научная статья по теме СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЕНОК КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА Физика

Текст научной статьи на тему «СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЕНОК КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия А, 2014, том 56, № 3, с. 276-281

ПРИРОДНЫЕ ПОЛИМЕРЫ

УДК 541.64:539.2:547.458.82

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМЫХ ПЛЕНОК КАРБОКСИМЕТИЛЦЕЛЛЮЛОЗЫ, СОДЕРЖАЩИХ НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА © 2014 г. Х. Э. Юнусов, А. А. Сарымсаков, С. Ш. Рашидова

Институт химии и физики полимеров Академии наук Республики Узбекистан 100128 Ташкент, ул. А. Кадыри, 7б Поступила в редакцию 06.03.2013 г.

Принята в печать 09.11.2013 г.

Синтезированы наночастицы серебра, стабилизированные в растворе натрий-карбоксиметил-целлюлозы со степенью замещения 0.85 и степенью полимеризации 600. Изучены структура, физико-химические, механические свойства и микробицидная активность пленок, полученных из растворов натрий-карбоксиметилцеллюлозы, содержащих наночастицы серебра. Методами просвечивающей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии и УФ-спектроскопии, определены форма, количество и размеры наночастиц серебра, присутствующие в пленках на-трий-карбоксиметилцеллюлозы. Установлено, что с возрастанием концентрации нитрата серебра в растворах натрий- карбоксиметилцеллюлозы, а также в пленках в процессе фотооблучения изменяются размер и форма наночастиц серебра. Форма, размер и количество наночастиц серебра определяют их биологическую активность. Установлено, что увеличение количества наночастиц серебра с размерами 5—25 нм способствует повышению микробицидной активности пленок карбоксиметилцеллюлозы.

БО1: 10.7868/82308112014030183

Одно из перспективных направлений в области создания новых химико-фармацевтических препаратов — разработка лекарственных форм биоразлагаемых полимерных пленок, содержащих наночастицы серебра. Такие пленки обладают пролонгированными лечебными и бактерицидными свойствами [1].

Бактерицидные свойства серебра и его производных хорошо известны с глубокой древности и до сих пор используются в медицинской практике. В последнее время появились сообщения о наличии корреляционной зависимости бактерицидных свойств серебра от размера его частиц. При этом было показано, что с уменьшением размера наночастиц серебра происходит кратное увеличение их бактерицидной активности [2].

Синтез достаточно стабильных наночастиц серебра заданной формы и размера, в течение длительного времени сохраняющих высокую химическую и биологическую активность, является одной из важнейших проблем [3].

Наночастицы серебра подавляют деятельность фермента, обеспечивающего кислородный обмен у примерно 700 видов болезнетворных бактерий, вирусов и грибков [4].

Переход от ионной формы Л§+ к металлическим нанокластерам позволяет понизить его ток-

Е-шаП: haydar-yunusov@rambler.ru (Юнусов Хайдар Эргашо-вич).

сичность к клеткам высших организмов, не подавляя антимикробной активности в отношении патогенной микрофлоры. Наночастицы серебра, особенно в тех случаях, когда они стабилизированы, обладают большей устойчивостью и могут оказывать действие длительное время. В качестве стабилизатора наночастиц серебра представляет большой интерес применение водорастворимого пленкообразующего, биоразлагаемого полимера натрий-карбоксиметилцеллюлозы (№-КМЦ), широко используемого в производстве оральных фармацевтических препаратов и препаратов для наружного применения, в первую очередь для повышения вязкости мазей, паст как гидрогелевой основы, а также препаратов для парентерального применения. №-КМЦ также используют как связывающее и разрыхляющее вещество в производстве таблеток. №-КМЦ — один из главных ингредиентов адгезивно-поглощающих систем при лечении проблемных ран, для удаления раневого содержимого, экссудатов, потовыделений, а также для регулирования кинетики высвобождения действующих веществ систем, контактирующих со слизистыми оболочками.

Целью настоящей работы является формирование стабилизированных наночастиц серебра в полимерных пленках на основе №-КМЦ и изучение их структуры, физико-химических свойств и микробицидной активности.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Полимерной матрицей служили промышленные образцы Na-КМЦ со степенью замещения (СЗ), равной 0.65—0.85 и степенью полимеризации (СП) 200—600, получаемые из хлопковой целлюлозы, после очистки от сопутствующих неорганических и органических примесей. Для формирования наночастиц серебра в пленках на основе КМЦ использовали водные растворы AgNO3 различной концентрации, в качестве тест-культур — микроорганизмы возбудителей заболеваний человека и животных: Staphylococcus epi-dermidis, Candida albicans.

Для формирования пленок применяли 2-4%-ные водные растворы очищенных образцов Na-КМЦ с различными СЗ и СП после удаления ге-левой фракции посредством центрифугирования на лабораторной центрифуге при скорости 2500 об/мин в течение 20 мин. Затем в освобожденные от гелевой фракции растворы Na-КМЦ при перемешивании добавляли расчетные количества 0.1-0.001 М водного раствора соли AgNO3, 0.1-0.5% глицерина в качестве пластификатора и продолжали перемешивание до образования однородного гидрогеля Ag+КМЦ-.

Фотохимическое восстановление ионов серебра в структуре Ag+КМЦ- до наночастиц проводили при 25°С посредством их облучения ртутной лампой высокого давления ДРШ-250. Для получения дисперсий наночастиц серебра использовали ультразвуковое диспергирование гидрогеля на УЗ-диспергаторе марки УЗДН-1, У-4,2.

Формирование пленок осуществляли на обезжиренной стеклянной пластине, затем пленки сушили при 35-40°°C на воздухе.

Механические свойства пленок определяли в режиме одноосного растяжения на образцах в виде полос шириной 20 и длиной 200 мм на разрывной установке "Zwick-1445" (Германия).

Морфологию поверхностных слоев наноме-таллполимеров изучали с помощью просвечивающего электронного микроскопа ПЭМ-100 (Украина) и атомно-силового микроскопа АСМ-5500 (Австрия). Средний размер частиц металла и коэффициент вариации определяли путем обработки соответствующих микрофотографий поверхности композита по программе MathCad.

Оптические спектры поглощения пленок, полученных после фотохимического восстановления, снимали на приборе "Specord М210" в диапазоне длины волн 200-900 нм. Толщина пленок составляла 40-45 мкм.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

На первом этапе исследований были получены пленки из водных растворов №-КМЦ различными СЗ и СП и изучены их физико-механические

Таблица 1. Прочность на разрыв и относительное удлинение пленок №-КМЦ (концентрация раствора КМЦ 2%, температура формирования пленки 25°С, без пластификатора)

Степень полимеризации Степень замещения Прочность пленок при разрыве, МПа Относительное удлинение пленок при разрыве, %

200 0.65 54 4.7

300 0.69 56 4.8

510 0.78 69 5.2

600 0.85 78 5.3

показатели. Пленки отливали из 2%-ного водного раствора №-КМЦ на стеклянных пластинах.

При удалении воды формировалась пленка Ш-КМЦ.

В табл. 1 представлены показатели прочности пленок при разрыве и относительные удлинения пленок из На-КМЦ с различными значениями СЗ и СП. Как видно, с увеличением степени полимеризации №-КМЦ прочность полученных пленок возрастает с 54 до 78 МПа. При этом показатель растяжения при разрыве увеличивается от 4.7 до 5.3%.

Из полученных результатов следует, что пленки №-КМЦ имеют достаточно высокие показатели прочности при разрыве и низкие показатели относительного удлинения при разрыве, что объясняется природой исходной На-КМЦ. Известно, что наличие карбоксильных групп в макромолекулы полимера повышает его хрупкость. Хрупкость пленок на основе На-КМЦ тем выше, чем ниже содержание ионов натрия в их структуре. Удовлетворительные эксплуатационные показатели пленок №-КМЦ достигаются при значениях их разрывного удлинения 7—9% [5].

Для повышения пластичности пленок №-КМЦ в исходные растворы добавляли различное количество глицерина в качестве пластификатора (табл. 2).

При добавлении 0.1% пластификатора прочность пленок понижается в 2 раза, тогда как их относительное удлинение увеличивается в 1.5 раза.

Однако при увеличении количества пластификатора от 0.1 до 0.3% в пленках из №-КМЦ происходит некоторое повышение их прочности и относительного удлинения при разрыве независимо от степени замещения и полимеризации Ш-КМЦ.

При повышении содержания пластификатора более 0.3% резко понижается прочность пленок, однако относительное удлинение при разрыве продолжает возрастать. Увеличение прочности пленок при содержании пластификатора от 0.1 до

Таблица 2. Влияние содержания пластификатора в пленках №-КМЦ на прочность при разрыве и относительное удлинение пленок №-КМЦ (концентрация раствора №-КМЦ 2%, температура формирования пленки 25°С)

Содержание пластификатора глицерина, % Прочность пленок при разрыве, МПа Относительное удлинение пленок при разрыве, %

СП 200, СЗ 0.65

- 54 4.7

0.1 26 7.4

0.2 30 8.1

0.3 48 9.7

0.5 19 12.3

СП 300, СЗ 0.69

- 560 4..

0.1 216 7.3

0.2 270 8.6

0.3 420 9.1

0.5 206 11.6

СП 510, СЗ 0.78

- 690 5..

0.1 313 7.7

0.2 338 8.4

0.3 480 9.4

0.5 289 12.6

СП 600, СЗ 0.85

- 780 5.3

0.1 223 7.8

0.2 298 8.1

0.3 402 9.3

0.5 211 11.5

0.3%, видимо, можно объяснить внедрением в межмолекулярное пространство макромолекул №-КМЦ молекул пластификатора без существенного влияния на плотность межмолекулярных водородных связей, что впоследствии благоприятствует более плотному взаимному расположению макромолекул, приводящему к увеличению плотности их упаковки.

Приведенные выше результаты исследования явились основой для получения пленок КМЦ, используемых в качестве полимерной подложки.

Далее были сформированы стабилизированные наночастицами серебра пленки На-КМЦ с последующим их фотооблучением.

Фотовосстановление катионов серебра с концентрацией 0.025—2.50 мас. % проводили в 2%-ном растворе Na-КМЦ с СЗ 0.85 (рН 8.5) и СП 600.

Установлено, что окраска раствора Na-КМЦ после УФ- облучения изменяется от бледно-желтой до коричневой при повышении исходной концентрации AgNO3 от 0.025 до 2.5 мас. %. Такие изменения, вероятно, связаны с увеличением количества образующихся наночастиц серебра различных размеров. При этом чистый раствор Na-КМЦ не меняет окраску и остается прозрачным после УФ-облучения.

Для подтверждения факта формирования на-ночастиц

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.

Показать целиком