Sodium Alginate: History
View Latest Version
Please note this is an old version of this entry, which may differ significantly from the current revision.
Subjects: Polymer Science
Contributor:
Agnieszka Najda

Alginian sodu (Na-Alg) jest rozpuszczalnym w wodzie, obojętnym i liniowym polisacharydem. Jest pochodną kwasu alginowego, który zawiera kwasy 1,4-β-d-mannuronowy (M) i α-l-guluronowy (G) i ma wzór chemiczny (NaC6H7O6). Wykazuje właściwości rozpuszczalne w wodzie, nietoksyczne, biokompatybilne, biodegradowalne i nieimmunogenne. Był używany do różnych zastosowań biomedycznych, wśród których najbardziej obiecujące są dostarczanie leków, dostarczanie genów, opatrywanie ran i ich gojenie.

  • sodium alginate
  • natural polymer

1. Struktura alginianu sodu

Alginian jest liniowym polisacharydem o charakterze anionowym, składającym się z 1,4-połączonych reszt d-mannuronianu i 1,4-połączonych l-guluronianów w różnych stopniach, posiadających wiązanie α (1-4) [1][2][3]. Alginian jest z natury hydrofilowy, biokompatybilny [4] i do pewnego stopnia przyjazny dla środowiska. Jego wzór chemiczny to (C 6 H 7 NaO 6 ) n o średniej masie cząsteczkowej 216,121 g / mol, a ta zmiana masy zależy od szczepów i przyjętych warunków.

XIX wieku został wydany patent Stanforda, który odkrył kwas alginowy [5], a po nim dokonano modyfikacji i uzyskano alginian sodu z tego kwasu alginowego w 1895 r., Którego wiązaniem było α (1-4) kwasu glukuronowego. .

2. Źródła alginianu sodu

Alginian sodu (NaC 6 H 7 O 6) jest liniowym polisacharydem, pochodną kwasu alginowego złożoną z kwasów 1,4-β-d-mannuronowego (M) i α-l-guluronowego (G) [6][7][8][9][10]. Alginian sodu jest składnikiem ściany komórkowej alg morskich i zawiera około 30 do 60% kwasu alginowego. Konwersja kwasu alginowego do alginianu sodu umożliwia jego rozpuszczalność w wodzie, co ułatwia jego ekstrakcję. Alginian sodu jest typowym polisacharydem, dzięki czemu może być bardzo szeroko stosowany w każdej dziedzinie, która wymaga połączenia 1-4 połączonego kwasu bD-mannuronowego (M), a na jego epimerze C-5 obecna jest grupa o nazwie L- kwas guluronowy (G). Alginian sodu pozyskiwany jest z różnych źródeł alg iw różnych składach. Np. Ekstrahowano go z sargassum o składzie 30–35% [11]. To bogate źródło alginianu sodu. Inne źródła alginianu sodu toAscophyllum nodosum (22–30%) [11], Laminaria Digitata (25–44%) [11], S. baccularia (23,9%), S. binderi (28,7%), S. siliquosum (38,9%), T. conoides (40,5%) [12], Sargassum muticum (13,57 ± 0,13%) [13], Durvillaea Antarctica (30–55%), Durvillaea willana (30–55%) [14], Turbinaria sp ( 22,69 + 2,12%) , Sargassum sp (24,56 + 0,56%) [15], Laminaria Digitata (51,8%) [16], C. implexa ( 29,15%) i L. variegate (27,57%) [17].

3. Właściwości

Alginian sodu jest liniowym [11], wrażliwym na pH [12], rozpuszczalnym w wodzie [13], nietoksycznym, biodegradowalnym [14], hydrofilowym [14], biokompatybilnym [18], bezpiecznym, nietrwałym, nieimmunogennym [16][17], opłacalny bioadhezyjny, polisacharyd z polianionowego kopolimeru [19][20]. Na-Alg ma zdolność chelatowania, niskokosztową przezroczystość [21], łatwość żelowania [22], mukoadhezję [23], zdolność zagęszczania i zdolność tworzenia błony. Posiada właściwości stabilizujące, wysoką lepkość w wodzie oraz negocjator żelowania. W obecności środowiska żołądka hydrożele zawierające alginian sodu mają właściwość bardzo powolnego uwalniania leku. Na-Alg jest stabilny termicznie.

4. Zastosowanie alginianu sodu

Ten nowy polisacharyd ma potencjalne zastosowania we wszystkich aspektach żywności, dostarczania leków [24], dostarczania genów, inżynierii tkankowej [25] i opatrunku na rany [26][27][28] oraz do oczyszczania ścieków [29]. Na-Alg ma nowe zastosowania w dziedzinie dostarczania leków; na przykład był stosowany do dostarczania 5 FU [30], Cur [31], środków przeciwnowotworowych (mikrokapsułek) [32], ibuprofenu [33] i RIF. Technologia dostarczania leków z alginianu sodu odgrywa kluczową rolę w dziedzinie biotechnologii. Służy do powolnego uwalniania leku. Na-Alg jest stosowany w lekach jelitowych [34], białaczce [35], immunoterapii, NRT i komórkach raka wątroby jako środek do dostarczania leków. Ten polisacharyd ma również duże zastosowania w dziedzinie dostarczania genów, dotyczących identyfikacji raka proteazy, wykrywania teofiliny, miejscowej chemioterapii [36], probiotyczny wzrost bakterii, dostarczanie leków przeciwwirusowych - HIV / AIDS, leczenie raka żołądka MDR, chemioterapia przeciwnowotworowa i inne [37]. Zastosowanie tego polimeru w postaci opatrunku i gojenia ran może być łatwiejsze do osiągnięcia [38]. Na-Alg może być stosowany w opatrunkach i zastosowaniach związanych z gojeniem ran, w tym do przeszczepów komórek OE-MSC [39]; wielofunkcyjne rusztowania w inżynierii tkankowej [40], inżynierii tkanek miękkich i inżynierii tkanki kostnej [41]; Biodrukowanie 3D [42].

5. Wady

Z powodu różnego rodzaju wad polimer ten ma ograniczone zastosowanie w przemyśle. Alginian sodu jest stosowany w różnych lekach, ale po zastosowaniu ma tendencję do wywoływania skutków ubocznych ze strony przewodu pokarmowego, takich jak wzdęcia, biegunka i nudności. Ponieważ pochodzi z kwasu alginowego, ma kwaśny charakter, który nie jest dobry dla zdrowej żywności. Jego właściwości obejmują niską wytrzymałość mechaniczną i adhezję komórek [18], niski poziom obciążenia lekiem, hydrofilowość, degradację mikrobiologiczną i gwałtowne uwalnianie [43][44]. Aby przezwyciężyć te problemy, alginian sodu został zmieszany z różnymi typami syntetycznych i naturalnych polimerów, które poprawiają jego właściwości.

This entry is adapted from the peer-reviewed paper 10.3390/pr9010137

References

  1. Augst, A.D.; Kong, H.J.; Mooney, D.J. Alginate hydrogels as biomaterials. Macromol. Biosci. 2006, 6, 623–633.
  2. George, M.; Abraham, T.E. Polyionic hydrocolloids for the intestinal delivery of protein drugs: Alginate and chitosan—A review. J. Control. Release 2006, 114, 1–14.
  3. Sharma, S.; Sanpui, P.; Chattopadhyay, A.; Ghosh, S.S. Fabrication of antibacterial silver nanoparticle—sodium alginate–chitosan composite films. RSC Adv. 2012, 2, 5837–5843.
  4. Yang, J.; Pan, J. Hydrothermal synthesis of silver nanoparticles by sodium alginate and their applications in surface-enhanced Raman scattering and catalysis. Acta Mater. 2012, 60, 4753–4758.
  5. Zia, K.M.; Zia, F.; Zuber, M.; Rehman, S.; Ahmad, M.N. Alginate based polyurethanes: A review of recent advances and perspective. Int. J. Biol. Macromol. 2015, 79, 377–387.
  6. Shyamali, S.; De Silva, M.; Kumar, N.S. Composition and sequence of uronate residues in alginates from three species of brown seaweeds. Carbohydr. Res. 1989, 191, 167–173.
  7. Ma, G.; Fang, D.; Liu, Y.; Zhu, X.; Nie, J. Electrospun sodium alginate/poly(ethylene oxide) core–shell nanofibers scaffolds potential for tissue engineering applications. Carbohydr. Polym. 2012, 87, 737–743.
  8. Kulkarni, R.V.; Boppana, R.; Mohan, G.K.; Mutalik, S.; Kalyane, N.V. pH-responsive interpenetrating network hydrogel beads of poly (acrylamide)-g-carrageenan and sodium alginate for intestinal targeted drug delivery: Synthesis, in vitro and in vivo evaluation. J. Coll. Interface Sci. 2012, 367, 509–517.
  9. Kulkarni, R.V.; Sreedhar, V.; Mutalik, S.; Setty, C.M.; Sa, B. Interpenetrating network hydrogel membranes of sodium alginate and poly(vinyl alcohol) for controlled release of prazosin hydrochloride through skin. Int. J. Biol. Macromol. 2010, 47, 520–527.
  10. Wang, W.; Wang, A. Synthesis and swelling properties of pH-sensitive semi-IPN superabsorbent hydrogels based on sodium alginate-g-poly (sodium acrylate) and polyvinylpyrrolidone. Carbohydr. Polym. 2010, 80, 1028–1036.
  11. Ertesvåg, H.; Valla, S. Biosynthesis and applications of alginates. Polym. Degrad. Stab. 1998, 59, 85–91.
  12. Hsieh, W.-C.; Liau, J.-J. Cell culture and characterization of cross-linked poly(vinyl alcohol)-g-starch 3D scaffold for tissue engineering. Carbohydr. Polym. 2013, 98, 574–580.
  13. Cui, Z.; Zhang, Y.; Zhang, J.; Kong, H.; Tang, X.; Pan, L.; Xia, K.; Aldalbahi, A.; Li, A.; Tai, R.; et al. Sodium alginate-functionalized nanodiamonds as sustained chemotherapeutic drug-release vectors. Carbon 2016, 97, 78–86.
  14. Hussain, S.; Liu, T.; Javed, M.S.; Aslam, N.; Zeng, W. Highly reactive 0D ZnS nanospheres and nanoparticlesfor formaldehyde gas-sensing properties. Sens. Actuators B Chem. 2017, 239, 1243–1250.
  15. Hodsdon, A.C.; Mitchell, J.R.; Davies, M.C.; Melia, C.D. Structure and behaviour in hydrophilic matrix sustained release dosage forms: 3. The influence of pH on the sustained-release performance and internal gel structure of sodium alginate matrices. J. Control. Release 1995, 33, 143–152
  16. Otterlei, M.; Østgaard, K.; Skjåk-Bræk, G.; Smidsrød, O.; Soon-Shiong, P.; Espevik, T. Induction of Cytokine Production from Human Monocytes Stimulated with Alginate. J. Immunother. 1991, 10, 286–291.
  17. Pervaiz, M.; Ahmad, I.; Yousaf, M.; Kirn, S.; Munawar, A.; Saeed, Z.; Adnan, A.; Gulzar, T.; Kamal, T.; Ahmad, A.; et al. Synthesis, spectral and antimicrobial studies of amino acid derivative Schiff base metal (Co, Mn, Cu, and Cd) complexes. Spectrochim. Acta Part A Mol. Biomol. Spectroscopy 2019, 206, 642–649.
  18. Zia, K.M.; Zia, F.; Zuber, M.; Rehman, S.; Ahmad, M.N. Alginate based polyurethanes: A review of recent advances and perspective. Int. J. Biol. Macromol. 2015, 79, 377–387.
  19. El-Rehim, H.A.A. Characterization and possible agricultural application of polyacrylamide/sodium alginate crosslinked hydrogels prepared by ionizing radiation. J. Appl. Polym. Sci. 2006, 101, 3572–3580.
  20. Ibrahim, S.M.; El Fadl, F.I.A.; El-Naggar, A.A. Preparation and characterization of crosslinked alginate–CMC beads for controlled release of nitrate salt. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2014, 299, 1531–1537.
  21. Iqbal, M.; Ali, A.; Rashid, H.; Raja, N.I.; Naveed, N.H.; Mashwani, Z.-U.-R.; Hussain, M.; Ejaz, M.; Chaudhry, Z. Evaluation of sodium alginate and calcium chloride on development of synthetic seeds. Pak. J. Bot. 2019, 51, 1569–1574.
  22. Goh, C.H.; Heng, P.W.S.; Chan, L.W. Alginates as a useful natural polymer for microencapsulation and therapeutic applications. Carbohydr. Polym. 2012, 88, 1–12.
  23. Miyazaki, S.; Kubo, W.; Attwood, D. Oral sustained delivery of theophylline using in-situ gelation of sodium alginate. J. Control. Release 2000, 67, 275–280.
  24. Kashif, M.; Ngaini, Z.; Harry, A.V.; Vekariya, R.L.; Ahmad, A.; Zuo, Z.; Sahari, S.K.; Hussain, S.; Khan, Z.A.; Alarifi, A. An experimental and DFT study on novel dyes incorporated with natural dyes on titanium dioxide (TiO 2) towards solar cell application. Appl. Phys. A 2020, 126, 1–13.
  25. Sun, J.; Tan, H. Alginate-Based Biomaterials for Regenerative Medicine Applications. Materials 2013, 6, 1285–1309.
  26. Kaygusuz, H.; Torlak, E.; Akýn-Evingür, G.; Özen, I.; Von Klitzing, R.; Erim, F.B. Antimicrobial cerium ion-chitosan crosslinked alginate biopolymer films: A novel and potential wound dressing. Int. J. Biol. Macromol. 2017, 105, 1161–1165.
  27. Saarai, A.; Kasparkova, V.; Sedlacek, T.; Saha, P. On the development and characterisation of crosslinked sodium alginate/gelatine hydrogels. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2013, 18, 152–166.
  28. Lee, K.Y.; Mooney, D.J. Alginate: Properties and biomedical applications. Prog. Polym. Sci. 2012, 37, 106–126.
  29. Thakur, S.; Sharma, B.; Verma, A.; Chaudhary, J.; Tamulevièius, S.; Thakur, V.K. Recent progress in sodium alginate based sustainable hydrogels for environmental applications. J. Clean. Prod. 2018, 198, 143–159.
  30. Nagarwal, R.C.; Kumar, R.; Pandit, J. Chitosan coated sodium alginate–chitosan nanoparticles loaded with 5-FU for ocular delivery: In vitro characterization and in vivo study in rabbit eye. Eur. J. Pharm. Sci. 2012, 47, 678–685.
  31. Ahmad, A.; Jini, D.; Aravind, M.; Parvathiraja, C.; Ali, R.; Kiyani, M.Z.; Alothman, A. A novel study on synthesis of egg shell based activated carbon for degradation of methylene blue via photocatalysis. Arabian J. Chem. 2020, 13, 8717–8722.
  32. Zhang, X.Z.; Xu, P.H.; Liu, G.W.; Ahmad, A.; Chen, X.H.; Zhu, Y.L.; Alothman, A.; Hussain, S.; Qiao, G.J. Synthesis, characterization and wettability of Cu-Sn alloy on the Si-implanted 6H-SiC. Coatings 2020, 10, 906.
  33. Babu, V.R.; Rao, K.S.V.K.; Sairam, M.; Naidu, B.V.K.; Hosamani, K.M.; Aminabhavi, T. pH sensitive interpenetrating network microgels of sodium alginate-acrylic acid for the controlled release of ibuprofen. J. Appl. Polym. Sci. 2005, 99, 2671–2678.
  34. George, M.; Abraham, T.E. Polyionic hydrocolloids for the intestinal delivery of protein drugs: Alginate and chitosan—A review. J. Control. Release 2006, 114, 1–14.
  35. Aravind, M.; Ahmad, A.; Ahmad, I.; Amalanathan, M.; Naseem, K.; Mary, S.M.M.; Parvathiraja, C.; Hussain, S.; Algrni, T.S.; Pervaiz, M.; et al. Critical green routing synthesis of silver NPs using jasmine flower extract for biological activities and photocatalytical degradation of methylene blue. J. Environ. Chem. Eng. 2020, 104877.
  36. Hussain, S.; Khan, A.J.; Arshad, M.; Javed, M.S.; Ahmad, A.; Shah, S.S.A.; Khan, M.R.; Akram, S.; Zulfiqar; Ali, S.; et al. Charge storage in binder-free 2D-hexagonal CoMoO4 nanosheets as a redox active material for pseudocapacitors. Ceramics Int. 2020.
  37. Zhao, D.; Liu, C.-J.; Zhuo, R.-X.; Cheng, S.-X. Alginate/CaCO3Hybrid Nanoparticles for Efficient Codelivery of Antitumor Gene and Drug. Mol. Pharm. 2012, 9, 2887–2893.
  38. Naseem, K.; Zia Ur Rehman, M.; Ahmad, A.; Dubal, D.; AlGarni, T.S. Plant Extract Induced Biogenic Preparation of Silver Nanoparticles and Their Potential as Catalyst for Degradation of Toxic Dyes. Coatings 2020, 10, 1235.
  39. Hussain, S.; Yang, X.; Aslam, M.K.; Shaheen, A.; Javed, M.S.; Aslam, N.; Aslam, B.; Liu, G.; Qiao, G. Robust TiN nanoparticles polysulfide anchor for Li–S storage and diffusion pathways using first principle calculations. Chem. Eng. Journal 2020, 391, 123595.
  40. Hussain, S.; Hassan, M.; Javed, M.S.; Shaheen, A.; Shah SS, A.; Nazir, M.T.; Najam, T.; Khan, A.J.; Zhang, X.; Liu, G. Distinctive flower-like CoNi2S4 nanoneedle arrays (CNS–NAs) for superior supercapacitor electrode performances. Ceramics Int. 2020, 46, 25942–25948.
  41. Li, Z.; Ramay, H.R.; Hauch, K.D.; Xiao, D.; Zhang, M. Chitosan–alginate hybrid scaffolds for bone tissue engineering. Biomater. 2005, 26, 3919–3928.
  42. Hussain, S.; Javed, M.S.; Asim, S.; Shaheen, A.; Khan, A.J.; Abbas, Y.; Ullah, N.; Iqbal, A.; Wang, M.; Qiao, G.; et al. Novel gravel-like NiMoO4 nanoparticles on carbon cloth for outstanding supercapacitor applications. Ceramics Int. 2020, 46, 6406–6412.
  43. Shi, G.; Che, Y.; Zhou, Y.; Bai, X.; Ni, C. Synthesis of polyglycolic acid grafting from sodium alginate through direct polycondensation and its application as drug carrier. J. Mater. Sci. 2015, 50, 7835–7841.
  44. Swamy, B.Y.; Chang, J.H.; Ahn, H.; Lee, W.-K.; Chung, I. Thermoresponsive N-vinyl caprolactam grafted sodium alginate hydrogel beads for the controlled release of an anticancer drug. Cellulose 2013, 20, 1261–1273.
  45. Swamy, B.Y.; Chang, J.H.; Ahn, H.; Lee, W.-K.; Chung, I. Thermoresponsive N-vinyl caprolactam grafted sodium alginate hydrogel beads for the controlled release of an anticancer drug. Cellulose 2013, 20, 1261–1273.
More
© Text is available under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license; additional terms may apply. By using this site, you agree to the Terms and Conditions and Privacy Policy.
This entry is offline, you can click here to edit this entry!
Feedback