Синтез та дослідження нанокомпозитів на основі полі (2-гідроксиетилметакрилату) для
Анотація
Передумови
Гідрогелі на основі полі (2-гідроксиетилметакрилату) (PHEMA) цікаві для застосування в медицині завдяки своїй хімічній, біохімічній та гідролітичній стабільності [1], високій проникності для кисню та водорозчинних сполук, включаючи метаболіти, через полімерну мережу [ 2, 3], їх стабільність форми та біосумісність [4]. Гідроксильні та карбонільні групи на кожному мономерному ланцюзі PHEMA визначають його гідрофільні властивості, тоді як гідрофобні α-метильні групи та карбоновий каркас забезпечують стійкість до гідролізу та механічну міцність полімерної матриці [5].
Існує велика кількість усталених методів синтезу гідрогелів PHEMA, таких як кополімеризація [6], ініційована радіацією полімеризація [7] та радикальна полімеризація шляхом перенесення атомів [8] тощо. Вони призводять до утворення перехресних пов'язані мережі або переплетені лінійні гомополімери, лінійні сополімери або напівпроникні мережі (IPN) [9].
З метою підвищення стабільності та механічних властивостей PHEMA та збереження її гідрофільності було запропоновано синтез IPN цього полімеру з поліуретаном (PU) [12]. Введення у змішану матрицю PU/PHEMA спеціальних наповнювачів, зокрема нанорозмірного діоксиду кремнію з біологічно активними сполуками (BAC), який іммобілізований на його поверхні, дозволяє створювати композити зі специфічними фармакологічними властивостями [13]. Адсорбційна модифікація випаровуваної нанокремнезему дозволяє перетворити BAC у високодисперсний стан та отримати їх моно- та багатомолекулярні шари на поверхні наночастинок [14]. Такий підхід значно уповільнює міграцію ВАС у полімерній матриці та створює умови для їх осадження. Було встановлено, що композити на основі IPN PU/PHEMA нетоксичні, не викликають ніяких місцевих запальних реакцій та мають антимікробні властивості [15].
Метою даної роботи є синтез матеріалів на основі PHEMA з контрольованим вивільненням BAC. Були використані наступні способи синтезу: наповнення нанокремнідом, який модифікується BAC, створення IPN PU/PHEMA, утворення пір водою як порогеном та поєднання перерахованих методів. У цьому дослідженні морфологію підготовлених матеріалів досліджували методами лазерної скануючої мікроскопії (LSM) та низьковокуумної скануючої електронної мікроскопії (LVSEM). Взаємодія PHEMA з наносилидом та адсорбція BAC на поверхні кремнезему вивчали за допомогою ІЧ та видимої спектрофотометрії. Вивчено особливості термоокислювального руйнування композитів методом диференціальної термогравіметрії (DTG)/диференціального термічного аналізу (DTA) та вивільнення BAC із композитів у водне середовище.
Методи
Наступні матеріали були синтезовані для структурних та фармакокінетичних досліджень (Таблиця 1).
Нанокомпозити NoNo 6–9 на основі PU або IPN 83% PU/17% PHEMA були синтезовані спільними зусиллями співробітників Інституту хімії високомолекулярних речовин та Інституту хімії поверхні ім. Чуйка НАН України [12, 14]. Зразки мали форму плівок товщиною 1 мм.
Пористу структуру матеріалу після набухання у водному середовищі досліджували за допомогою конфокального лазерного мікроскопа LSM 510 META (Carl Zeiss, Німеччина) зі збільшенням × 600. Морфологію зразків вивчали за допомогою скануючого електронного мікроскопа Nova NanoSEM 450 (FEI, Німеччина) з електронним джерелом емісійного поля Шотткі та низьковакуумним детектором SED (LVD). Перед їх дослідженням гідрогелі (зразки NoNo 10–13) висушували ліофільно у вакуумі протягом 24 годин за допомогою установки Сушарка для заморожування CoolSafe 110-4 PRO (Данія) при температурі -110 ° C.
Розмір пор у зразках розраховували за допомогою аналізатора BET BELSORP-mini II (Японія).
ІЧ-спектри вихідної ФЕМИ та продукти її взаємодії з нанокремнідом (композит No 13) реєстрували на спектрофотометрі Specord M80 (Carl Zeiss, Єна, Німеччина). Для цього зразки диспергували в агатовому розчині, змішували з KBr (Aldrich) у співвідношенні 1:50 і пресували в пластини розміром 5 × 20 мм.
За допомогою адсорбційного методу досліджували взаємодію ГЕМА з поверхнею наносиліка у водному середовищі. Рівноважну концентрацію HEMA у розчині визначали методом зворотної спектрофотометрії після окислення дихроматом калію, λ = 440 нм [17]. Для вивчення їх адсорбції на наносилиці використовували різні спектрофотометричні методи визначення концентрації BAC у розчині (див. Нижче).
Для вивчення кінетики вивільнення BAC зразки нанокомпозитів диспергували у дистильованій воді та вимірювали концентрацію виділеної речовини в середовищі через регулярні інтервали часу. Концентрацію іонів Zn 2+ та Ag + визначали екстракційно-фотометричним методом, заснованим на реакції дитизону в кислому середовищі [18, 19]. Вміст метронідазолу вимірювали в максимумі поглинання при довжині хвилі 318 нм. Концентрацію декаметоксину визначали фотоколориметричним методом, заснованим на реакції еозину [20]. Амінокислоти визначали методом нінгідрину [17]. Швидкість набухання нанокомпозитів розраховували як відношення збільшення маси зразка (у процесі набухання) до початкової маси і виражали у відсотках.