научная статья по теме ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И ПОЛИЛАКТИДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПАТИБИЛИЗАТОРОВ Химия

Текст научной статьи на тему «ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И ПОЛИЛАКТИДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПАТИБИЛИЗАТОРОВ»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Серия Б, 2015, том 57, № 3, с. 214-219

МЕДИЦИНСКИЕ = ПОЛИМЕРЫ

УДК 541.64:547.995

ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И ПОЛИЛАКТИДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПАТИБИЛИЗАТОРОВ1

© 2015 г. Н. Е. Цверова*, А. Е. Мочалова*, А. Г. Морозов**, П. А. Юнин***,

Л. А. Смирнова*, И. Д. Гришин ***

*Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

**Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук, Нижний Новгород

***Институт физики микроструктур Российской академии наук, Нижний Новгород,

Поступила в редакцию 08.10.2014 г. Принята в печать 12.01.2015 г.

Получены композиционные материалы на основе хитозана с полилактидом в присутствии компа-тибилизатора — блок-сополимера хитозана с лактидом, ю (полилактид) = 20 мас. %. Рассчитаны параметры растворимости гомополимеров и обоснована возможность получения гомогенных композиционных материалов на их основе. Определена оптимальная концентрация компатибилизатора (10 мас. %), обеспечивающая совместимость гомополимеров в широком интервале их соотношений. Введение полилактида в хитозан в присутствии компатибилизатора приводит к увеличению прочности до 40 МПа, а величины деформации до 13.4 % по сравнению с исходным хитозаном. Все композиции являются биоразлагаемыми.

БО1: 10.7868/82308113915030080

ВВЕДЕНИЕ

Получение новых биоразлагаемых и биосовместимых полимерных материалов для изготовления пленкообразующих, перевязочных, ранозаживляю-щих материалов, имплантов и носителей лекарственных препаратов пролонгированного действия в настоящее время является актуальным. Перспективным в этом отношении представляется создание биосовместимых композиционных материалов с заданными свойствами на основе биополи-мера—хитозана и синтетического полимера — полилактида [1—4].

Хитозан — ф-(1 ^ 4)-2-амино-2-дезокси-Э-глюкоза) — линейный полисахарид — продукт частичного деацетилирования природного полимера хитина. Хитин — второй после целлюлозы по распространенности в природе полисахарид. Сырьевые источники хитина и хитозана являются возобновляемыми и практически неисчерпаемыми. Сегодня наиболее доступным источником получения хитина и хитозана можно назвать пан-

1 Работа выполнена при финансовой поддержке фонда Министерства образования и науки (код проекта 1537) и частичной поддержке гранта между Министерством образования и науки и Нижегородским государственным университетом (соглашение от 27.08.2013 № 02.В.49.21.0003).

E-mail: tsverovanady@mail.ru (Цверова Надежда Евгеньевна).

цири промысловых ракообразных. Общая продукция хитина в мировом океане оценивается в 2.3 млрд тонн в год, что может обеспечить потенциал производства 150—200 тыс. тонн хитина в год [3, 5].

Благодаря биосовместимости с тканями человека, нетоксичности, гипоаллергенности, бакте-риостатичности и бактерицидным свойствам, способности усиливать регенеративные процессы при заживлении ран, а также биологическому разложению хитозан представляет большой интерес для получения изделий и препаратов биомедицинского назначения. Для расширения сферы использования хитозана и материалов на его основе необходима его модификация, что, в частности, связано с нерастворимостью в водных средах и хрупкостью этого полимера [3, 5].

Среди синтетических биоразрушаемых полимеров наиболее широко применяемых в клинической практике, выделяются полиэфиры — полилактид, полигликолид и их сополимеры. На их основе производят рассасывающиеся хирургические нити "Dexon" и "Vicryl". Нити легко завязываются в эластичные, прочные, нерастягивающи-еся хирургические узлы. Однако они не свободны от ряда существенных недостатков, среди которых непредсказуемая деградация в условиях организма, зависящая от плотности, размера, формы и пористости полимерного изделия, а также из-

менение рН окружающей среды при биодеградации нити. Это ограничивает область их применения в качестве биомедицинских материалов широкого назначения [6].

Сочетание полезных свойств обоих компонентов определяет перспективу получения на основе природного биополимера хитозана и полилакти-да изделий и препаратов биомедицинского назначения, которое может быть реализовано путем привитой, блок-сополимеризации, а также приготовления смесевых композиций на основе го-мополимеров [3, 7, 8].

Цель настоящей работы — получение гомогенных композитов на основе смеси хитозана и по-лилактида с различным соотношением компонентов и изучение их свойств.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали хитозан (Открытое акционерное общество "Биопрогесс", Россия) с М = 1.2 х 105 и степенью деацетилирования 0.82. Молекулярную массу хитозана определяли вис-козиметрическим методом на вискозиметре Уббелоде при температуре 21°C. Расчет проводили по уравнению Марка—Куна—Хаувинка [п] = = 3.41 х 10-3 М102, растворителем служила смесь 0.33 моль /л уксусной кислоты и 0.3 моль/л NaCl [9].

Поли(Э^-лактид) c М = 9 х 104 (предоставлен лабораторией органических производных непереходных металлов Института металлоорганиче-ской химии им. Г. А. Разуваева РАН) растворялся в диоксане и тетрагидрофуране.

Блок-сополимеры хитозана с лактидом с различным соотношением компонентов получали методом ультразвуковой деструкции растворов смесей гомополимеров в течение 30 мин при v = = 21.5 кГц и апробировали в качестве компатиби-лизаторов на смесевых композициях хитозана с полилактидом [10].

Для приготовления растворов хитозана, содержащих от 1 до 50 мас. % полилактида, к 3 мас. % раствору хитозана в 1.2 мас. % водной уксусной кислоте добавляли расчетное количество поли-лактида в тетрагидрофуране (1.5 мас. %).

Гомогенность растворов исследовали спектро-фотометрическим методом [11]. Спектры в видимой и УФ-областях регистрировали на спектрофотометре UV-1650 ("Shimadzu").

Композиции на основе хитозана и полилакти-да при их различных соотношениях получали без и с использованием компатибилизатора. Пленки готовили методом полива из соответствующих растворов полимеров на стеклянную подложку. Исследовали физико-механические свойства пленок, биосовместимость композиций in vivo на экспериментальных животных.

Определение физико-механических характеристик образцов проводили на универсальной разрывной машине "ZWICK/R0ELLZ005". Растяжение пленок происходило с постоянной скоростью 50 мм/мин и автоматической регистрацией деформации s и напряжения а = F / S, где F — приложенная сила, S — площадь поперечного сечения образца.

Эксперимент по рентгенофазовому анализу выполняли на рентгеновском дифрактометре "Bruker D8 Discover", с использованием CuK излучения. Пленки измельчали и помещали в кювету из плавленого кварца. Съемку дифракто-грамм проводили для углового диапазона 10°— 60° по углу дифракции 29 в симметричной геометрии со щелью 0.6 мм на первичном пучке и линейным позиционно-чувствительным детектором LynxEye.

Биодеградацию полученных композиций in vivo исследовали на лабораторных животных. Длительность эксперимента составляла 2 месяца.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В настоящее время широко используют и активно исследуют полимерные смеси на основе двух- и более гомополимеров. Традиционно смеси синтетических полимеров получают либо смешением расплавов, либо растворов гомополиме-ров. Получить смесевую композицию хитозана и полилактида через расплав практически невозможно. Гомополимеры существенно отличаются по Tg, а при T > 230°C наблюдается деструкция хитозана [4]. Поэтому в данном случае получение смесей возможно только через смешение растворов гомополимеров. При этом встает вопрос о совместимости этих двух полимеров и подборе соответствующего растворителя.

Для оценки совместимости полимеров можно использовать значение параметра растворимости 8. Как правило, система гомогенна, если 8п1 — 8п2 < 2, где 8п1 и 8п2 — параметры растворимости полимера 1 и 2 соответственно. Расчет параметров растворимости хитозана и полилактида выполняли по Аскадскому:

52 =

E*

X

I=0

где N — постоянная Авогадро, А V — инкремент ван-дер-ваальсового объема атомов /-ого вида, Е* — энергия когезии. Значение Е* — величина адди-

тивная E* = ^ A E¡.

i=0

Здесь АЕ,- — вклад каждого атома и типа межмолекулярного взаимодействия в значение Е* [12-14].

216

ЦВЕРОВА и др.

3750 2750 1750 750

V, см-1

Рис. 1. ИК-спектры фильтрата (1) и высушенного образца комплекса хитозан—полилактид, выпавшего в осадок (2).

Для полилактида: Зполилактид = 8.5 [(кал/см3)1/2], для хитозана: 8ХИтозан= 9.1[(кал/см3)1/2], т.е. Зхитозан -— 8полилактид < 2, оба полимера имеют достаточно близкие параметры растворимости, что указывает на их возможную совместимость. Необходимо было подобрать смешанный растворитель, обеспечивающий совмещение гомополимеров для приготовления гомогенной системы. Однако, хи-тозан растворим в водных растворах разбавленных кислот (нерастворитель для полилактида), а полилактид — в тетрагидрофуране (нерастворитель для хитозана). В связи с этим, исследовано влияние тетрагидрофурана на устойчивость растворов хитозана (3 мас. % в 1.2 мас. % СН3СООН). О качестве растворителя и совместимости растворов полимеров можно судить по их светопропус-канию (оптической плотности) [11]. Методом УФ-спектроскопии было показано, что при добавлении тетрагидрофурана вплоть до 30 об. % в уксуснокислый раствор хитозана (%) светопро-пускания смеси остается постоянным. Аналогично исследовали влияние 1.2 мас. % водного раствора уксусной кислоты на устойчивость раствора полилактида в тетрагидрофуране. Показано, что при его добавлении вплоть до 10 об. % к раствору полилактида (%) светопропускания смеси остается постоянным. Полученные результаты были использованы для приготовления гомогенных систем хитозана с полилактидом в смешанном растворителе из соответствующих растворов.

В раствор хитозана при непрерывном перемешивании вводили раствор полилактида в тетрагидрофуране. Система оставалась оптически прозрачной вплоть до содержания полилактида до

10 мас. %. При дальнейшем увеличении массовой доли полилактида наблюдали помутнение раствора и выпадение осадка. Последнее обусловлено, на наш взгляд, образованием интерполимерного комплек

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»