авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Физико-химические характеристики материалов на основе диоксида кремния и особенности адсорбции альбумина на их поверхностях

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Куликова Галина Александровна

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ

НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ И ОСОБЕННОСТИ АДСОРБЦИИ АЛЬБУМИНА НА ИХ ПОВЕРХНОСТЯХ

02.00.04 – физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Иваново 2010

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии растворов РАН

Научный руководитель:

кандидат химических наук,

старший научный сотрудник Парфенюк Елена Владимировна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Шабанова Надежда Антоновна

доктор химических наук, профессор Клюев Михаил Васильевич

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина

Защита состоится « » декабря 2010 г. в ____ часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 002.106.01 при Учреждении Российской академии наук Институте химии растворов РАН, 153045, г. Иваново, ул. Академическая, д.1.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института химии растворов РАН по адресу: 153045, г. Иваново, ул. Академическая, д.1.

Автореферат разослан «____» ________ _____2010 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских диссертаций Антина Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из важнейших направлений развития современной биотехнологии является разработка транспортных систем для доставки лекарственных препаратов к клеткам-мишеням. Это связано с тем, что лекарственные транспортные системы способствуют целенаправленной доставке препарата, могут облегчить проникновения препарата внутрь клетки, доставить его дозировано, обеспечить его пролонгированное действие. Важнейшей группой лекарственных препаратов являются иммуномодуляторы – природные или синтетические вещества, часто имеющие белковую природу. Для создания транспортной системы для белкового препарата необходимо подобрать подходящую матрицу для его иммобилизации. В качестве такой матрицы нередко предлагаются частицы аморфного диоксида кремния (Smirnova I., Mamic J., Arlt W. Langmuir, 2003; Pasqula L., Cundari S., Ceresa C., G. C. Curr. Med. Chem. 2009; Ahola M., Kortesuo P., Kangasniemi I., Kiesvaara J., Yli-Urpo A. Int. J. Pharm. 2000), который в настоящее время широко используется клинически. Наиболее простым методом иммобилизации лекарственного препарата является его адсорбция на поверхности диоксида кремния. Количественные и качественные характеристики адсорбции белка будут в значительной степени определяться химической природой поверхности. Поэтому закрепление на поверхности диоксида кремния слоя химически привитых функциональных групп различной природы открывает богатые возможности контролирования процесса адсорбции препарата на поверхности носителя, что позволяет осуществить выбор носителя с оптимальными свойствами. В настоящее время, несмотря на многочисленные экспериментальные работы в этой области, систематические исследования, посвященные данной проблеме, отсутствуют. В литературе содержатся отдельные сведения о том, как влияет модификация поверхности диоксида кремния на физические свойства частиц. Имеется разрозненная информация о количественных и качественных характеристиках адсорбции белковых молекул на поверхности гидрофильных и гидрофобных частиц, часто принципиально отличающихся природой своей матрицы. Поэтому для решения указанной биомедицинской проблемы всестороннее исследование влияния физико-химических особенностей поверхности частиц диоксида кремния на адсорбцию лекарственного препарата белковой природы является актуальной проблемой. В данной работе указанные исследования проведены на модельном соединении иммуномодулятора – человеческом сывороточном альбумине.



Цель работы заключается в исследовании влияния химической природы поверхности материалов на основе диоксида кремния на их физико-химические свойства и адсорбцию человеческого сывороточного альбумина с целью разработки носителя для лекарственного препарата белковой природы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • синтезировать образцы диоксида кремния с различными функциональными группами на поверхности, исследовать поверхностные свойства полученных материалов и определить размеры их частиц;
  • изучить влияние поверхностных функциональных групп диоксида кремния на количество адсорбированного белка, на структурные изменения белка, вызванные адсорбцией, на тепловые эффекты взаимодействия белка с поверхностями синтезированных материалов;
  • выявить наиболее перспективный носитель для создания транспортной системы лекарственного препарата белковой природы.

Научная новизна. В представленной работе впервые синтезирован ряд материалов на основе аморфного диоксида кремния с различными функциональными группами на поверхности (амино-, гидроксильные, метильные группы), имеющие определенные поверхностные характеристики (удельную поверхность, размер, форму и объем пор), а также размер частиц. Установлены закономерности влияние химического модифицирования на параметры пористой структуры полученных материалов. Впервые проведено всестороннее систематическое изучение процесса адсорбции человеческого сывороточного альбумина на материалах диоксида кремния с различными по природе поверхностными функциональными группами, которое дает информацию о том, в каком количестве, в каком виде и с какой энергией белок адсорбируется на указанных материалах. Рассчитана и проанализирована максимальная адсорбционная емкость полученных материалов по отношению к человеческому сывороточному альбумину. В результате проведенных исследований впервые показано, что белок в составе композита с диоксидом кремния, модифицированного первичными аминогруппами, может частично сохранять свои функциональные свойства при достаточно высокой величине адсорбции белка. Впервые определены тепловые эффекты адсорбции белка на синтезированных материалах. Полученные результаты позволили выделить АПТЭС-модифицированный и ПЭИ-модифицированный диоксид кремния как перспективные носители лекарственного препарата белковой природы.

Практичная значимость. Синтезированные материалы на основе диоксида кремния с указанными характеристиками поверхности и термостабильности и предложенные в работе подходы к выбору оптимальных адсорбентов могут найти применение в промышленности, биотехнологии, медицины, фармацевтики при разработке функциональных материалов с заданными свойствами. Они могут быть также использованы при разработке катализаторов, поглотителей, стационарных фаз для хроматографических колонок и пр. Данные по количественным и качественным характеристикам адсорбции белка могут найти применение при создании новых материалов медицинского назначения, например, биосенсоров, иммуноадсорбентов, биосовместимых материалов для имплататов, носителей для лекарственных препаратов белкового происхождения. На основе полученных результатов в настоящее время ведется разработка лекарственной транспортной наносистемы для лечения эндометриоза.

Достоверность полученных результатов работы обеспечена использованием прецизионного современного оборудования при проведении эксперимента, согласованностью выводов, полученных с помощью различных методов исследования, между собой и с положениями физической химии.

Вклад автора состоит в подготовке и проведении эксперимента, обработке экспериментальных данных и анализе полученных результатов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на III, IV Региональных конференциях молодых ученых «Теоретическая экспериментальная химия жидкофазных систем» (Иваново 2008, 2009гг.), первом Международном форуме по нанотехнологиям (Москва 2008 г.), V Международной научной конференции «Кинетика и механизмы кристаллизации для нанотехнологий, техники и медицины» (Иваново 2008г.), VI Международной научной конференциии «Кинетика и механизмы кристаллизации. Самоорганизация при фазообразовании» (Иваново 2010г.), I, II Международных научных конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии» (Плёс 2008г., 2010г.), I Международной научной школе «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах» (Москва 2009г.), Второй конференции с элементами научной школы для молодежи «Органические и гибридные наноматериалы» (Иваново 2009г.), 13 Пущинской международной школе-конференции молодых ученых «Биология – наука ХХI века» (Пущино 2009г.), III Всероссийской конференции «Высокие медицинские технологии – 2009» (Москва 2009г.), Всероссийской конференции «Физико-химические аспекты технологии наноматериалов, их свойства и применение» (Москва 2009г.), Всероссийской конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» с элементами научной школы для молодежи (Москва 2009г.), конференции молодых ученых секции ученого совета ИФХЭ РАН «Физикохимия нано- и супрамолекулярных систем – 2009» (Москва 2009г.), III Международной конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» с элементами научной школы для молодежи (Суздаль 2010г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 6 статьях, опубликованных в журналах, включенных в Перечень ведущих рецензируемых журналов и изданий, рекомендованных ВАК Российской Федерации для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, а также в тезисах 19 докладов на конференциях различного уровня.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 138 страницах, содержит 13 таблиц, 31 рисунок, 6 схем и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, основных результатов и выводов, библиографического списка, содержащего 214 ссылок на цитируемые литературные источники.

Работа поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований № 09-03-97513 р_центр_а.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности исследуемой темы, сформулирована цель работы, охарактеризована научная новизна и практическая значимость.

Глава 1. (Литературный обзор) посвящена обзору литературных данных и состоит из нескольких подразделов. В первых трех рассмотрены структура и физико-химические свойства частиц высокодисперсного диоксида кремния, методы синтеза. Обсуждены различные факторы, влияющие на свойства частиц, а также способы модификации различными функциональными группами. Следующие подразделы посвящены рассмотрению вопроса адсорбции белков из растворов на твердых поверхностях. Рассмотрено влияние химических свойств поверхности, а также природы белка. Обсуждены структурные изменения белка, вызванные адсорбцией и термодинамические характеристики адсорбированного белка.

Глава 2. (Экспериментальная часть) В данном разделе диссертационной работы охарактеризованы используемые в работе реактивы, приводятся методики синтеза немодифицированного и модифицированных различными функциональными группами частиц диоксида кремния.

Описана методика проведения процесса адсорбции и десорбции человеческого сывороточного альбумина на синтезированных материалах. Приведено описание физико-химических методов исследования полученных материалов и их композитов с белком (ИК- УФ- и фотонно-корреляционная спектроскопия, атомная силовая микроскопия, рентгенофазовый анализ, метод низкотемпературной адсорбции/десорбции азота, элементный анализ, термогравиметрия, дифференциальная сканирующая калориметрия и калориметрия растворения), а также характеристики используемого оборудования и оценка погрешностей полученных величин. Здесь же приведены результаты некоторых физико-химических методов анализа исследуемых объектов (данные элементного анализа, ИК- и УФ-спектроскопии, калориметрии растворения).

Глава 3. (Обсуждение результатов) включает два основных подраздела. Один из них посвящен обсуждению физико-химических характеристик синтезированных порошков, другой – исследованию процесса адсорбции человеческого сывороточного альбумина на полученных материалах и их композитов с адсорбированным белком.

3.1. Свойства порошков диоксида кремния.

Введение функциональных групп в матрицу диоксида кремния доказано с помощью ИК-спектров и методом элементного анализа.

Рис. 1. ИК-спектры порошков немодифицированно-го диоксида кремния (1),

ПЭИ-модифицирован-ного диоксида крем-ния (2),

АПТЭС-модифициро-ванного диокида кремния (3) метилмодифицированного диокида кремния (4).

Данные элементного анализа также свидетельствуют об успешном химическом модифицировании поверхности диоксида кремния.

Таблица 1. Данные элементного анализа синтезированных порошков диоксида кремния

Образец Азот (N)% Углерод (C)% Кислород (O)% Водород (H)%
Немодифицированный диоксид кремния 0.008 0.785 0.362 0.178
АПТЭС-модифицированный диоксид кремния 2.976 9.474 5.772 2.684
ПЭИ-модифицированный диоксид кремния 8.942 17.486 14.825 4.471
Метилмодифицированный диоксид кремния 0.000 3.393 5.139 0.983




Из данных элементного анализа было рассчитано количество функциональных групп, приходящихся на грамм и на м2 поверхности синтезированных материалов. Полученные данные представлены в табл. 2.

Таблица 2. Количество функциональных групп, приходящихся на грамм и на м2 поверхности синтезированных материалов

Образец Количество групп (ммоль·г-1) Количество групп (ммоль·м-2)
Немодифицированный диоксид кремния 1,78 0,016
АПТЭС-модифицированный диоксид кремния 2,13 0,025
ПЭИ-модифицированный диоксид кремния 6,39 0,532
Метилмодифицированный диоксид кремния 2,83 0,003

Таким образом, частицы синтезированных материалов можно схематично представить как:

Методом низкотемпературной адсорбции/десорбции азота были получены физические параметры поверхности порошков указанных синтезированных материалов.

Таблица 3. Параметры пористой структуры синтезированных порошков

№ образца Диоксид кремния Удельная поверхность, м2·г-1 Объем пор, см3·г-1 Средний размер пор, нм
1 Немодифицированный 108 1.07 33
2 АПТЭС-модифицированный 85 0.81 33
3 ПЭИ-модифицированный 12.2 0.04 -
4 метилмодифицированный 811 0.95 4

Погрешность в определении величин удельной поверхности не превышала 2 %.

Как следует из данных табл. 3, ПЭИ-модифицированный диоксид кремния можно отнести к непористым материалам. Этот порошок имеет низкую удельную поверхность и малый объем пор. Остальные образцы, согласно рекомендациям Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC) относятся к мезопористым. Модификация частиц диоксида кремния аминогруппами приводит к уменьшению удельной площади поверхности и пористости материалов. Однако следует отметить, что введение метильных групп на поверхность частиц диоксида кремния приводит к резкому увеличению удельной площади поверхности и уменьшению среднего размера пор.

Изотермы адсорбции для пористых и непористых адсорбентов существенно различаются друг от друга (рис.2). Изотермы адсорбции для немодифицированного, АПТЭС-модифицированного и метилмодифицированного диоксида кремния имеют

 Изотермы адсорбции/десорбции-1

Рис. 2. Изотермы адсорбции/десорбции азота для

1-ПЭИ-модифицированного диоксид кремния,

2-АПТЭС-модифицированного диоксида кремния,

3-немодифицированного диоксида кремния,

4-метилмодифицированного диоксида кремния.

гистерезисные петли различного вида. Согласно классификации IUPAC гистерезисы для АПТЭС-модифици-рованного и немодифицированного диоксида кремния относятся к Н3 типу, т.е. эти материалы имеют поры по форме ближе к щелевидным. Метилмодифицированный диоксид кремния имеет поры в форме «бутылочного горлышка» (петля гистерезиса типа Н2).

Рентгенографическое исследование показало, что порошки имеют аморфную структуру. Об этом свидетельствует отсутствие на рентгенограммах ярко выраженных пиков, характеризующих кристалличность, и наличие широкой полосы («гало»), присущей аморфной фазе.

Важнейшей характеристикой материалов является их термическая устойчивость. Термогравиметрическим методом была оценена температурная устойчивость каждого образца. Полученные результаты приведены в табл. 4.

Таблица 4. Температуры пиков ДТА синтезированных материалов

ПЭИ-модифицированный диоксид кремния АПТЭС-модифицированный диоксид кремния Метилмодифицированный диоксид кремния
225 0С 323 0С 535 0С


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.