ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А, 2014, том 56, № 4, с. 389-398
МЕДИЦИНСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
УДК 541.64:676.032
ПОЛИАНИЛИН И ЕГО КОМПОЗИТЫ В КАЧЕСТВЕ СОРБЕНТОВ ВИРУСОВ ГРИППА
© 2014 г. И. Ю. Сапурина*, М. В. Иванова**, В. Т. Иванова**, Е. И. Бурцева**, С. В. Трушакова**, Е.И. Исаева**, Е. С. Кирилова**, Я. Е. Курочкина**, А. А. Маныкин **, Л. В. Урываев**
*Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук 199004 Санкт-Петербург, Большой пр., 31 **Научно-исследовательский институт вирусологии им. Д.И. Ивановского Министерства здравоохранения Российской Федерации 123098 Москва ул. Гамалеи, 16 Поступила в редакцию 28.11.2013 г. Принята в печать 19.02.2014 г.
Получены полианилин и его композиты с углеродными нанотрубами или с наночастицами серебра, которые охарактеризованы методами электронной микроскопии, спектроскопии, кондуктометрии и БЭТ-анализа. Изучена in vitro и in vivo токсичность материалов, после чего они использованы в качестве сорбентов вирусов гриппа А и В. Показано, что наилучшей сорбционной способностью по отношению ко всем штаммам вирусов обладает композит полианилина с серебром, который обеспечивает практически полное удаление вирусов из водного раствора.
DOI: 10.7868/S2308112014040129
ВВЕДЕНИЕ
Полианилин (ПАНИ) — один из наиболее популярных и интенсивно исследуемых представителей класса электропроводящих полимеров, обладающий окислительно-восстановительной активностью, электронной и ионной проводимостью в сочетании с высокой стабильностью и отсутствием токсичности. Благодаря этому ПАНИ уже нашел применение в сфере энергосбережения, экранирования электромагнитного излучения и защиты металлов от коррозии, а также при создании сенсоров и антистатических материалов [1]. Последнее десятилетие ПАНИ исследуют в качестве сорбента в самых разных вариантах сорбции от очистки сточных вод различных производств, до специфической сорбции, имеющей целью диагностику, очистку или выделение разнообразных материалов, начиная от лекарственных препаратов и заканчивая драгоценными металлами [2].
Адсорбция является одним из наиболее эффективных и низкозатратных методов очистки и выделения. В качестве сорбентов широко используются активированный уголь, цеолиты, монтмо-рилониты, полимеры и растительные продукты, например отходы древесины [3]. Традиционные сорбенты — это термически и химически стабильные высокопористые матрицы или порошкооб-
E-mail: sapurina@mail.ru (Сапурина Ирина Юрьевна).
разные материалы с большой удельной площадью поверхности. ПАНИ обладает совокупностью свойств, необходимых сорбенту, и характеризуется высокой термостойкостью, отсутствием растворимости и токсичности. Полимер хорошо смачивается водой, а также различными органическими и неорганическими средами, что повышает его сорбционную способность и проницаемость. ПАНИ и его композиты могут быть получены в виде пористых, проницаемых для жидкостей и газов порошков или матриц с удельной площадью поверхности, достигающей сотен квадратных метров на грамм, а также широким диапазоном механических свойств, которые определяются типом носителя. Большое значение имеет также низкая себестоимость полимера [1]. Таким образом, ПАНИ и его композиты отвечают всем требованиям, предъявляемым к сорбентам.
В то же время ПАНИ выгодно отличается от традиционных сорбентов своей многофункциональностью. Помимо слабой физической сорбции, являющейся единственной силой связывания сорбата в углях, ПАНИ располагает дополнительными функциями связывания, а в ряде случаев и преобразования сорбата. Это более энергоемкие взаимодействия, которые относятся к типу хемосорбции. Наличие атомов азота в основной полимерной цепи придает ПАНИ свойства поликатионита, и для него ярко выражена
3
389
анионообменная функция с чрезвычайно высокой емкостью. Полимер способен обратимо сор-бировать—десорбировать неорганические и органические кислоты, что используется для выделения и связывания кислых агентов [4]. Примером специфической сорбции за счет донорно-акцеп-торных взаимодействий служит взаимодействие ПАНИ с рядом переходных металлов и их катионов. Окислительно-восстановительные свойства полимера дают возможность не только связать, но и преобразовать сорбированный агент, например восстановить наиболее токсичную форму Cr6+ до менее токсичной Cr3+, либо восстановить катион драгоценного металла до металлического состояния [5]. В настоящее время показана высокая эффективность ПАНИ и его композитов для очистки сточных промышленных вод от солей тяжелых металлов (Hg2+, Cd2+, Pb2+, Cu2+, Au3+, Cr6+) [5,6], а также вредных органических примесей. Важную роль играет и каталитическая функция ПАНИ, которую используют для ускорения разложения ряда токсичных органических соединений (гидразина, ароматических аминов, хино-нов) [7]. Разрабатывают технологии выделения следовых количеств драгоценных металлов (Au, Pd, Ag) из растворов их солей [8]. Привлекательной является и способность к обратимой регенерации ПАНИ-сорбента. Регенерация обычно связана либо с кислотно-щелочной, либо с окислительно-восстановительной обработкой сорбента после сорбции и, как правило, приводит к количественному выделению сорбата.
Расширяется сфера применения в биомедицине ПАНИ, что происходит параллельно с исследованием биосовместимости полимера. Установлены бактерицидные свойства ПАНИ по отношению к Staphylococcus aureus, Escherichia coli [9]. Множество публикаций посвящено проблеме роста стволовых клеток на полимерном носителе и использования пленок ПАНИ для регенерации костных и нервных тканей [10]. Сорбенты на основе ПАНИ предполагают использовать для разделения и анализа ДНК, выделения антибиотиков из культуральных сред [11, 12], для очистки сточных вод от лекарственных препаратов.
В настоящей работе электропроводящий ПАНИ и композиты на его основе использованы для сорбции вирусов гриппа А и B. Приведены методики получения ПАНИ и его композита с углеродными нанотрубами, а также гибридного композиционного материала, представляющего собой полимер, модифицированный наночасти-цами серебра. Изучены морфология и свойства полученных материалов. Проведено исследова-
ние токсичности сорбентов, а также сравнение эффективности удаления ими вирусов гриппа из водной среды и из нативных белковых сред.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Сорбенты
Многостенные углеродные нанотрубы (УНТ), полученные методом каталитического пиролиза углеводородов и очищенные от катализатора, приобретены у фирмы "ТАУНИТ" (Тамбов). УНТ имели диаметр 50—100 нм и длину несколько микрон, трубки использовались без дальнейшей очистки и модификации.
ПАНИ с морфологией сферических частиц синтезировали окислительной полимеризацией анилина под действием персульфата аммония в кислой водной среде [13]. Депротонирование ПАНИ, т.е. освобождение полимера от связанных с полимерной матрицей кислот, проводили путем обработки полимера 1 М водным аммиаком с последующей промывкой водой и высушиванием.
Композит ПАНИ с УНТ с массовой долей ПАНИ 50% получали методом окислительной полимеризации анилина под действием перокси-дисульфата аммония в присутствии углеродного материала, диспергированного в реакционной среде [14].
Композиционный сорбент ПАНИ с серебром (ПАНИ—А§) приготавливали путем модификации ПАНИ частицами серебра [15]. Нанесение серебра проходило в результате взаимодействия ПАНИ, диспергированного в водной фазе, с азотнокислым серебром AgNO3. Реакция протекала при комнатной температуре в течение 8 ч. По окончании композит промывали этанолом и сушили на воздухе до постоянной массы. Содержание серебра определяли по приросту массы композита; оно составляло 15—30 мас. %. По окончании синтеза полученные сорбенты высаживали на фильтр, промывали разбавленными водными растворами кислот, используемых в ходе реакции, затем спиртом и высушивали при нормальных условиях.
Вирусы гриппа
Пандемические штаммы: А/ПУ-Москва/ 01/2009 (НШ1) ¡та!, А/Южная Каролина/02/2010 (НШ1)рёш09, антигенно родственные вирусу гриппа свиней; вирусы гриппа типа А: А/Москва/72/07(Н3№); вирусы гриппа птиц: А/Утка/Пенсильвания/1024/84 (Н5№); А/Утка/ Приморье/2621/01(Н5№), А^РУ/Вейбридж/34 (Н7Ш), реассортанты: R А(Н5Ш), R А(Н5№), RА(H3N2); вирусы гриппа типа В: В/Москва/ 06/11(MDCK), В/Малайзия/2506/04, В/Флори-да/04/06 эволюционной линии В/Виктория/2/87
и В/Ямагата/16/88. Культивирование вирусов1 гриппа проводили на 10—11-дневных развивающихся куриных эмбрионах и на культуре клеток MDCK.
Очищенные вирусы получали после концентрации аллантоисной содержащей вирус жидкости путем центрифугирования при 24 000 об/мин в течение 1 ч и последующей очистки центрифугированием при 24 000 об/мин в градиенте концентрации сахарозы 20—40% (центрифуга L5-50 фирмы "Beckman"). Гемагглютинирующую активность вирусов в растворах определяли в реакции гемагглютинирующей активности по общепринятой методике, рекомендованной Всемирной организацией здравоохранения, с использованием 0.75% взвеси эритроцитов 0(1) группы крови человека.
В работе исследовали также сорбцию альбумина сыворотки крови рогатого скота и фрагментов нуклеиновых кислот. Ампликоны — фрагменты кДНК генов современных штаммов вирусов гриппа А и В, получены в полимеразной цепной реакции с использованием диагностической тест-системы ДНК (технология Пан H1N1, Influenza A virus, Influenza В virus). Электрофорез фрагментов кДНК проводили в 2%-ном агарозном геле в течение 1.5 ч при напряжении 80 В, в качестве положительного контроля применяли контрольные образцы, входящие в тест-системы. Гели фотографировали и анализировали, используя трансиллюминатор ультрафиолетового света с длиной волны X = 254 нм.
Методики исследования
Микрофотографии образцов получали методами сканирующей электронной микроскопии с помощью микроскопов JSM 6400 JEOL (Япония) и SUPR-55VP фирмы "Zeiss" (Германия), а также трансмиссионной электронной микроскопии на приборе JEOL JEM 2000FX (Япония).
Электронные спектры пленок ПАНИ на стекле получали на спектрофотометре СФ-56 (ЛОМО, Россия) со спектральным диапазоном 190-1100 нм.
Электропроводность ПАНИ и его композитов с УНТ и Ag опред
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.