ions, metallic silver, and silver nanoparticle materials after in vivo dermal and mucosal surface exposure: A review, Regulatory Toxicol. Pharmacol., 98 (2018) 257–267; https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2018.08.007.