vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-1-7-16vestich-699Research ArticleФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯPHYSICAL CHEMISTRYРеологические свойства и гидролитическая устойчивость in vitro композиции карбоксиметилцеллюлоза–диоксидинRheological properties and in vitro hydrolytic stability of the carboxymethylcellulose–dioxidine compositionЮркштовичТ. Л.YurkshtovichT. L.

Юркштович Татьяна Лукинична – кандидат химических наук, доцент, заведующая лабораторией

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Yurkshtovich Tatiana L. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Head of the laboratory

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk

yurk@bsu.byЮркштовичН. К.YurkshtovichN. K.

Юркштович Николай Константинович – кандидат химических наук

ул. Акад. Купревича, 5/3, 220141, Минск

Yurkshtovich Nikolai K. – Ph. D. (Chemistry), Deputy director of the State Enterprise “Academpharm”

5/3, Academician Kuprevich str., 220141, Minsk

yurkshtovich@tut.byГолубН. В.GolubN. V.

Голуб Наталья Васильевна – кандидат химических. наук, cтарший научный сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Golub Natalia V. – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk

natali.golub@tut.byКостероваР. И.KosterovaR. I.

Костерова Раиса Ивановна – научный сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Kosterova Raisa I.– Researcher

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk

ПристромоваЮ. И.PristromovaY. I.

Пристромова Юлия Игоревна – младший научный сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Pristromova Yulia I. – Junior Researcher

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk

prystromyi@gmail.comСоломевичС. О.SolomevichS. O.

Соломевич Сергей Олегович – кандидат химических наук, старший научный сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Solomevich Sergey O. – Ph. D. (Chemistry), Senior Researcher

14, Leningradskaya str., 220006, Minsk

sergeysolomevich@gmail.comБычковскийП. М.BychkovskyP. M.

Бычковский Павел Михайлович – кандидат химических наук, доцент, директор

ул. Акад. Курчатова, 1 , 220045, Минск

Bychkovski Pavel M. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Director

1, Akademician Kurchatov str., 220045, Minsk

bychkovsky@tut.byНаучно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute for Physical Chemical Problems of the Belarusian State UniversityГосударственное предприятие «Академфарм»State Enterprise “Aсadempharm”Учебно-научно-производственное республиканское унитарное предприятие «Унитехпром БГУ»The Educational, Scientific and Production Republican Unitary Enterprise “UE Unitehprom BSU”202209032022581716Copyright © Юркштович Т.Л., Юркштович Н.К., Голуб Н.В., Костерова Р.И., Пристромова Ю.И., Соломевич С.О., Бычковский П.М., 20222022Юркштович Т.Л., Юркштович Н.К., Голуб Н.В., Костерова Р.И., Пристромова Ю.И., Соломевич С.О., Бычковский П.М.Yurkshtovich T.L., Yurkshtovich N.K., Golub N.V., Kosterova R.I., Pristromova Y.I., Solomevich S.O., Bychkovsky P.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/699

Получена композиция карбоксиметилцеллюлоза–диоксидин и изучены ее структурно-морфологические и реологические характеристики в условиях термообработки и химического гидролиза в фосфатном буферном растворе с рН 7,4. Методами ИК-спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, вискозиметрии установлено, что введение диоксидина в раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с разной молекулярной массой приводит к частичному разупорядочиванию водородных связей между макромолекулами, способствует термодеструкции полиcахарида, понижению динамической вязкости растворов. Получены экспериментальные кинетические кривые гидролиза карбоксиметилцеллюлозы в присутствии и в отсутствие диоксидина и установлено, что они могут быть описаны с помощью уравнения первого порядка. Рассчитаны константы скорости гидролиза и показано, что в результате термообработки, а также в присутствии активного вещества скорость процесса гидролиза карбоксиметилцеллюлозы в условиях in vitro увеличивается. Изменение реологических свойств растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы с разной степенью полимеризации в присутствии антимикробного вещества следует учитывать в выборе состава вязких пролонгированных форм биологически активных веществ.

The composition of carboxymethylcellulose–dioxydine was obtained and its structural, morphological and rheological characteristics in the processes of heat treatment and chemical hydrolysis were studied. Using IR spectroscopy, scanning electron microscopy, and viscometry, it has been established that the introduction of dioxidine into a solution of carboxymethylcellulose sodium salt with different molecular weights leads to partial disordering of hydrogen bonds between macromolecules, promotes thermal destruction of the polysaccharide and a decrease in the dynamic viscosity of solutions. Experimental kinetic curves of carboxymethylcellulose hydrolysis in the presence and absence of dioxidine were obtained, and it was shown that they could be described using a first-order equation. The hydrolysis rate coefficients were calculated, and it was shown that, as a result of heat treatment, as well as in the presence of an active substance, the rate of carboxymethylcellulose hydrolysis increased. The change in the rheological properties of carboxymethylcellulose sodium salt solutions with different degrees of polymerization in the presence of an antimicrobial substance should be taken into account when choosing the composition of viscous prolonged forms of biologically active substances.

 

карбоксиметилцеллюлозадиоксидинтермодеструкциягидролизреологические характеристикиcarboxymethylcellulosedioxydinethermal degradationhydrolysisrheological characteristicsReferencesИзучение реологических свойств растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы / В. В. Чернова [и др.] // Изв. Сарат. ун-та нов. Сер. Химия. Биология. Экология. – 2020. –Т. 20, № 2. – С. 163–169. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-163-169Chernova V. V., Kotyashov М. S., Lazdin R. Yu., Kulish E. I. Study of Rheological Properties of Sodium Salt Solutions of Carboxymethyl Cellulose. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya Khimiya. Biologiya. Ekologiya = Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2020, vol. 20, no. 2, pp. 163–169 (in Russian). https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-163-169Marques-Marinho, F. D. Cellulose and its derivatives use in the pharmaceutical compounding practice. Cellulose – medical, pharmaceutical and electronic applications / F. D. Marques-Marinho, C. D. Vianna-Soares. – Zagreb: InTech Publisher, 2013. – P. 141–162.Marques-Marinho F. D., Vianna-Soares C. D. Cellulose and its derivatives use in the pharmaceutical compounding practice. Cellulose – medical, pharmaceutical and electronic applications. Zagreb: InTech Publisher, 2013, pp. 141–162.Rowe, R. C. Handbook of pharmaceutical excipients / R. C. Rowe, P. J. Sheskey, M. E. Quinn. – London: Pharmaceutical Press, 2009. – 917 p.Rowe R. C, Sheskey P. J., Quinn M. E. Handbook of pharmaceutical excipients. London: Pharmaceutical Press. 2009. 917 p.Cornelis, G. The biodegradability and nontoxicity of carboxymethyl cellulose (DS 0.7) and intermediates / G. Cornelis, V. Ginkel, S. Gayton // Analytical and Environmental Chemistry. – 1996. – Vol. 15, N 3. – P. 270–274. https://doi.org/10.1002/etc.5620150307Cornelis G., Van Ginkel, Gayton S. The biodegradability and nontoxicity of carboxymethyl cellulose (DS 0.7) and intermediates. Analytical and Environmental Chemistry, 1996, vol. 15, no. 3, pp. 270–274. https://doi.org/10.1002/etc.5620150307Yadav, M. Synthesis and characterization of graphene oxide/carboxymethylcellulose/alginate composite blend films / M. Yadav, K. Y. Rhee, S. J. Park // Carbohydr. Polym. – 2014. – Vol. 110. – P. 18–25. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.03.037.Yadav M, Rhee K. Y., Park S. J. Synthesis and characterization of graphene oxide/carboxymethylcellulose/alginate composite blend films. Carbohydrate Polymers, 2014, vol. 110, pp. 18–25. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.03.037Экспериментальное и клиническое обоснование применения противоспаечного средства «Мезогель» для профилактики рецидива острой спаечной кишечной непроходимости / Б. С. Суковатых [и др.] // Вестн. хирургии им. И. И. Грекова. – 2008. – № 5. – С. 32–35Sukovatykh B. S., Myasnikov A. D., Bezhin A. I., Lazarenko V. A., Lipatov V. A., Dubonos A. A., Zhukovsky V. A., Verbitsky D.A. Experimental and clinical substantiation of the use of the anti-adhesive agent “Mesogel” for the prevention of recurrence of acute adhesive intestinal obstruction. Vestnikk hirurgii im. Grekova = Grekov’s bulletin of Surgery, 2008, no. 5, pp. 32–35 (in Russian).Падейская, Е. Н. Антибактериальный препарат диоксидин: особенности биологического действия и значение в терапии различных форм гнойной инфекции / Е. Н. Падейская // Инфекции и антимикробная терапия. – 2001. – Т. 3, № 5. – C. 150–155.Padeyskaya E. N. Antibacterial drug dioxidine: features of biological action and significance in the treatment of various forms of purulent infection. Infekciii antimikrobnaya terapiya = Infections and antimicrobial therapy, 2001, vol. 3, no. 5, pp. 50–155 (in Russian).Fabrication of oxidized bacterial cellulose by nitrogen dioxide in chloroform/cyclohexane as a highly loaded drug carrier for sustained release of cisplatin / S. O. Solomevich [et al.] // Carbohydr. Polym. – 2020. – Vol. 248. – P. 116745. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116745Solomevich S. O., Dmitruk E. I., Bychkovsky P. M., Nebytov A. E., Yurkshtovich T. L., Golub N. V. Fabrication of oxidized bacterial cellulose by nitrogen dioxide in chloroform/cyclohexane as a highly loaded drug carrier for sustained release of cisplatin. Carbohydrate Polymers, 2020, no. 248, pp. 116745. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116745Биоразлагаемые пленки на основе окисленной бактериальной целлюлозы: получение, структура, свойства / П. М. Бычковский [и др.] // Высокомол. соед. Серия Б. –2019. – Т. 61, №4. – С. 261–271. https://doi.org/10.1134/S2308113919040028Bychkovsky P. M., Yurkshtovich T. L., Golub N. V., Solomevich S. O., Yurkshtovich N. K., Adamchik D. A. Biological films based on oxidized bacterial cellulose: obtaining, structure, properties. Polymer Science, Series B, 2019, vol. 61, no. 4, pp. 433–441 (in Russian). https://doi.org/10.1134/S2308113919040028Петропавловский, Г. А. Гидрофильные частично замещенные эфиры целлюлозы и их модификация путем химического сшивания / Г. А. Петропавловский. – Л.: Наука, 1988. – 297 c.Petropavlovsky G. A. Hydrophilic partially substituted cellulose ethers and their modification by chemical crosslinking. Leningrad: Nauka Publ., 1988. 297 p. (in Russian).Brandrup, J. Polymer handbook / J. Brandrup. – 4-th. Еd. – New York: John Wiley Sons, Inc. 1999. – 2366 p. https://doi.org/10.1002/1097-0126(200007)49:7<807::AID-PI436>3.0.CO;2-1Brandrup J. Polymer handbook.4-th. Еd. New York: John Wiley Sons, Inc, 1999. 2366 p. https://doi.org/10.1002/1097-0126(200007)49:7<807::AID-PI436>3.0.CO;2-1The influence of pH upon the hydrolysis of carboxymethylcellulose with cellulases from Trichoderma reesei / V. Rodriguez [et al.] // The Can. J. of Chem. Engineering. – 2001. – Vol. 79, N 2. – P. 289–295. https://doi.org/10.1002/cjce.5450790213Rodriguez V., Páez Dueñas M. P., Reyes A., El Hadj M. A. The influence of pH upon the hydrolysis of carboxymethylcellulose with cellulases from Trichoderma reesei. The Canadian Journal of Chemical Engineering, 2001, vol. 79, no. 2, pp. 289–295. https://doi.org/10.1002/cjce.5450790213Arinaitwe, E. Dilute solution properties of carboxymethyl celluloses of various molecular weights and degrees of substitution / E. Arinaitwe, M. Pawlik // Carbohydr. Polym. – 2014. – N 99. – P. 423–431. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.08.030Arinaitwe E., Pawlik M. Dilute solution properties of carboxymethyl celluloses of various molecular weights and degrees of substitution. Carbohydrate Polymers, 2014, vol. 99, pp. 423–431. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.08.030Characterization of aqueous carboxymethylcellulose solutions in terms of their molecular structure and its influence on rheological behavior / W. M. Kulicke [et al.] // Polymer. – 1996. – Vol. 37, N 13. – P. 2723–2731. https://doi.org/10.5897/IJPS11.1779Kulicke W. M., Kull A. H., Kull W., Thielking H. Characterization of aqueous carboxymethylcellulose solutions in terms of their molecular structure and its influence on rheological behavior. Polymer, 1996, vol. 37, no. 13, pp. 2723–2731. https://doi.org/10.5897/IJPS11.1779Lee, J. M. Rheology of carboxymethyl cellulose solutions treated with cellulases / J. M. Lee, J. A. Heitmann, J. J. Pawlak // BioResources. – 2006. – Vol. 2. – P. 20–33. https://doi.org/10.15376/biores.2.1.20-33Lee J. M., Heitmann J. A., Pawlak J. J. Rheology of carboxymethyl cellulose solutions treated with cellulases. Bio Resources, 2006, vol. 2, pp. 20–33. https://doi.org/10.15376/biores.2.1.20-33Benyounes, K. Rheological and electrokinetic properties of carboxymethylcellulose-water dispersions in the presence of salts / K. Benyounes, A. Benmounah // IJPS. – 2012. – Vol. 7, N 11. – P. 1790–1798.Benyounes K., Benmounah A. Rheological and electrokinetic properties of carboxymethylcellulose-water dispersions in the presence of salts. International Journal of the Physical Sciences, 2012, vol. 7, no. 11, pp. 1790–1798. https://doi.org/10.5897/ijps11.1779Грасси, Н. Химия процессов деструкции полимеров / Н. Грасси. – М.: Изд-во ин. лит-ры, 1959. – 251 с.Grassie N. Chemistry of high polymer degradation processes. Interscience Publishers, 1956. 335 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.