ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2013, том 49, № 4, с. 418-421
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ^^^^^^^^^^ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ
УДК 543.183
АДСОРБЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВОБОДНОГО ГЕМОГЛОБИНА С ПОВЕРХНОСТЬЮ АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЕЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИПИРРОЛОМ
© 2013 г. М. Ш. Хубутия, А. Ю. Цивадзе*, Г. Р. Гараева, В. Н. Андреев*, М. М. Гольдин
НИИ СП им. Н.В. Склифосовского, Москва, 129010, Россия *ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва, 119071, Россия Поступила в редакцию 22.12.2012 г.
Исследована адсорбция свободного гемоглобина (НЬ) из водных растворов на активированных углях (АУ), модифицированных полипирролом (ПП), допированным анионами [СиС1п]2 - п и С1-. Обнаружено, что присутствие на поверхности угля комплексного иона меди в виде допанта полипиррола приводит к увеличению скорости адсорбции свободного гемоглобина из водного раствора.
Б01: 10.7868/80044185613040062
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важных проблем современной медицины является заготовка донорской крови. Однако не всегда для экстренной помощи больным можно использовать донорскую плазму, в особенности, если это касается пациентов с массивной кровопотерей из-за риска несовместимости поступления в организм больших количеств донорской плазмы [1]. Поэтому в настоящее время стараются использовать реинфузию собственной крови больного (аутокрови), излившейся во внутренние полости организма при различных травмах.
Однако реинфузия аутокрови во время операции часто осложняется механическим разрушением значительной части эритроцитов, что приводит к появлению в аутоплазме пациента растворенного в ней токсиченого свободного гемоглобина [2, 3].
Таким образом, проблема очистки плазмы крови от свободного гемоглобина является весьма важной и актуальной. Подчеркнем, что до настоящего времени эта проблема не решена ни в России, ни за рубежом. Сделанная нами ранее попытка найти решение с помощью иммобилизации на поверхности угля аффинных агентов, способных связывать гемоглобин [4], является пока единственной в доступной литературе. Было показано, что модифицирование угля с помощью катионов меди привело к значительному увеличению скорости адсорбции свободного гемоглобина из водных растворов на модифицированной поверхности угля, однако при переходе к плазме крови [5] наблюдалось резкое падение скорости адсорбции свободного гемоглобина, что объясня-
лось связыванием ионов Cu2+ с другими белками плазмы помимо свободного гемоглобина.
В рамках настоящей работы было решено иммобилизовать медь на поверхности АУ в виде комплексного аниона [CuCln]2- n, допированного в ПП. Мы предположили, что такой прием, когда медь "спрятанная" в полимерную матрицу в виде аниона, снизит свою активность по отношению к белкам крови, но имелась вероятность сохранения ее аффинной активности по отношению к ге-му свободного гемоглобину, а не к белковой части молекулы гемоглобина.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Электрополимеризация пиррола на поверхности активированных углей проводилась на потен-циостате IPC Pro MF (ООО НТФ "Вольта") в по-тенциостатическом режиме. Синтез полипиррола проводили в установке, описанной в [4]. При получении композита [CKT-6A/nn/[CuCln]2-n] установка погружалась в электролит состава: 0.10 моль/л CuSO4, 3.00 моль/л NaCl, 0.36 моль/л пиррол, для синтеза композита [СКТ-бА/ПП/Cl] использовался электролит состава: 3.00 моль/л NaCl и 0.36 моль/л пиррол. Электрополимеризация пиррола проводилась при потенциале 800 мВ в течение 1 часа, измерения потенциала производились относительно насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения. Значение потенциала было выбрано согласно литературным данным [6, 7]. В качестве вспомогательного электрода использовался термически расширенный графит (ТРГ).
В качестве активированного угля использован образец СКТ-6А [10].
АДСОРБЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВОБОДНОГО ГЕМОГЛОБИНА 419
Таблица 1. Адсорбция свободного гемоглобина из водного раствора в течение 1 часа на угле СКТ-6А
Название угля Убыль гемоглобина из водного раствора Убыль гемоглобина из плазмы крови
% мг НЬ/час % мг НЬ/час
СКТ-6А 6.26 2.34 5.80 0.73
Приближенный расчет доли поверхности активированного угля, занятой полипирролом, проводился согласно [4].
Водные растворы свободного гемоглобина готовили в соответствии с [4] путем разбавления эритроцитарной массы физиологическим раствором до концентрации свободного гемоглобина от 0.4 до 1.5 г/л. Для этого 1 мл эритроцитарной массы разводили в 9 мл дистиллированной воды (с целью разрушения эритроцитов), затем доводили объем до 200 мл физиологическим раствором. Адсорбция свободного гемоглобина измерялась согласно [8], соотношение [раствор гемоглобина]/сорбент составляло 1/10 , время контакта — три часа. Величины скорости адсорбции свободного гемоглобина приведены в расчете на 1 грамм модифицированного активированного угля. Значения потенциалов в работе измерены относительно насыщенного хлорсеребряного электрода сравнения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В соответствии с поставленными задачами первоначально была исследована адсорбция свободного гемоглобина из водного раствора на немоди-фицированном активированном угле СКТ-6А, чтобы расширить данные об адсорбции свободного гемоглобина на исследованном ранее угле ВСК-А.
В Таблице 1 приведены данные по адсорбции свободного гемоглобина из водного раствора указанными углями.
Как видно из этих данных, они согласуются с полученными ранее на угле ВСК-А: адсорбция свободного гемоглобина исходными углями из раствора крайне незначительна, и не позволяет рассчитывать на использование немодифициро-ванных углей для очистки плазмы. Следующим этапом работы было исследование скорости адсорбции свободного гемоглобина на этих углях, модифицированных агентами, обладающими специфическим сродством к молекуле гемоглобина: комплексным анионом [СиС1п]2-п, допированным в ПП, выбранным согласно изложенным выше предположениям.
Электроосаждение полипиррола с комплексным анионом меди [СиС1п]2-п в качестве допан-та проводилось на угле СКТ-6А в потенциоста-тическом режиме при потенциале +800 мВ. На основании данных, указанных в [9], было предположено, что при использованных нами кон-
Таблица 2. Расчет доли поверхности активированного угля, занимаемой пленкой ПП
Состав модифицированного угля 0, Кл Ж, %
СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2-п 202.7 2.81
центрациях катиона меди и хлорида допантом, по-видимому, является комплексный анион [СиС1и]2-и или [СиСЦ^ОЬ]2-".
Количество электричества, протекшее при протекании процесса электрохимической полимеризации пиррола, можно рассчитать из данных, представленных на Рис. 1.
Количество электричества, пошедшее на электрополимеризацию, было измерено в расчете на 100%-ный выход по току. С помощью формулы, полученной в [4], была рассчитана доля поверхности активированного угля, занимаемая ПП. Эти данные представлены в Таблице 2.
Как видно из этих данных, доля поверхности АУ, занятая ПП, весьма мала (менее 10 %), данное явление, вероятно, связано с тем, что электрополимеризация пиррола происходит в мезо- и макропорах АУ.
Были исследованы адсорбционные характеристики полученных композитных материалов, эти данные представлены в Таблице 3.
Из данных в Таблице 3 видно, что присутствие на поверхности модифицированных углей-компози-
100 80
^ 60 <
40 -
20 -
1000
2000
3000 4000 Время, с
Рис. 1. Электрополимеризация пиррола на поверхности активированного угля СКТ-6А. Получение композита СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2 - п.
0
420 ХУБУТИЯ и др.
Таблица 3. Адсорбция свободного гемоглобина из водного раствора и плазмы крови в течение 1 часа на модифицированном угле СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2-п
Состав Убыль гемоглобина из водного раствора Убыль гемоглобина из плазмы крови
модифицированного угля % мг НЬ/час % мг НЬ/час
СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2-п 35.40 12.30 73.60 10.00
Таблица 4. Расчет доли поверхности активированного угля, занимаемой пленкой ПП
Состав модифицированного угля 6, Кл W, %
СКТ-6А/ПП/С1- 684.7 7.67
тов в виде указанного аниона меди, допированного в ПП, резко изменило адсорбционную картину: адсорбционная активность [СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2-п] увеличилась по сравнению с исходным углем в 5 раз.
Для композита [СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2-п] наблюдалось увеличение скорости адсорбции из водного раствора в 5 раз по сравнению с исходным углем СКТ-6А, однако, скорость адсорбции на данном композите в 3 раза меньше, чем скорость адсорбции свободного гемоглобина на композите [СКТ-6А/Си2+] [4], которая составила 37.5 мг/час. В то же время при адсорбции свободного гемоглобина из плазмы крови скорость адсорбции на композите [СКТ-6А/ПП/[СиС1п]2-п] в 2.8 раза выше, чем на композите [СКТ-6А/Си2+] [5], которая составила 3.50 мг/час. Эти данные также позволили сделать главный вывод: адсорбция гемоглобина на угле, модифицированном ПП, допированным анионом [СиС1п]2-п, практи-
300 250 200 150 100 50
0
1000
2000 3000 Время, с
Рис. 2. Электрополимеризация пиррола на поверхности активированного угля СКТ-6А. Получение композита СКТ-6А/ПП/С1-.
чески одинакова как в водных растворах, так и в плазме.
Таким образом, эти данные подтверждают обоснованность выбора допанта [СиС1п]2-п как аффинного агента для связывания свободного гемоглобина. Подчеркнем, что эффект приобретения аффинных свойств углем, модифицированным ПП с допантом в виде аниона, содержащего медь, наблюдался впервые.
Для того, чтобы выявить эффект влияния допанта в виде аниона, содержащего медь, на адсорбцию свободного гемоглобина, было проведено сравнение скоростей адсорбции на поверхности углей, модифицированных ПП, допированного указанным анионом с медью и хлорид-ионом.
Были синтезированы композиты состава [СКТ-6А/ПП/С1-] на основе активированного угля СКТ-6А. Электрополимеризация пиррола на поверхности активированных углей проводилась при потенциале +800 мВ в течение 1 часа (Рисунок 2). Для оценки количества ПП, осажденного на поверхности АУ, была рассчитана доли поверхности АУ, занятой ПП.
Доли поверхности, занятые ПП для композита на основе угля СКТ-6А, рассчитанная согласно [4], представлены в Таблице 4.
Как видно из этих данных, доля поверхности АУ, занятая пленкой ПП
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.