Studies of kinetic models and adsorption isotherms: application on the interaction of insulin with synthetic hydroxyapatite
Description
The non-stoichiometric, calcium-deficient hydroxyapatite was prepared through a low-temperature from aqueous solutions method and characterized using Physico-chemical methods. The potential of this hydroxyapatite to adsorb and release insulin from aqueous solutions was evaluated under physiological conditions. The effect of contact time and initial concentration were studied in batch experiments. The adsorption rate reached up to 81±5% in the first half-hour of contact, while the release rate of insulin incubation was about 41 ± 5% after 1 hour. The pseudo-first-order, pseudo-second-order, Elovich equation, Weber and Morris intraparticle diffusion model and Bangham's pore diffusion model were applied to study the kinetics of the adsorption process. The pseudo-second-order kinetic model provided the best correlation R2(0.998) of the used experimental data compared to the other models. The adsorption of insulin onto hydroxyapatite was correlated well R2(0.998) with the Langmuir model as compared to Freundlich, Temkin and Dubinin–Kaganer–Radushkevich (D-K-R) models, with a maximum adsorption capacity of 24.46 mg/g. The isotherms parameters values of ΔG0, b_t and E show that the adsorption process is favorable, spontaneous, exothermic, and controlled by physisorption. The point of zero charge (pHZPC) of hydroxyapatite and the isoelectric point (pI) of insulin indicate that the interaction of insulin molecules with prepared apatite can be well described as an ions exchange reaction.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تم تحضير الهيدروكسيباتيت غير المتكافئ الذي يعاني من نقص الكالسيوم من خلال درجة حرارة منخفضة من طريقة المحاليل المائية وتميزه باستخدام طرق فيزيائية كيميائية. تم تقييم إمكانات هذا الهيدروكسي أباتيت لامتصاص وإطلاق الأنسولين من المحاليل المائية في ظل الظروف الفسيولوجية. تمت دراسة تأثير وقت التلامس والتركيز الأولي في تجارب الدُفعات. وصل معدل الامتزاز إلى 81±5 ٪ في أول نصف ساعة من التلامس، في حين كان معدل إطلاق حضانة الأنسولين حوالي 41 ± 5 ٪ بعد ساعة واحدة. تم تطبيق نموذج الانتشار داخل الجسيمات الزائف من الدرجة الأولى، ومعادلة إلوفيتش من الدرجة الثانية الزائفة، ونموذج الانتشار داخل الجسيمات ويبر وموريس، ونموذج بانغام لنشر المسام لدراسة حركية عملية الامتزاز. قدم النموذج الحركي الزائف من الدرجة الثانية أفضل ارتباط R2 (0.998) للبيانات التجريبية المستخدمة مقارنة بالنماذج الأخرى. ارتبط امتزاز الأنسولين على هيدروكسي أباتيت جيدًا R2 (0.998) بنموذج Langmuir مقارنة بنماذج Freundlich و Temkin و Dubinin - Kaganer - Radushkevich (DK - R)، بقدرة امتصاص قصوى تبلغ 24.46 مجم/جم. تُظهر قيم معلمات متساويات الحرارة ΔG 0 و b_t و E أن عملية الامتزاز مواتية وعفوية وطاردة للحرارة ويتم التحكم فيها عن طريق الامتزاز الفيزيولوجي. تشير نقطة الشحنة الصفرية (pHZPC) للهيدروكسي أباتيت والنقطة الكهروضوئية (pI) للأنسولين إلى أن تفاعل جزيئات الأنسولين مع الأباتيت المحضر يمكن وصفه جيدًا بأنه تفاعل تبادل الأيونات.Translated Description (French)
L'hydroxyapatite non stœchiométrique et déficiente en calcium a été préparée par une méthode à basse température à partir de solutions aqueuses et caractérisée à l'aide de méthodes physico-chimiques. Le potentiel de cette hydroxyapatite à adsorber et à libérer de l'insuline à partir de solutions aqueuses a été évalué dans des conditions physiologiques. L'effet du temps de contact et de la concentration initiale a été étudié dans des expériences par lots. Le taux d'adsorption a atteint jusqu'à 81±5 % dans la première demi-heure de contact, tandis que le taux de libération de l'incubation d'insuline était d'environ 41 ± 5 % après 1 heure. Le modèle de diffusion intraparticulaire du pseudo premier ordre, du pseudo second ordre, l'équation d'Elovich, le modèle de diffusion intraparticulaire de Weber et Morris et le modèle de diffusion interstitielle de Bangham ont été appliqués pour étudier la cinétique du processus d'adsorption. Le modèle cinétique de pseudo second ordre a fourni la meilleure corrélation R2(0,998) des données expérimentales utilisées par rapport aux autres modèles. L'adsorption de l'insuline sur l'hydroxyapatite était bien corrélée R2(0,998) avec le modèle de Langmuir par rapport aux modèles de Freundlich, Temkin et Dubinin-Kaganer-Radushkevich (D-K-R), avec une capacité d'adsorption maximale de 24,46 mg/g. Les valeurs des paramètres isothermes de ΔG0, b_t et E montrent que le processus d'adsorption est favorable, spontané, exothermique et contrôlé par physisorption. Le point de charge nulle (pHZPC) de l'hydroxyapatite et le point isoélectrique (pI) de l'insuline indiquent que l'interaction des molécules d'insuline avec l'apatite préparée peut être bien décrite comme une réaction d'échange d'ions.Translated Description (Spanish)
La hidroxiapatita no estequiométrica y deficiente en calcio se preparó a través de un método de baja temperatura a partir de soluciones acuosas y se caracterizó utilizando métodos físico-químicos. Se evaluó el potencial de esta hidroxiapatita para adsorber y liberar insulina de soluciones acuosas en condiciones fisiológicas. El efecto del tiempo de contacto y la concentración inicial se estudiaron en experimentos por lotes. La tasa de adsorción alcanzó hasta 81±5% en la primera media hora de contacto, mientras que la tasa de liberación de incubación de insulina fue de aproximadamente 41 ± 5% después de 1 hora. Para estudiar la cinética del proceso de adsorción se aplicó el modelo de difusión intraparticular de Weber y Morris, la ecuación de Elovich de pseudo-primer orden, pseudo-segundo orden y el modelo de difusión porosa de Bangham. El modelo cinético de pseudo-segundo orden proporcionó la mejor correlación R2(0,998) de los datos experimentales utilizados en comparación con los otros modelos. La adsorción de insulina en hidroxiapatita se correlacionó bien R2(0,998) con el modelo de Langmuir en comparación con los modelos de Freundlich, Temkin y Dubinin-Kaganer-Radushkevich (D-K-R), con una capacidad de adsorción máxima de 24,46 mg/g. Los valores de los parámetros de isotermas de ΔG0, b_t y E muestran que el proceso de adsorción es favorable, espontáneo, exotérmico y controlado por fisisorción. El punto de carga cero (pHZPC) de la hidroxiapatita y el punto isoeléctrico (pI) de la insulina indican que la interacción de las moléculas de insulina con la apatita preparada puede describirse bien como una reacción de intercambio iónico.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دراسات النماذج الحركية ومتساويات الحرارة الامتزازية: تطبيق على تفاعل الأنسولين مع الهيدروكسيباتيت الاصطناعي
- Translated title (French)
- Etudes des modèles cinétiques et des isothermes d'adsorption : application sur l'interaction de l'insuline avec l'hydroxyapatite synthétique
- Translated title (Spanish)
- Estudios de modelos cinéticos e isotermas de adsorción: aplicación sobre la interacción de la insulina con la hidroxiapatita sintética
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4319864351
- DOI
- 10.5267/j.ccl.2022.11.001
References
- https://openalex.org/W4319864351