Structure and dynamics of gold nanoparticles decorated with chitosan–gentamicin conjugates: ReaxFF molecular dynamics simulations to disclose drug delivery

文献情報

出版日 2019-05-30
DOI 10.1039/C9CP02357G
インパクトファクター 3.676
著者

Susanna Monti, Jiya Jose, Athira Sahajan, Nandakumar Kalarikkal, Sabu Thomas


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要旨

With the aim of designing an efficient procedure for producing biocompatible drug delivery systems based on nanoparticle carriers for in situ controlled antibiotic release, we have defined a novel computational approach resorting to a reactive force field capable of realistically describing hybrid systems. The modeling procedure was focused on well-known components, namely gold nanoparticles, citrate, chitosan and gentamicin, and the experiments tuned on purpose. On the one hand, gold nanoparticles were synthesized, fuctionalized with chitosan, loaded with gentamicin and characterized by means of transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), UV-visible (UV-vis) spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). On the other hand, an effective model of a functionalized gold nanoparticle was created and its structure and dynamics were explored by classical reactive molecular dynamics simulations in solution based on the ReaxFF atomistic description. The structure, dynamics and drug release were reproduced realistically disclosing the motion of all the molecular components, their adsorption on the metal support, desorption, intermolecular interactions and self-assembly. The system size was very close to the experimental conditions and all the calculations could efficiently identify the most probable binding modes, the locations of the adsorbed molecules, the characteristic arrangements of the chains and the effects due to the surrounding environment. The role played by the substrate and water molecules in the releasing process was described in detail. In line with the literature it was found that the antibiotic activity was preserved and the drug release from the carrier could be tuned by changing the chitosan/getamicin weight ratio and the deposition pattern of the adsorbed layers.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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