Химия и химические технологии/1.Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

Тумабаева А.М., Мун Г.А.

Казахский национальный университет им. аль-Фараби,

ул. Карасай батыра 95 а, 050012 г. Алматы, Республика Казахстан

СТИМУЛЧУВСТВИТЕЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ ТРЕХМЕРНОСШИТЫХ СОПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ АКРИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ

В последние десятилетия получило интенсивное развитие новое перспективное направление – дизайн и исследование «интеллектуальных» или стимулчувствительных материалов, способных реагировать на внешнее воздействие в виде различного рода энергии заранее запрограммированным образом, то есть проявлять «интеллект» /1/. В ответ на небольшие изменения условий окружающей среды (температуры, рН, ионной силы, электрического поля, и т.д.) водорастворимые полимеры претерпевают конформационные переходы и могут образовать новую фазу, а полимерные гидрогели (ПГ) - обратимо изменять в широких пределах параметры набухания.

В настоящей работе получены стимулчувствительные полимерные гидрогели трехмерной радикальной сополимеризацией в этаноле 2-гидроксиэтилакрилата (ГЭА), метилакрилата (МА) и акриловой кислоты (АК) с использованием N-метиленбисакриламида в качестве сшивающего агента (СА). Незначительное изменение выхода гель фракции и уменьшение степени набухания с увеличением концентрации акриловой кислоты в исходной мономерной смеси (ИМС) можно объснить активностью АК в ИМС (рис. 1). В связи с тем, что АК является более активным мономером, увеличение ее концентрации повышает степень сшивания гидрогеля, что приводит к слабому набуханию.

Для полученных новых сшитых сополимеров изучено поведение набухания в зависимости от рН, ионной силы и температуры окружающей среды. Как видно из данных рисунка 2, для полимерных сеток сополимеров (СПЛ) ГЭА-МА-АК характерно явление рН-индуцируемого коллапса, т.е. достаточно резкого уменьшения объема в относительно узком изменении рН среды. Показано, что рН фазового перехода гидрогелей из набухшего в сколлапсированное состояние удается регулировать варьированием содержания ионногенных (АК) и гидрофобных (МА) звеньев в составе сшитых СПЛ.

Рисунок 1. Зависимость выхода гель фракции (1) и степени набухания (2) от концентрации АК в ИМС ГЭА:МА:АК=90:10:5 [БисАА]=0,1 мол.%; [ДАК]=0,01 моль/л, растворитель – этанол (70 объ.%), tсинтез=1 час.	Рисунок 2. Кинетика набухания гидрогелей сополимеров в зависимости от рН среды ГЭА:МА:АК=90:10:5; вода (1); рН=5,0 (2); 4,5 (3); 4,0 (4); 3,5 (5).

Установлено, что с повышением температуры гель может подвергаться либо монотонному набуханию, либо контракции с последующим набуханием (рис. 3). При определенных условиях для геля ГЭА:МА:АК становится характерным осциллирующее поведение набухания, при котором с повышением температуры наблюдается несколько циклов контракция-набухание из-за структурной неоднородности гидрогелей.

Рисунок 3. Набухающее поведение гидрогелей сополимеров в зависимости от температуры [ГЭА-МА]:АК=90:10:5 (1); 90:10:10 (2); 85:15:5 (3); 85:15:10 (4).

Для выявления влияния ионной силы раствора изучено набухающее поведение полиэлектролитных гидрогелей в растворе низкомолекулярных солей. Из рисунка 4 видно, что с уменьшением ионной силы гидрогель ГЭА:МА:АК подвергается контракции, за счет подавления полиэлектролитного эффекта.

Рисунок 4. Кинетика набухания полиэлектролитного геля в зависимости от ионной силы раствора [ГЭА-МА]:АК =90:10:5; µ=0,005 (1); 0,01 (2); 0,05 (3); 0,1 (4).

Эти уникальные свойства, легкость и простота контроля, а также возможность наблюдения за системой невооруженным глазом создают большие перспективы для применения данных материалов в системах контролируемого высвобождения лекарственных веществ /2-3/, биотехнологии, технологии очистки и обогащения /4/, стабилизации коллоидных систем /5,6/. Большой интерес для исследователей представляют стимулчувствительные гидрогели в силу их успешного применения в различных областях, начиная от биомедицины и фармацевтики, и заканчивая применением в промышленности /7/.

Литература:

1 Филиппова О.Е. «Восприимчивые» полимерные гели // Высокомолек.соед.-2000. - Т.43, №12. - С.2328-2352.

2 Chilkoti A., Dreher M.R., Meyer D.E., Raucher D. Targeted drug delivery by thermally responsive polymers // Adv. Drug. Deliv. Rev.- 2002.-V. 54.- Р.613-630.

3 Hayashi H., Kono K., Takagishi T. Temperature Sensitization of Liposomes Using Copolymers of N-Isopropylacrylamide // Bioconjugate Chem.-1999.- V.10.-Р.412-418.

4 Eeckman F., Moеs A.J., Amighi K. Evaluation of a new controlled-drug delivery concept based on the use of thermoresponsive polymers // Int. J. Pharm.-2002.- V.241.- P.113-125.

5 Galaev I.Yu., Mattiasson B. Thermoreactive water-soluble polymers, nonionic surfactants, and hydrogels as reagents in biotechnology // Enzyme and Microbial Technology.-1993.- V.15. - Р.354-366.

6 Koh A.Y.C., Saunders B.R. Thermally induced gelation of an oil-in-water emulsion stabilised by a graft copolymer // Chem. Commun.-2000.- V.24.- Р.2461-2462.

7. Park K. Preface to issue // Adv. Drug Deliv. Rev.-2002.- V.54.- Р.1-3.