Введение к работе
Актуальность темы. Природные и синтетические полимеры широко используются для создания материалов медико-биологического назначения: современных лекарственных форм, сочетающих высокую эффективность с необходимой продолжительностью лечебного действия, биологически активных шовных нитей и раневых покрытий, биосорбентов и др. В зависимости от сферы использования такие материалы должны обладать определенным комплексом заданных свойств. Широкие возможности для регулирования свойств полимерных материалов создает метод переработки полимеров из совместных растворов. Направленное изменение состава полимерной смеси является эффективным методом регулирования структуры, морфологии, и других характеристик полимерного материала, определяющих сферу и условия его применения.
Использование смесей биосовместимого аминополисахарида хитозана с
гибкоцепными полимерами может явиться новым инструментом регулирования
свойств материалов и основой для создания новых полимерных изделий. В
последние годы все возрастающий интерес вызывают разрешенные для
использования в медицине аминосодержащие сополимеры на основе
производных эфиров акриловой и метакриловой кислот, известные под
торговой маркой Eudragit. Эти сополимеры широко используются в
фармацевтической промышленности и применяются в качестве покрытий
таблетированных лекарственных форм и систем контролируемой доставки
лекарств. Eudragit Е, представляющий собой сополимер
метил(бутил)метакрилата и диметиламиноэтилметакрилата, как и хитозан, обладает рН-зависимой растворимостью (способностью растворяться в кислых средах и не растворяться в нейтральных и щелочных). Наличие разных типов аминогрупп в составе элементарных звеньев хитозана и Eudragit Е, с одной стороны, позволит осуществить их переработку из общего растворителя (водных растворов кислот), а с другой - регулировать свойства полимерного материала за счет использования сшивающих реагентов ковалентного или ионного типа. Изучение особенностей переработки смешанных растворов аминосодержащих полимеров хитозана и Eudragit Е является актуальным исследованием, так как это позволит получать изделия медико-биологического назначения с заданными свойствами.
Работа выполнена в соответствии с основными направлениями исследований кафедры физической и коллоидной химии МГУДТ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 -2013 годы» (Госконтракт № 16.740.11.0059).
Цель и задачи исследования. Целью работы являлась разработка метода получения полимерных материалов на основе смеси аминосодержащих полимеров хитозана и сополимера метил(бутил)метакрилата и диметиламиноэтилметакрилата и регулирование их структуры, растворимости,
осмотических и физико-механических свойств и кинетики выделения лекарственных соединений.
Для достижения поставленной цели были определены основные задачи:
изучить физико-химические свойства растворов сополимера Eudragit Е в водных растворах уксусной кислоты, а также смешанных растворов хитозана и Eudragit Е;
исследовать закономерности фазового разделения в смешанных растворах аминосодержащих полимеров в водном растворе уксусной кислоты;
установить закономерности процесса гелеобразования в растворах хитозана и Eudragit Е в присутствии сшивающих реагентов, содержащих различные типы функциональных групп, и их влияние на свойства пленок на основе смеси хитозана и Eudragit Е;
разработать метод получения биологически активных, высоконабухающих, но не растворимых в воде полимерных пленок из растворов хитозана и Eudragit Е в водном растворе уксусной кислоты в присутствии ионного сшивающего реагента триполифосфата натрия, а также ультратонких волокон методом электроформования;
изучить антимикробную активность полученных материалов и кинетические закономерности высвобождения антимикробного вещества мирамистина и анестетика лидокаина из пленок на основе смеси хитозана и Eudragit Е.
Научная новизна. В работе впервые:
на основании изучения ионных и фазовых равновесий в растворах хитозана и Eudragit Е показано, что сопряженные кислоты -(NH3)+ хитозана и -[N(CH3)2H]+ Eudragit Е в совместном растворе диссоциируют в более широком по сравнению с индивидуальными полимерами диапазоне рН, вследствие чего точка помутнения раствора хитозана и Eudragit Е сдвигается в область больших значений рН;
обнаружена экстремальная зависимость прочности пленок от состава полимерной смеси хитозан - Eudragit Е с максимумом при содержании Eudragit Е 25%; рост прочности хитозановых пленок при введении гибкоцепного полимера может быть связан с облегчением релаксации напряжений в неоднородной системе, характеризующейся чередованием жестких и менее жестких микрообъемов;
установлено, что при получении пленки из смешанного раствора хитозана и Eudragit Е в результате испарения уксусной кислоты на ее поверхности формируется слой, обогащенный хитозаном, что связано с меньшим значением рН точки помутнения его раствора по сравнению с раствором Eudragit Е;
показано, что использование глутарового альдегида за счет избирательного взаимодействия с первичными аминогруппами в смешанных растворах хитозана и метил(бутил)метакрилата и
диметиламиноэтилметакрилата дает возможность осуществить химическую сшивку только полимерных цепей хитозана, а различие в рК первичных и третичных аминогрупп позволяет путем изменения рН регулировать степень модификации хитозана и Eudragit Е при сшивке ионным сшивающим реагентом триполифосфатом натрия.
Практическая значимость. Установлены закономерности модификации пленок из хитозана и Eudragit Е ионным сшивающим реагентом триполифосфатом натрия, которые позволили направлено воздействовать на их влагопоглощение и скорость высвобождения биологически-активных веществ. Разработан метод получения пленочных материалов с контролируемым выделением антимикробного и анестезирующего веществ и заданными осмотическими свойствами, показано, что антимикробная активность пленок сохраняется после 2-х часов выдерживания в физиологическом растворе. Впервые из уксуснокислотных водных растворов Eudragit Е и его смеси с хитозаном методом электроформования получены ультратонкие волокна (толщиной 100-600 нм).
Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены лично автором в процессе проведения анализа литературных источников по теме диссертации, экспериментов по изучению физико-химических свойств и фазовых равновесий в водных уксуснокислотных растворах хитозана и Eudragit Е и получению на их основе волокнистых и пленочных материалов, изучения их морфологии, кинетики набухания и выделения биологически активных веществ.
Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались и докладывались на: Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (Москва, 2010), Международных научно-технических конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» «Текстиль - 2010» и «Текстиль - 2012» (Москва, 2010, 2012), XVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2011), 10-ой Международной конференции Европейского хитинового общества EUCHIS'11 (Санкт-Петербург, 2011), Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Инновации молодежной науки» (Санкт-Петербург, 2011, 2012), 3-ей ежегодной научно-практической конференции Нанотехнологического общества России «Выход российских нанотехнологий на мировой рынок: опыт успеха и сотрудничества, проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, 2011), Межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов "Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2011, Поиск - 2013)" (Иваново, 2011, 2013), IV Всероссийской конференции по химической технологии с международным участием ХТ'12 (Москва, 2012), Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС
- 2012, ПРОГРЕСС - 2013)» (Иваново, 2012, 2013), III Всероссийской молодежной конференции с элементами научной школы «Функциональные материалы и высокочистые вещества» (Москва, 2012), XI Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана (РосХит)» (Мурманск, 2012), XIII Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ - 2013» (Москва, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 5 в научных журналах из перечня ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 142 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, методической части, выводов, списка цитируемой литературы из 129 ссылок. Работа содержит 9 таблиц, 69 рисунков, 3 приложения на 9 страницах.
