НАСЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ КЕРАТИНА ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ДИОКСИДА ТИТАНА В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛОКОН ШЕРСТИ В КАЧЕСТВЕ БИОТЕМПЛАТА

М. Ф. Бутман; Н. Л. Овчинников; Н. М. Виноградов; Н. Е. Гордина; В. К. Иванов

doi:10.6060/rcj.2023673.5

М. Ф. Бутман ИГХТУ
Н. Л. Овчинников ИГХТУ
Н. М. Виноградов ИГХТУ
Н. Е. Гордина ИГХТУ
В. К. Иванов Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

DOI: https://doi.org/10.6060/rcj.2023673.5

Ключевые слова: биотемплат, шерсть, кератин, вторичная структура, гидротермальный синтез, диоксид титана

Аннотация

В работе обсуждается экспериментальный результат, связанный с вероятным наследованием вторичной структуры полипептидной цепи кератина шерсти, использовавшейся в качестве биотемплата, диоксидом титана как результат топохимической реакции и зародышеобразования в процессе кристаллизации в гидротермальных условиях при насыщении волокон овечьей шерсти раствором, содержашим гидроксокомплексы титана. Образцы нативной шерсти, гибридного материала шерсть-TiO₂ и кристаллических порошков TiO₂ охарактеризованы методами дифракции рентгеновского излучения, ИК-спектроскопии, термического анализа (ДСК и ТГ), сканирующей электронной микроскопии. В рентгеновских исследованиях обнаружено, что характерные для вторичной структуры шерсти (содержащей α-спиральные и b-складчатые конфигурации кератина) диффузные гало при 2q = 8.7^ои 19.6^о сохраняются как для гидротермально пропитанной шерсти, так и после ее отжига при 600^оC и 800^оC, но со смещением в сторону меньших углов 2q = 6.3^о и 13.2^о. Это указывает на растяжение кератиновых волокон в процессе гидротермальной обработки, с одной стороны, и свидетельствует о том, что домены вторичной структуры биотемплата сохраняются и в отожженных образцах, представляющих смесь хорошо закристаллизованных фаз анатаза и рутила, с другой стороны. Интерпретация данного эффекта основана на предположении о том, что центры кристаллизации TiO₂ располагаются по ходу витков α-спирали или складок b-структуры и их пространственное расположение является в определенном смысле репликой данных структур, а зародышеобразование обусловлено взаимодействием мономерных форм гидроксокомплексов титана с карбонильными и карбоксильными группами полипептидной цепи с дальнейшим ростом кристаллитов анатаза и рутила по реакциям оляции/оксоляции в гидротермальных условиях.

Литература

Liu Y., Goebl J., Yin Y. Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. N 7. P. 2610–2653. DOI: 10.1039/c2cs35369e.

He J., Zhang L., Jin L., Liu B. Front. Chem. 2018. V. 7. N 22. DOI: 10.3389/fchem.2019.00022.

Yan J., Zhao Y., Wang X., Xia S., Zhang Y., Han Y., Yu J., Ding D. iScience. 2019. V. 15. P. 185–195 DOI: 10.1016/ j.isci.2019.04.028.

Martakov I.S., Torlopov M.A., Krivoshapkina E.F., Demin V.A., Krivoshapkin P.V. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika. 2016. N 6. P. 17–21. (in Russian).

Jia C., Xu Z., Luo D., Xiang H., Zhu M. Adv. Fiber Mater. 2022. V. 4. P. 573–603. DOI: 10.1007/s42765-022-00133-y.

Teptereva G.A., Chetvertneva I.A., Movsumzade E.M., Se-vastyanova M.V., Baulin O.A., Loginova M.E., Pakhomov S.I., Karimov E.H., Egorov M.P., Nifantyev N.E., Evstigneev E.I., Vasiliev A.V., Voloshin A.I., Nosov V.V., Dokichev V.A., Fakhreeva A.V., Babaev E.R., Rogovina S.Z., Berlin A.A., Kolchina G.Y., Voronov M.S., Staroverov D.V., Kozlovsky I.A., Kozlovsky R.A., Tarasova N.P., Zanin A.A., Krivobo-rodov E.G., Karimov O.K., Flid V.R. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64 N 9. C. 4–121. DOI: 10.6060/ivkkt.20216409.6465.

Tong Z., Jiang Y., Yang D., Shi J., Zhang S., Liu C., Jiang Z. RSC Adv. 2014. V. 4. P. 12388–12403. DOI: 10.1039/ c3ra47336h.

Kochkina N.E., Agafonov A.V., Vinogradov A.V., Karasev N.S., Ovchinnikov N.L., Butman M.F. Acs sustainabl chem. and eng. 2017. V. 5. N 6. P. 5148–5155. DOI: 10.1021/ acssuschemeng.7b00504.

Butman M.F., Ovchinnikov N.L., Zinenko N.V., Kochkina N.E., Sergeev D.N., Müller M. Catalysts. 2020. V. 10. N 5. P. 541. DOI: 10.3390/catal10050541.

Butman M.F., Kochkina N.E., Ovchinnikov N.L., Krämer K.W. Molecules. 2021. V. 26. N 11. P. 3399. DOI: 10.3390/ molecules26113399.

Opra D.P., Sokolov A.A., Sinebryukhov S.L., Tkachenko I.A., Ziatdinov A. M., Gnedenkov S. V. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 66. N 1. P. 73–83. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6666.

McKittrick J., Chen P.Y., Bodde S.G., Yang W., Novitskaya E.E., Meyers M.A. JOM. 2012. V. 64 N 4. P. 449–468. DOI: 10.1007/s11837-012-0302-8.

Das D., Das S. Woodhead publishing. 2022. P. 13–32.

Wang B., Yang W., McKittrick J., Meyers M.A. Prog. Mater Sci. 2016. V. 76. P. 229–318. DOI: 10.1016 / j.pmatsci. 2015.06.001.

Novoradovskaya T.S., Sadova S.F. Legpromizdat M. 1986. P. 200. (in Russian).

Sheromova I.A. Tekstil'nye materialy: poluchenie, stroenie svojstva, Izdatel'stvo VGUES, Vladivostok. 2006. P. 220. (in Russian).

Stepanova T., Kuvaeva E,. Kolobov, M.. Russ. Chem. J. 2022. 66 (1). P. 24-28. DOI: 10.6060/rcj.2022661.4.

Popescu C., Hocker H. Chem. Soc. Rev. 2007. V. 36. P. 1282–1291. DOI: 10.1002/chin.200742268.

Nikiforova T.E., Kozlov V.A., Sionihina A.N. Fizikohimiya poverhnosti i zashchita materialov. 2019. V. 55. N 5. P. 496–506. (in Russian). DOI: 10.1134/S0044185619050188.

Simoniča M., Fluchera V., Luxbachera T., Veseld A., Zem-ljič L.F. Journal of natural fibers. 2022. V. 19. N 16. P. 14490–14503. DOI: 10.1080/15440478.2022.2064401.

Taddei P., Monti P., Freddi G., Arai T., Tsukada M. J. Mol. Struct. 2003. V. 650. N 10. DOI: 10.1016/s0022-2860(02)00 663-4.

Zhang H., Zhu H. Journal of The Textile Institute. 2012. V. 103. N 10. P. 1108–1115. DOI: 10.1080/00405000.2012.660759.

Zhang H., Sun R., Wu H., Mao N. Nanotechnology. 2018. V. 29. N 29. DOI: 10.1088/1361-6528/aac1b3.

Chen W., Zhang H., Chen T., Yang L., Wu H., Tong Z., Mao N. Nanotechnology. 2021. V. 32. N 2. DOI: 10.1088/1361-6528/abbcab.

Sterte J. Clays and clay miner. 1986. V. 34. N 6. P. 658–664. DOI:10.1346/CCMN.1986.0340606.

Meredith R. Interscience Publishers. New York. 1956. P. 333.

Rao D.R., Gupta V.B. J. Appl. Polym. Sci. 1992. V. 46. N 6. P. 1109–1112. DOI: 10.1002 /app.1992.070460620.

Niu M., Liu X., Dai J., Hou W., Wei L., Xu B. Spectrochimica acta part a: Molecular and biomolecular spectroscopy. 2012. V. 86. P. 289–293. DOI: 10.1016/j.saa.2011.10.038.

Zavadskij A.E. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2012. V. 55. N 7. P.73-76. (in Russian).

Aluigi A., Zoccola M., Vineis C., Toni C., Ferrero F., Canetti M. Int. J. Biol. Macromol. 2007. V. 41. N 3. 266–273. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2007.03.002.