ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2015, № 1, с. 9-16
УДК 546.26+547.91+543
ИМПРЕГНИРОВАННЫЙ БЕТУЛИНОМ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ
УГЛЕРОДНЫЙ СОРБЕНТ1
© 2015 г. А. В. Лавренов, Л. Г. Пьянова, А. В. Седанова, Л. С. Лузянина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов СО РАН, Омск E-mail: medugli@ihcp.ru; medugli@rambler.ru Поступила в редакцию 28.05.2013 г.
Разработан синтез наноструктурированного углеродного сорбента, импрегнированного бетулином. Исследована поверхность полученного образца физико-химическими методами: растровая электронная микроскопия, рентгеновский микроанализ, адсорбционная порометрия. Установлена возможность десорбции биологически активного компонента из образца углеродного сорбента.
DOI: 10.7868/S0023117715010090
В последнее время в России и зарубежом технический углерод стал одним из основных углеродных объектов исследования в связи с тем, что полученные на его основе различные функциональные углеродные материалы проявляют уникальные свойства и находят широкое применение в науке, технике, медицине.
Углеродные сорбенты, получаемые из каменного угля и материалов органического происхождения (древесина, лигнин, торф, фруктовые косточки, сапропель и др.), содержат большое количество пыли, минеральные вещества и органические соединения, зачастую являющиеся токсичными, особенно соединения лесохимических смол [1, 2].
Одно из приоритетных направлений, развиваемых в последнее время, — создание нано-структурированных сорбентов (композиционных углерод-углеродных материалов) на основе нанодисперсного (технического) углерода. В Федеральном государственном бюджетном учреждении Институте проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН) создана уникальная, не имеющая мировых аналогов опытно-промышленная технология получения новых углерод-углеродных материалов. В основу разработки этой технологии была положена концепция матричного синтеза с использованием двух различных структурных модификаций графитоподобных материалов: нанодисперсного углерода и низкотемпературного пироуглерода [3]. Таким образом, на основе нанодисперсного углерода создан ряд пористых углерод-углеродных материалов раз-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Госконтракта № 9411.1003702.13.020 от 30.09.2009 г.
личного назначения. Новые пористые материалы значительно превосходят традиционные активные угли по механической, термической и химической стойкости, содержат меньше минеральных примесей. Кроме того, они обладают преимущественно мезопористой структурой.
Это новые функциональные углеродные материалы для различных сфер применения: углеродный сорбент технического и бытового назначения "Техносорб-1"; углеродный сорбент, носитель катализаторов "Сибунит"; карбюризатор "Карбостил"; углеродные сорбенты медицинского назначения — гемосорбент углеродный в физиологическом растворе стерильный "ВНИИТУ-1", энтеросорбент углеродный "ВНИИТУ-2" и энте-росорбент углеродный "Зоокарб" (для животных).
Гемосорбент углеродный "ВНИИТУ-1" награжден Золотой медалью Первого международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2001 г.), энтеросорбент "Зоокарб" — золотой медалью Пятого международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2005 г.).
В настоящее время прогресс биотехнологии позволяет создавать новые высокоэффективные, безопасные препараты, применяемые в медицине и ветеринарии. Значительная часть попадающих в организм человека чужеродных соединений проникает с продуктами питания, особенно с продуктами животноводства. В рамках решения проблемы защиты внутренней среды человека остро стоит вопрос о повышении качества и обеспечении безопасности продуктов животноводства. Для этих целей широкое распространение получили энтеросорбенты различной природы (полисорб, полифепан, энтеросгель, активиро-
ванный уголь и др.), позволяющие вывести вредные вещества, способные вместе с продукцией животноводства перейти в организм человека [4].
Особый интерес представляет разработка и исследование новых комплексных препаратов на основе нанопористой углеродного сорбента с им-прегнированием биологически активных компонентов растительного и природного происхождения [5].
Технологии их получения заключаются в том, что биологически активные компоненты определенным способом наносятся на избыточное количество носителя активного сорбирующего действия. В результате этого взаимодействия происходит иммобилизация биологически активных компонентов, которые характеризуются пролонгированным действием и стабильностью к условиям внешней среды. Иммобилизация биологически активного компонента на носитель позволяет придать препарату определенные свойства. Кроме того, избыток углеродного носителя дополнительно оказывает сорбирующее действие по отношению к вредным веществам. Бифункци-ональность препарата обеспечивается адсорбционными свойствами углеродного сорбента и определенными свойствами биологически активного компонента.
Разработка препаратов нового поколения на основе биологически активных веществ растительного и природного происхождения является альтернативой синтетическим препаратам. Пример таких веществ — природные тритерпены березовой коры, в частности бетулин (рис. 1). Бету-лин — это тритерпеновый спирт ряда лупана, (3ß,28-дигидрокси-20(29)-лупен), имеющий химическую формулу С30Н50О2 и химическое название бетуленол. Он содержится в большом количестве растений (орешник, календула, солодка и пр.), но в промышленных масштабах его получают экстракцией из бересты — наружного слоя коры березы белой (Betula alba).
Бетулин (бетуленол) и его производные (бету-линовая кислота и другие дериваты) обладают выраженной фармакологической активностью: противовирусной, иммуномодуляторной, противовоспалительной, онкопротекторной, противо-бактериальной и противовирусной (в том числе и в отношении высокопатогенного штамма вируса гриппа птиц H5Nj) [6—8].
Цель работы — разработка условий синтеза на-ноструктурированного углеродного сорбента, импрегнированного бетулином, исследование его физико-химических свойств и изучение десорбции биологически активного компонента из углеродного сорбента.
Материалы и методы исследования
Для получения композиционного ветеринар -ного препарата использовали микросферический наноструктурированный углеродный материал на основе дисперсного технического углерода (ИППУ СО РАН, г. Омск); биологический активный компонент — бетулин (Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии и химической технологии СО РАН, г. Красноярск); этиловый спирт ректифицированный технический по ГОСТ 18300 (ООО ЛВЗ "ОША", г. Омск); глицерин по ГОСТ 6259-75 (ОАО "Жировой комбинат", г. Саратов).
Для исследования текстурных характеристик, фазового состояния бетулина и его десорбции из модифицированных образцов применяли физико-химические методы анализа. Исследование удельной поверхности образцов сорбента проводили адсорбционным методом по низкотемпературной адсорбции—десорбции азота (Т = —195.7°C) на объемной статической вакуумной установке Sorptomatic-1900, "Carlo Erba". Перед проведением адсорбционных измерений образцы тренировали в вакууме при температуре 200—300°C в течение не менее 6—8 ч.
По данным изотерм адсорбции азота, измеренных в области относительных давлений паров азота Р/Р0 в интервале значений от 10 до 10-4, получены данные об удельной поверхности по методу БЭТ.
Рельеф и морфологию поверхности частиц исследуемых образцов углеродного сорбента, фазовое состояние бетулина на поверхности носителей изучали прямым наблюдением в вакуумной камере растрового электронного микроскопа JSM-6460 LV, JEOL. Проведен рентгеновский микроанализ поверхности исследуемых образцов на энергодисперсионном спектрометре EDAX, JEOL.
Содержание бетулина в этанольно-глицерино-вых растворах определяли методом газовой хрома-то-масс-спектрометрии на приборе марки Agilent Technologies 6890/5973N [8—10]. Для хроматографи-ческого разделения использовали неполярную капиллярную колонку марки HP 5ms, где в качестве неподвижной фазы используется смесь 5% фенила и 95% диметилполисилоксана. Диаметр колонки — 0.25 мм, длина — 30 м, толщина слоя неподвижной фазы — 0.25 мкм. Масс-спектрометрический детектор с ионизацией молекул "электронным ударом". Источником ионов является катод, энергия ионизации 70 эВ. Диапазон определяемых масс составляет 1.6-800 а.е.м.
Выбор растворителя бетулина
Принципиальный фактор, сдерживающий практическое применение бетулина в фармакологии, — его низкая растворимость в воде. Бету-лин (молекулярная масса 442.7 г-моль) — кристаллическое вещество в виде белых или желтоватых игольчатых кристаллов, слаборастворимое в органических растворителях, жирах, практически нерастворим в воде (растворимость в воде 0.9 г/100 г при 20°С). Электронно-микроскопиче-
ские снимки кристаллов представлены на рис. 2. Температура плавления кристаллов — 251—261°С.
В обычном состоянии бетулин растворяется только в спирте (растворимость в этаноле 4.3 г/100 г при 78°С), поэтому его применение в ветеринарии практически невозможно [6, 11]. Бетулин сравнительно хорошо растворяется в эфи-рах, например, в этилацетате, хлороформе и бензоле.
Таким образом, одна из основных задач для достижения поставленной цели заключалась в разработке технологических приемов, обеспечивающих перевод бетулина в водорастворимое состояние при варьировании его дисперсности. При уменьшении размера частиц бетулина менее 30 нм не происходит образование кристаллов бетулина, так как при этом 5—10 молекул бетулина образуют аморфные ассоциаты, не формирующие кристаллическую решетку. Высокое состояние свободной энергии ассоциатов обеспечивает растворимость конформационного изомера бету-лина в воде.
Подбор растворителя осуществляли по литературным данным о физических свойствах бетулина, а также с учетом требований, предъявляемых к ветеринарным препаратам [6, 11]. Растворитель должен не только хорошо растворять бетулин, но и быть нетоксичным, легко удаляемым с поверхности сорбента и доступным. В качестве растворителя выбрана смесь э
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.