Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Твердофазное модифицирование хитозана мономерными и полимерными гидроксикарбоновыми кислотами : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.06

Год: 2013

Номер работы: 2316

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Изучение изменений в органических веществах под действием механических нагрузок, начатое Бриджменом в 1935 г. привело к появлению отдельной и перспективной области исследований - механохимии органических веществ [1]. За более чем 70-ти летнюю историю механохимии были сформулированы основные принципы и закономерности протекания реакций как неорганических, так и органических, в т.ч. высокомолекулярных веществ [2-11]. В отличие от классических растворных технологий механохимический подход к мод

Из совокупности литературных данных, посвященных разработке твердофазных методов синтеза органических соединений, можно выделить механосинтез низкомолекулярных органических соединений. В обзоре А.В. Душкина суммированы данные об основных реакциях, изученных на наковальнях Бриджмена и мельницах различного типа: циклизация, окисление, образование сложных эфиров, нейтрализация Детальный кислот, обзор синтез галогенпроизводных, посвященной ацилирование [16-17]. литературы, механохимиче

Хитин - поли-Р-2-ацетоамидо-2-дезокси-Б-глюкопираноза - является органическим веществом, находящимися в наибольшем количестве в составе экзоскелета большинства классов беспозвоночных животных, таких как членистоногие, моллюски и кольчатые черви [39]. Впервые хитин был выделен Брэкконом [40] из грибов 200 лет назад. Хитин является вторым по распространенности полисахаридом после целлюлозы, хотя и обладает большим структурным разнообразием. Хитин получается в процессе биосинтеза, происх

Наличие реакционноспособных функциональных групп позволяет проводить разнообразные химические реакции и таким образом усиливать присущие хитозану свойства или придавать новые. Хитозан обладает двумя гидроксильными группами (вторичной у С-3 и первичной у С-6), что обеспечивает возможность получения простых и сложных эфиров [47]. Также, в отличие от исходного хитина, хитозан с низкой степенью ацетилирования имеет первичные аминогруппы практически в каждом звене, что делает возможным получен

Молочная (2-гидроксипропановая) кислота - СН3СН(ОН)СООН - содержит асимметрический атом углерода и может существовать в виде двух оптически активных энантиомеров (D(R)и

Ц8)-форм) и оптически неактивной рацемической смеси. Существуют два основных метода получения молочной кислоты: ферментативный и, менее распространенный, синтетический [84]. При ферментативном подходе, обе формы энантиомеров могут быть получены в процессе бактериального брожения углеводов, при этом, тип используемой кул

1.3. Получение материалов на основе хитозана и их применение в регенеративной медицине В литературе представлен целый класс работ, посвященных получению матриксов для тканевой инженерии на основе хитозана и сложных полиэфиров. Согласно официально принятой терминологии к матриксам относят материалы, обеспечивающие платформу для роста клеток и/или транспортировки как клеток, так и биологически активных веществ, способствующих регенерации тканей [102]. Таким образом, матриксы должны обладать дос

2,2-Бис(гидроксиметил)пропионовую кислоту (БГМПК) фирмы «Merck- Schuchardt» (Германия) для синтеза, с содержанием карбоксильных групп более 99% и Тш = 159°С применяли без дополнительной очистки. LyD-лактид - цис-(±)-3,6-диметил-1,4-диоксан-2,5-дион - фирмы «PURAC Biochem» (Голландия) с Гпл = 124-128°С использовали без дополнительной очистки. Аморфно-кристаллический поли(ЦЬ-лактид)

1.6 X 10 , ГПл = 165°С и поли(лактид-со-гликолид) с молекулярной массой (ММ) фирмы «Boehringer Ingelheim»

ДСК-термограммы, записанные для образца исходного хитозана в негерметичном тигле: 1 — первое нагревание, 2 - охлаждение, 3 - повторное нагревание. Желатин пищевой марки П-9 (Россия) использовали без дополнительной очистки. Растворители (хлороформ, хлористый метилен, этанол, ацетон) марок «хч» и «осч» использовали без дополнительной очистки.

Процесс твердофазного синтеза осуществляли в опытно-промышленном двухшнековом экструдере с однонаправленным вращением шнеков «Berstorff ZE40» (Германия) с диаметром шнеков 40 мм и контролируемым нагревом зон. Элементы шнека экструдера, использованные при подготовке образцов, и их количество представлены в таблице

Таблица

Набор элементов шнека экструдера1. Обозначение элемента Транспортирующие элементы 30/15 40/20 60/30 Месительные (кулачковые) элементы EAZ-KB 50/45 EAZ-KB 50/90 9 2 4 3 2 Количество Элементы располагали в следующем порядке: 3x40/20; 3xEAZ-KB 50/45; 1х EAZ-KB 50/90; 6xEAZ-KB 50/45; lxEAZ-KB 50/90; 2x30/15; 2x60/30; 2x30/15 Процесс проводили при загрузке материала вручную при вращении ' Перед обозначением элемента стоит их количество в наборе. Дробям: 60/30, 40/20 и 30/15 - соответствуют двуза

3.1. Смеси хитозана иБГМПК В качестве модельного объекта для изучения возможностей твердофазного синтеза при модифицировании хитозана гидроксикислотами получены смеси хитозана и БГМПК (образцы с маркировкой ХБ). Условия соэкструдирования смесей представлены в таблице

2.2. Скорость вращения шнеков экструдера составляла 60-100 об/мин, время пребывания образца в зоне деформирования 5-10 мин. Реакционное смешение хитозана и БГМПК при комнатной температуре проводили при эквимольном соотнош

3.2 Смеси хитозана uL,D-naKmuda Твердофазный синтез ацилированных Ь,Б-лактидом производных хитозана и полимеризацию лактида с раскрытием цикла в присутствии хитозана осуществляли путем соэкструдирования хитозана и Ь,Б-лактида (маркировка образцов -

ХЛ) при различных соотношениях компонентов и температурах обработки. Условия проведения процессов представлены в таблице

2.3. Скорость вращения шнеков экструдера составляла 80-100 об/мин, время пребывания образца в зоне деформи

Для получения образцов смесей хитозана и сложных полиэфиров варьировали как природу полиэфира (аморфно-кристаллический поли(Ь,Ь-лактид) или аморфный поли(лактид-со-гликолид)), так и условия проведения синтеза: соотношение компонентов и температуру соэкструдирования (таблица

2.4). Образцы получали реакционным смешением компонентов в экструдере при массовом соотношении компонентов хитозан : поли(Ь,Ь-лактид) равном 40 : 60 и 60 : 40 (маркировка образцов -

ХП); хитозан : поли(

На основе немодифицированного хитозана и его N-ацилированных БГМПК и Ь,Б-лактидом производных (образцы ХБ-3 и ХЛ-4) были сформованы макропористые полимерные гели кристаллизационного типа, образующиеся в результате замораживания концентрированных растворов полимеров, сушки под вакуумом в замороженном состоянии и последующей термической обработки. Для получения гидрогелей с порами достаточного для диффузии питательных веществ и роста клеток размера, выбрана оптимальная схема получения образцов

Пленки из ацилпроизводных хитозана (ХБ-1, ХЛ-4) формовали методом полива 5%-ных водных растворов смесей после фильтрования через эфироцеллюлозный фильтр с диаметром пор

0.8 мкм на чашку Петри из полистирола. Сушили при комнатной температуре в течение 24 ч в беспылевом шкафу. Пленки из смесей хитозана и сложных полиэфиров формовали двумя методами: горячим прессованием или методом сухого формования из растворов. Методом формования из расплава были получены пленки из смесей ХП-40/60-50, Х

3.6. Микрои шшоволокна Нетканые волокнистые материалы из стабильной в хлороформе фракции коллоидного раствора образца ХЖП-100 получали методами фильерного и бесфильерного электроформования. Навеску образца ХЖП-100 растворяли в хлороформе (10 мас.%) в течение 2-х часов при постоянном перемешивании на магнитной мешалке, выдерживали в течение 2-х суток при комнатной температуре; отбирали стабильную в хлороформе фракцию. Электропроводность раствора регулировали ПАВа до уровня 1x10" 5). Ом

Биодеградируемые сферические микроносители являются одним из наиболее перспективных видов матриксов для тканевой инженерии. Большая площадь поверхности для роста клеток,

введение в поврежденную ткань без хирургических операций и возможность предварительного культивирования определенных клеточных линий для дальнейшего роста заданного типа ткани являются наиболее важными их преимуществами. По классической технологии подобные микрочастицы получают методом «масло в воде» с последующим исп

2.2.1 Фракционирование продуктов твердофазного синтеза Фракционирование N-ацилированных производных хитозана в водной среде проводили следующим образом. Предварительно высушенную навеску образца (1-2

г) в течение 2 ч растворяли в 70 мл деионизованнои воды при постоянном перемешивании. Нерастворимую часть отделяли центрифугированием, дополнительно промывали деионизованнои водой, сушили из замороженного состояния в вакууме. Растворимую в воде фракцию осаждали 5%-ным NH4OH, контролируя зн

В качестве одного из основных методов структурного анализа продуктов реакционного смешения использовалась инфракрасная спектроскопия, основанная на данных о поглощении излучения различных длин волн веществом. Прохождение ИК-излучения сопровождается его поглощением на частотах, совпадающих с частотами колебательных или вращательных движений молекул, что выражается снижением интенсивности при данной частоте, т.е. образуется полоса поглощения [120]. ИК-фурье-спектроскопия - максимально приемлем

2.2.3. Гель-проникающая хроматография Исследования изменения молекулярной массы исходных компонентов после соэкструдирования в условиях твердофазного синтеза проводили методом гельпроникающей хроматографии, основанной на изменении скорости движения макромолекул вместе с подвижной фазой (элюэнтом) через поры неподвижной фазы (колонку). Увеличение молекулярной массы приводит к снижению времени прохождения через колонку за счет исключения задержки при прохождении через поры меньшего диаметра [

2.2.4. Дифференциальная сканирующая калориметрия Состояние реакционных систем после деформирования в разных условиях (соотношение реагентов, температура обработки, наличие дополнительной термической обработки) изучали методом анализа ДСК нативных смесей. Исследование температурных переходов в продуктах реакционного смешения позволяет проследить изменения в надмолекулярной структуре образцов (фазовые переходы) и идентифицировать наличие пост-реакций в смесях. Метод основан на измерении энер

2.2.5 Рентгеноструктурный анализ Структурные изменения, происходящие в полимерах под действием давления со сдвигом в ходе твердофазного реакционного смешения, исследовали также рентгенографическим методом. В работе исследовали пленочные образцы, полученные из смесей хитозана и аморфно-кристаллического поли(Ь,Ь-лактида) формованием из расплава, после отжига и закаливания быстрым охлаждением. Рентгенограммы в больших углах рассеяния регистрировали на дифрактометре D8 фирмы "Brucker"

Элементный анализ, основанный на предварительном разложении образца в атмосфере кислорода, аммиака и др. до конечных продуктов, пригодных для дальнейшего анализа различными химическими методами (чаще всего используется хроматография), позволяет определить состав полимера. При сжигании образца, состоящего только из атомов углерода, водорода и кислорода образуется только С 0 2 и Н 2 0, однако, если полимер содержит другие атомы, например азот, то в продуктах сгорания присутствуют оксиды азота.

2.2.7. Потенциометрическое титрование Степень ацилирования аминогрупп хитозана растворимых фракций продуктов реакционного смешения хитозана с мономерной гидроксикислотой (БГМПК) и циклическим димером молочной кислоты (Ь,0-лактид) определяли потенциометрическим титрованием на универсальном иономере ЭВ-74. Навеску исследуемого образца

0.05-

0.1 г, взятую с точностью

0.0002 г, растворяли в 6-8 см

0.1 М раствора соляной кислоты при перемешивании в течение 1 ч. Ти

2.2.8. Определение сорбционныххарактеристик Степень равновесной сорбции паров воды пленками и порошкообразными фракциями ацилпроизводных хитозана определяли по следующей формуле: c = ^-*Vv x l 0 0 % где т * - масса образца после сорбции паров воды в течение недели в т<1гу эксикаторе при комнатной температуре; - масса сухого образца (сушка в вакуумном термошкафу при 60°С в течение 2 ч). Кинетику определяли и степень равновесного набухания образцов гидрогелей мм), весовым методом.

2.2.9. Динамическое светорассеяние В методе динамического светорассеяния рассеянное частицами излучение регистрируется под разными углами с помощью высокочувствительного многоэлементного кремниевого детектора - фотодиодной матрицы. Излучение • 54 полупроводниковых лазеров с помощью линзы фокусируются в плоскость детектора, проходя при этом через измерительную кювету, в которой находится анализируемый образец. При наличии в кювете частиц наблюдается рассеяние света (дифракция). Индикатри

Для проведения более детальных исследований поведения смесей хитозана со сложными полиэфирами в органических растворителях проводили ультразвуковую обработку с использованием лабораторного диспергатора CUD-500 производства фирмы Criamid ультразвукового (Москва, Россия). Технические характеристики диспергатора CUD-500 приведены в таблице: Потребляемая мощность, не более Выходная мощность Полезная мощность 300(±20%) Вт 250 Вт 80 ± 5 Вт

20.0 ±

0.6 КГц Частота выходного напряже

Исследования органических образцов методом ПМР основано на взаимодействии ядра 'Н с внешним магнитным полем. В зависимости от окружения ядра атомов в молекуле наблюдается сдвиг сигнала по отношению к сигналу стандартного вещества, что позволяет определить структуру молекулы. Исследования образцов смесей хитозана и сложных полиэфиров проводили по следующей методике: навеску образца («10

мг) в течение 2-х часов растворяли в 600 мкл CDC13 и проводили исследования на установке Bruker

2.2.12. Термический механический анализ Термомеханический анализ основан на измерении размера и объема образцов в зависимости от температуры, что позволяет исследовать фазовые переходы и дает представление о структуре полимера [125]. Измерения проводили на анализаторе Perkin-Elmer ТМА-7, предварительно калиброванном по температурам плавления металлических In и Zn. Для измерений использовали цилиндрический кварцевый зонд (диаметром 3

мм) с плоским наконечником. Из порошкообразных обра

2.2.13. Механические испытания Физико-механические свойства пленок изучали путем нагружения образцов до разрушения. Механические испытания пленочных материалов проводили на универсальной разрывной машине AG-E (Shimadzu, Япония) при скорости 1 мм/мин. Перед проведением испытаний все пленки выдерживали в эксикаторе при постоянной влажности 44% над насыщенным раствором К2СОз в течение недели.

Пленочные образцы, полученные методом формования из расплава смесей хитозана и поли(Ь,Ь-лактида), обрабатывали исследований ИФХЭ в РАН лаборатории структурноплазмы морфологических кислородом высокочастотного тлеющего разряда. Пленочный образец помещали в камеру вакуумного поста внутри катушки контура высокочастотного генератора. При достижении необходимого давления в камере зажигался тлеющий разряд, который взаимодействовал с поверхностью образца. При этом различные элементы структуры пол

2.2.15. Сканирующая электронная микроскопия Исследование морфологии пленочных образцов, полученных прессованием при 180°С, из смесей хитозана и сложных полиэфиров проводили на предварительно обработанных в плазме образцах с помощью Philips ЕМ-301 в лаборатории структурно-морфологических исследований ИФХЭ РАН. Морфологию гидрогелей в сухом состоянии, поверхность пленок из ХЖП и из водных растворов ацилпроизводных хитозана исследовали на растровом электронном микроскопе JSM-5300LV фирмы &

2.2.16. Конфокальная лазерная сканирующая микроскопия Для анализа морфологии гидрогелей из хитозана и его ацилпроизводных использовали конфокальную микроскопию, основанную на исследовании структуры окрашенных срезов образцов. Набухшие в полифосфатном буфере образцы гидрогелей инкубировали в 500 мкл раствора синего флуоресцентного красителя DAPI (1 мкМ, 5 минут), который равномерно окрашивал внутреннюю поверхность образца. Под действием излучения лазерного диода (405 нм), иммобилизованный в

Ферментативный гидролиз лизоцимом - неспецифическим протеолитическим ферментом, присутствующим во всех тканях организма, является основным фактором, обеспечивающим in vivo деградацию хитозана [41]. Исследования скорости ферментативного гидролиза образцов гидрогелей в присутствии лизоцима проводили весовым методом в лаборатории полимеров для биологии ИБХ РАН. Образцы гидрогелей (5

мг) стерилизовали в автоклаве (121 °C, 30 мин) и помещали в стерильный раствор лизоцима (2 мг/мл) в

2.2.18. Гониометрические измерения Свойства поверхности пленок, полученных методом сухого формования из образца ХЖП-100, а также модельных пленок из немодифицированных полимеров исследовали путем измерения контактных углов смачивания (в) для лежащей капли с помощью гониометрического метода. Измерения проводили с использованием Easy Drop DSA100 (KRUSS, Германия) и программного обеспечения Drop Shape Analysis V.

1.90.

0.14 по двум рабочим жидкостям - воде (деионизованной) и глице

слоя (до 10

нм) Исследование состава и структуры поверхностного пленочных образцов проводили методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии, основанном на распределении энергии электронов, испускаемых веществом, которое подверглось воздействию рентгеновских лучей. Спектры получали с помощью прибора LAS - 3000 фирмы "Riber", оснащенного полусферическим анализатором с задерживающим потенциалом ОРХ-150. Для возбуждения фотоэлектронов использовали рентгеновское излучение алюмин

2.2.20. Измерение поверхностного потенциала Измерение электретного потенциала проводили компенсационным методом динамического конденсатора с помощью установки, разработанной в лаборатории термостойких полимеров ИСПМ РАН (рис.

2.2.) [130]. 1 - электромагнит, 2 - вибрирующий электрод, 3 - нижний электрод, 4 измеряемый образец, 5 резиновые прокладки, 6 - винт перемещения нижнего электрода, 7 - микровинт, 8 - усилитель, 9 генератор, 10 - селективный усилитель, 11 осциллограф, 12 - высоков

3.1. Взаимодействие хитозана и 2,2бис(гидроксиметил)пропионовой кислоты в условиях твердофазного синтеза В качестве модельного объекта для изучения возможностей твердофазного синтеза при модифицировании хитозана мономерными и полимерными гидроксикарбоновыми кислота кислотами (БГМПК). и выбрана Наличие в 2,2-бисструктуре (гидроксиметил)пропионовая БГМПК двух гидроксильных групп стерически затрудненной карбоксильной группы делает ее интересным модельным объектом для изучения взаимодейств

3.2. Твердофазное модифицирование хитозана Ь,Б-лактидом Второе направление работы связано с исследованием возможностей твердофазного синтеза в экструдере производных хитозана с привитыми лактидными цепями различной длины. Одним из подходов получения привитых сополимеров хитозана с короткими боковыми цепями лактида является полимеризация лактида с раскрытием цикла в присутствии хитозана. Литературный обзор показал, что проведение подобного модифицирования по жидкофазным технологиям состоит из

Для способных получения придать высокомолекулярных хитозану возможность привитых цепей в полилактида, органических растворяться растворителях, хитозана проведено исследование продуктов реакционного смешения обзоре, плохая с полиэфирами. Как показано в литературном растворимость полисахаридов, невозможность их переработки в расплаве, а также низкая совместимость синтетических и природных полимеров ограничивают способы создания композиционных материалов на их основе. Смешение в условиях тв

Гидрогели на основе биосовместимых полимерных материалов интересны для применения в самых различных областях, особенно в качестве материалов биотехнологического и биомедицинского назначения, например, как носители иммобилизованных ферментов и клеток и как матриксы замещаемых имплантатов [134]. Одним из наиболее распространенных методов получения макропористых гидрогелей является замораживание концентрированных растворов полимеров, которое формирует сеть взаимопроникающих пор, обеспечивающих с

Структуру и свойства пленочных материалов из водных растворов Nацилированного БГМПК или Ь,0-лактидом хитозана исследовали в сравнении с пленками из растворов исходного полимера в уксусной кислоте - традиционном для хитозана растворителе. Пленки, полученные методом полива из водного раствора производных, в отличие от модельных пленок из немодифицированного хитозана обладают плотной и однородной структурой (рис.

3.4.5). Рис.

3.4.5. Микрофотографии поверхности пленок: {слева) - из

Волокнистые нетканые материалы, полученные различными методами электроформования, состоят из хаотично расположенных микрои нановолокон (рис.

3.4.11). Использование высококонцентрированных растворов (15 мас.%) исходного поли(Ь,Ь-лактида) и композита хитозан/желатин/поли(Ь,Ь-лактид) (ХЖП-100) при фильерном электроформовании приводит к образованию микроволокон со средним диаметром 4201170 нм и 450±230 нм, соответственно (рис.

3.4.11, а, б). При этом морфология поверхности микроволок