научная статья по теме МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА ПОЛИ-N-ВИНИЛПИРРОЛИДОНОМ ДЛЯ АППЛИКАЦИОННОЙ МЕДИЦИНЫ Химия

Текст научной статьи на тему «МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА ПОЛИ-N-ВИНИЛПИРРОЛИДОНОМ ДЛЯ АППЛИКАЦИОННОЙ МЕДИЦИНЫ»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2012, том 48, № 4, с. 363-369

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

УДК 661.183

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНОГО СОРБЕНТА ПОЛИ-^ВИНИЛПИРРОЛИДОНОМ ДЛЯ АППЛИКАЦИОННОЙ МЕДИЦИНЫ

© 2012 г. О. Н. Бакланова1, Л. Г. Пьянова1, В. П. Талзи1, О. А. Княжева1, А. В. Седанова1, Т. И. Долгих2, В. А. Лихолобов1

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, Институт проблем переработки углеводородов,

Сибирского отделения Российской академии наук, Омск

2 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации, Омск

E-mail: medugli@ihpp.oscsbras.ru, medugli@rambler.ru Поступила в редакцию 02.09.2011 г.

Проведено модифицирование поверхности углеродного мезопористого гемосорбента ВНИИТУ-1 — поли-М-винилпирролидоном, обладающего собственной антибактериальной активностью. Модифицирование проводилось в два этапа: 1) пропитка водным раствором мономера (N-винилпирро-лидона) и инициатора; 2) полимеризация в инертной атмосфере. Состав продуктов реакции полимеризации проанализирован методом ЯМР 13С. Современными физико-химическими методами исследованы текстурные характеристики, рельеф (морфология), содержание общего азота исходного и модифицированных сорбентов. Стендовые медицинские испытания показали, что после контакта с модифицированным сорбентом происходит уменьшение количества бактериальных клеток Staphylococcus aureus и ингибирование их роста по сравнению с исходным углеродным сорбентом.

ВВЕДЕНИЕ

Сорбционная терапия (гемосорбция, энтеро-сорбция, лимфо- и аппликационная сорбция) основана на применении пористых медицинских материалов, способных при контакте с биологической жидкостью адсорбировать на своей поверхности токсины различной природы и выводить их из организма [1].

В качестве матрицы для производства специфических медицинских сорбентов все большее применение получают углеродные сорбенты [2]. Используя способ химического модифицирования поверхности сорбента неорганическими и органическими веществами, можно создать широкий спектр эффективных сорбентов, специфически связывающих токсические соединения [3, 4].

Большой интерес для модифицирования углеродной поверхности медицинских сорбентов представляют органические и, в частности, полимерные материалы [4].

Полимеры на основе М-винилпирролидона (ВП) находят широкое применение как гидрофильные нетоксичные материалы в медицине и биологии. Они допущены к применению в контакте с биологическими средами живого организма и могут выполнять разнообразные функции в составе материалов медицинского назначения [5]. Водные растворы поли-М-винилпирролидо-

на (ПВП) используют в качестве кровезаменителя и основы для препаратов инфузионного и пер-рорального применения, обладающих высокими сорбционными свойствами. Они связывают токсические вещества и способствуют их быстрому выведению из организма. Сополимеры ВП выполняют функции вспомогательных веществ при создании лекарственных форм (загустители для паст и мазей, стабилизаторы эмульсий и суспензий, заменители жировых основ и вазелина, оболочки для таблеток и др.). Полимеры на основе ВП используют для модификации анионных поверхностно-активных веществ, обладающих высокой бактерицидной активностью [6]. Ряд сополимеров ВП с ионогенными сомономерами обладает собственной антибактериальной активностью, оказывает иммуностимулирующее и иммуномоду-лирующее действие. Для полимеров, вводимых в составе лекарственных форм в организм, помимо специфических требований к физиологической активности и ряду особых свойств важнейшей характеристикой является молекулярная масса, которая, как правило, должна находиться в достаточно узких пределах.

В зависимости от молекулярной массы ПВП используют в следующих направлениях [7,8]:

- для выведения токсических веществ из организма (полимер с низким молекулярным весом 10000-15000);

Таблица 1. Текстурные характеристики исходного образца углеродного сорбента УС

№ образца Объем пор, см3/г SБЭТ, м2/г

общий макропоры мезопо-ры микропоры

УС 0.959 0.079 0.858 0.022 425

— в качестве основы плазмозамещающих растворов (полимер со средним молекулярным весом 25000-40000);

— для продления действия лекарств (полимер с высоким молекулярным весом около 60000).

Также широкое применение в медицинской практике находят сополимеры ВП. Такие сополимеры обладают повышенной гидрофильностью. Например, введение в структуру сополимера ВП групп ОН, NH2 и СООН позволяет получать новые полимеры, обладающие лечебными свойствами.

Учитывая вышеизложенное представлялось интересным провести модифицирование поверхности углеродных гемосорбентов поливинилпир-ролидоном.

Таким образом, получение углеродного гемо-сорбента, на поверхность которого нанесен ПВП с молекулярной массой 10000 является актуальной задачей.

Цель настоящей работы — изучение свойств образца углеродного сорбента, модифицированного ПВП, различными физико-химическими методами и исследование его свойств по отношению к патогенной микрофлоре. Для этого необходимо было решить следующие задачи:

— отработать методику нанесения ВП на поверхность углеродного гемосорбента с последующей его полимеризацией;

— оценить химический состав синтезированных полимеров;

— исследовать влияние процесса модифицирования на текстурные характеристики сорбента;

— изучить антибактериальные свойства модифицированного сорбента.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Материалы

Образец углеродного сорбента (УС) был получен из пористого углеродного материала [9, 10], и далее был подвергнут гидромеханической обработке и окислению. Исходный образец УС представляет собой мезопористый сорбент с размером гранул: >1.25 мм (2%), 1.00 мм (54%), 0.63 мм (43%), <0.50 мм (1%) (табл. 1).

Для модифицирования поверхности УС использован ВП и динитрил азобисизомасляной кислоты (ДИНИЗ) производства "Merck", Германия.

Методы исследования

Исследование текстуры образцов сорбента проведено адсорбционным методом по низкотемпературной адсорбции-десорбции азота (Т = —195.7°С) на объемной статической вакуумной установке Sorptomatic-1900, "Carlo Erba". Перед проведением адсорбционных измерений образцы тренировали в вакууме при температуре 300°С (немодифицированный) и 50°С (модифицированные) в течение 6—8 часов.

Исходные компоненты и продукты реакции анализировали методом ЯМР 13С на ЯМР-спек-трометре "Ауапсе-400" "Bruker". При полимеризации N-ВП изучали продукты реакции без гемо-сорбента. При модифицировании гемосорбента ПВП исследовали водные растворы продуктов реакции, полученные после отмывки модифицированного гемосорбента при комнатной температуре в течение 60 мин (отношение гемосор-бент/вода = 1/5).

Общий азот в образцах УС определяли методом Кьельдаля [11].

Микрофотографии образцов получали с использованием растрового электронного микроскопа JSM—6460 LV, JEOL.

Антибактериальные свойства исследуемых сорбентов определяли по методике [12, 13]. Исходное разведение Staphylococcus aureus ATCC 25923 (музейный штамм, международная коллекция) с концентрацией 0.5 единиц по Мак Фар-ланду (105 микробных клеток в 1 мл) готовили в физиологическом растворе (0.15 М раствор хлорида натрия) с использованием денситометра.

Образцы углеродных гемосорбентов перед проведением испытания стерилизовали автокла-вированием при 1 ат. в течение 24 ч.

Сорбцию клеток Staphylococcus aureus проводили из физиологического раствора с концентрацией микробных клеток 1.5 х 105 КОЕ/мл. Для этого к 0.5 мл сорбента добавляли 1мл микробной взвеси, периодически перемешивали в течение 60 мин на встряхивателе Vortex. Надосадочную жидкость засевали на агаровые пластины с питательной средой ГМФ (мясо-пептонный бульон). Опытным путем подбирали такие разведения и количество засеваемого материала, чтобы выросшие колонии на чашке Петри (диаметр 90 мм) можно было сосчитать. Контролем служил посев Sta-phylococcus aureus, добавляемый к сорбентам. Засеянные чашки Петри инкубацировали 18—20 часов при 37°С в термостате. Проводили подсчет выросших колоний по трафарету визуально в 5-ти полях по 1 см2, делали перерасчет на площадь чашки.

Таблица 2. Недостатки различных способов проведения полимеризации М-ВП

Условия полимеризации (П) Основные недостатки

П. в массе, инициатор — перекись водорода П. в растворе, растворитель — вода; инициатор — перекись водорода П. в массе, инициатор — динитрил азобисизо-масляной кислоты (ДИНИЗ) П. растворе, Растворитель — вода, инициатор — динитрил азобисизомасляной кислоты (ДИНИЗ) Реакция экзотермическая, возникают местные перегревы, полимер имеет широкое молекулярно-массовое распределение (ММР) В присутствии воды происходит гидролиз М-ВП с образованием ацетальдегида и уксусной кислоты. Полимер неоднороден по химическому составу Температура полимеризации — 60—80°С. Возможны перегревы. Полимер имеет широкое молекулярно-массовое распределение (ММР) ПВП имеет узкое молекулярно-массовое распределение (ММР)

Модифицирование углеродного сорбента

Поскольку размер полимерных глобул, как правило, превышает размер пор сорбента, то при проведении модифицирования пористых гемо-сорбентов полимерами введение модификатора равномерно по всему объему материала невозможно. В этом случае модифицирующий полимер распределится в основном на внешней поверхности гранул и при контакте с биологическими жидкостями будет смыт с поверхности.

Основным способом получения ПВП является радикальная полимеризация М-ВП, протекающая в присутствии инициатора перекиси водорода или динитрила азобисизомасляной кислоты.

На практике, как правило, наиболее распространенными являются следующие способы проведения полимеризации М-ВП: в среде мономера (в массе) и в присутствии растворителя мономера (в растворе). В качестве инициаторов полимеризации используют перекись водорода и ДИНИЗ. От выбранных параметров полимеризации (присутствие растворителя, тип растворителя и инициатора, температура процесса) зависит молекулярная масса об

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

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»