AP19679937 – Synthesis and properties of cellulose nanoparticles and hybrid gels based on alginates with tetracycline/CuO nanoparticles

Objective of the project Development of a method for producing a nanohybrid gel based on cellulose nanofibers obtained from rice husks for biomedical purposes, as well as improving the antibacterial and therapeutic properties of the resulting nanohybrid gel by introducing CuO and tetracycline nanoparticles and studying their properties.

Relevance: The relevance of this topic is driven by the increasing demand for effective and biocompatible antibacterial materials in biomedical applications. The utilization of agricultural waste, such as rice husk, contributes to environmental sustainability and the development of green technologies. Nanocellulose-based hybrid materials offer significant potential for advanced wound dressings and tissue regeneration applications.

Scientific supervisor: PhD, Kudaibergenov K.K.

Results obtained:  In this research, microcrystalline cellulose was obtained from rice husk and further converted into nanocellulose via sulfuric acid hydrolysis, followed by the development of NC–alginate–CuO (± tetracycline) hybrid gels. Optimal compositions and synthesis conditions were established, and comprehensive structural, morphological, and physicochemical characterizations were performed. The resulting materials demonstrated high biocompatibility, good mechanical properties, and significant antibacterial activity. The combination of CuO nanoparticles with low-dose tetracycline showed a synergistic effect, enhancing angiogenesis. The developed materials proved promising for wound dressings and biomedical coatings. The technology reached TRL-5 and is recommended for further scaling and preclinical studies.

List of publications with links to them

1. Абдрахманова Л.Е., Рахимова Б.У., Алтынов Е.А., Жантикеев Ұ.Е., Бексейтова Қ.С., Азат С., Құдайбергенов К.К., Дәулетбай А., Нажипкызы М., Мохаммад К. Биомассадан наноцеллюлоза алу және олардың физика-химиялық қасиеттерін зерттеу // ҚР ҰЯО жаршысы. – 2024. – №2. – Б. 56–64. DOI: https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-2-56-64
2. Шамшиденов М.К., Рахимова Б.У., Жантикеев Ұ.Е., Бексейтова Қ.С., Құдайбергенов К.К. Ауылшаруашылық қалдықтардан микрокристалды целлюлоза алу // Экономиканың тұрақты дамуы жағдайындағы минералдық-индустриялық мегакешендегі ресурс үнемдеуші технологиялар: Халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференция еңбектері. – 14–15 наурыз 2024. – Б. 425–427.
3. Абдрахманова Л.Е., Қошанова С.Б., Рахимова Б.У., Алтынов Е.А., Жантикеев Ұ.Е., Бексейтова Қ.С., Құдайбергенов К.К. Биомассадан микрокристалды целлюлоза алу және қасиеттерін зерттеу // Экономиканың тұрақты дамуы жағдайындағы минералдық-индустриялық мегакешендегі ресурс үнемдеуші технологиялар: Халықаралық ғылыми-тәжірибелік конференция еңбектері. – 14–15 наурыз 2024. – Б. 440–442.
4. Altynov Ye., Bexeitova K., Nazhipkyzy M., Azat S., Konarov A., Rakhman D., Sahiner N., Kudaibergenov K. Nanocellulose hydrogels from agricultural wastes: methods, properties, and application prospects // Nanoscale. – 2025. – Vol. 17. – P. 12580–12619. DOI: https://doi.org/10.1039/D5NR00997A
5. Altynov Ye., Rakhimova B., Zhantikeyev U., Bexeitova K., Azat S., Nazhipkyzy M., Kudaibergenov K. Preparation of polymer-based composite films using cellulose derived from agricultural waste // ES Materials and Manufacturing. – 2025. – Vol. 29. DOI: https://dx.doi.org/10.30919/mm1631
6. Шамшиденов М.К., Алтынов Е.А., Рахимова Б.У., Бексейтова Қ., Сейтхан А., Құдайбергенов К.К. Ауылшаруашылық қалдықтан микрокристалды целлюлоза алу және оның негізінде гель-пленкалар дайындау // ҚР ҰЯО жаршысы. – 2025. – №3. – Б. 94–102. DOI: https://doi.org/10.52676/1729-7885-2025-3-94-102
7. Рахимова Б., Алтынов Е., Жантикеев У., Бексейтова К., Азат С., Құдайбергенов К. Получение микрокристаллической целлюлозы из агробиомассы и разработка биополимерных композитных пленок на ее основе // Combustion and Plasma Chemistry. Physics and Chemistry of Carbon and Nanoenergetic Materials: Book of Abstracts of the XVI International Symposium. – Almaty: Daryn, 2025. – 195 p.