Полимерные гидрогели на основе сшитого поливинилового спирта
Синтез модифицированного полимера на основе поливинилового спирта, содержащего в боковой цепи группы, содержащие кратные связи, в количестве, достаточном для образования трехмерной пространственной структуры в результате сшивки по свободно-радикальному механизму при незначительном изменении физико-химических и токсикологических свойств модифицированного полимера, по сравнению с исходным… Читать ещё >
Содержание
- 1. ВВЕДЕНИЕ
- 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
- 2. 1. Полимерные гидрогели — основные понятия
- 2. 2. Вода в гидрогелях
- 2. 3. Равновесное набухание полимерных гелей
- 2. 3. 1. Полимерная составляющая осмотического давления
- 2. 3. 2. Ионный вклад в осмотическое давление 18 2.3.3 Упругость полимерных сеток
- 2. 4. Структура и свойства поливинилового спирта
- 2. 5. Структурообразование в растворах поливинилового спирта
- 2. 5. 1. Физические гидрогели поливинилового спирта
- 2. 5. 2. Использование низкомолекулярных сшивающих агентов для создания гидрогелей поливинилового спирта
- 2. 5. 3. Радиационная сшивка гидрогелей поливинилового спирта
- 2. 5. 4. Использование химически модифицированного поливинилового спирта для создания полимерных гидрогелей
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. 37 3.1. Изучение процесса модификации поливинилового спирта. 3 8 3.2 Изучение процесса радиационно-химического синтеза сшитых гидрогелей на основе модифицированного поливинилового спирта
3.2.1 Влияние дозы у-облучения на выход гель-фракции
3.2.2 Влияние концентрации реакционной системы на выход гель-фракции
3.3. Изучение процесса синтеза гидрогелей при вещественном инициировании.
3.3.1 Влияние концентрации реакционной системы на выход гель-фракции
3.3.2 Влияние количества инициатора на выход гель-фракции.
3.4. Оценка параметров структуры сетки полимерных гидрогелей
3.4.1. Определение степени сшивания сетки по модулю упругости гидрогеля в состоянии его приготовления
3.4.2. Сопоставление результатов с предсказаниями для идеальной сетки
3.4.3. Влияние концентрации макромера при гелеобразовании на модуль сдвига и степень сшивания
3.4.4. Влияние концентрации инициатора на модуль гидрогеля при приготовлении
3.4.5. Влияние степени замещения на модуль упругости при приготовлении
3.4.6. Корреляциия между модулем упругости и степенью набухания при равновесии
3.4.7. Корреляция между степенью равновесного набухания и степенью полимеризации межузловых цепей 73 3.4.8 Зависимость равновесной степени набухания от концентрации низкомолекулярных электролитов
3.4.9. Оценка параметра Флори-Хаггинса.
3.4.10. Оценка степени ионизации.
3.4.11. Определение степени сшивания сетки по равновесному набуханию
3.5. Синтез гелей, содержащих иммобилизованный лекарственный препарат и исследование динамики его выделения.
3.6. Изучение возможности использования полимерных гидрогелей для создания композитных материалов на основе активных фосфатных стёкол.
3.7. Изучение биосовместимости полимерных гидрогелей.
3.7.1. Изучение поведения гидрогелей при имплантации
3.7.2. Изучение выживаемости клеток в изотропном гидрогеле при его имплантации.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
4.1. Характеристика исходных веществ.
4.2. Исследование процесса модификации поливинилового спирта
4.2.1 Модификация поливинилового спирта.
4.2.2 Анализ состава модифицированного полимера.
4.3. Изучения процесса формирования полимерных гидрогелей.
4.3.1. Радиационная полимеризация.
4.3.2. Полимеризация в присутствии инициаторов радикальной полимеризации.
4.4. Оценка параметров структуры сетки полимерных гидрогелей.
4.4.1. Измерение модуля сдвига образцов гидрогелей
4.4.2. Определение равновесной степени набухания гелей.
4.5. Синтез полимерных гидрогелй, содержащих включенный лекарственный препарат.
4.6. Получение и исследование композитных материалов на основе активных фосфатных стёкол
4.6.1. Приготовление стекла КФ
4.6.2. Формирование композитного материала
4.6.3. Определение свойств композитных материалов
4.6.4. Определение pH и динамики выделения ионов из образцов при их термостатирование в воде
4.6.5. Определение прочности образцов композитных материалов при изгибе
5. ВЫВОДЫ
Список литературы
- Shtilman M.I. Immobilization on polymers. VSP: Utreht-Tokyo.- 1993. -479 p.
- Wichterle O., Lim D. Hydrophilic gels in biologic use //Nature.- I960.- Vol. 185.- P. 117.
- Galaev I.Yu., Mattiasson B. 'Smart' polymers and what they could do in biotechnology and medicine// Tibtech August.- 1999.-Vol. 17.- P. 335−340
- Ruel-Gariepy E., Leroux J. In situ-forming hydrogels—review of temperature-sensitive systems // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics.- 2004.- Vol. 58.- P. 409−426
- Hydrogels in medicine and pharmacy. In: Peppas NA, editor. Properties and applications, V. 3. Boca Raton: CRC Press, 1987
- Muhlebach A, Muller B, Pharisa C, Hofmann M, Seiferling B, Guerry D. // Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry.- 1997.- V.35.- P. 3603−3611
- Папков С.П. Студнеобразное состояние полимеров. М., 1974, 256 с.
- Prestwich G.D., Marecak D.M., Marecak J.F., Vercruysse K.P., Ziebell M.R. Controlled chemical modification of hyaluronic acid // J. Controlled Release.-1998.- Vol. 53.- P. 93−103.
- Nakamae K., Miyata Т., Jikihara A., Hoffman A.S. Formation of poly (glucosyloxyethyl methacrylate)-concanavalin A complex and its glucose sensitivity // J. Biomater. Sci. Polym. Ed.- 1994.- Vol. 6.- P. 79−90.
- Morris J.E., Fischer R., Hoffman A.S. Affinity precipitation of proteins with polyligands//Anal. Biochem.- 1993.- Vol. 41.- P. 991−997.
- Flory P. J. Principles of Polymer Chemistry. Ithaca- New York: Cornell Univ. Press, 1953.
- Flory P. J., Rehner J. Statistical mechanics of cross-linked polymer networks. II. Swelling. J. Chem. Phys. 1943. v. 11, No. 11, p. 521−6
- Katchalsky A., Lifson S., Eisenberg H. Equation of swelling for polyelectrolyte gels. J. Polym. Sci. 1951, v. 7, No. 5, p. 571−4
- Katchalsky A., Michaely I. Polyelectrolyte gels in salt solutions. J. Polym. Sci. 1955, v. 15, No. 79, p. 69−86
- Hasa J., Ilavsky M., Dusek K. Deformational, swelling, and potentiometric behavior of ionized poly (methacrylic) acid gels. I. Theory. J. Polym. Sci. Polym. Phys. Ed. 1975, v. 13, No. 2, p. 253−62.
- Khokhlov A. R. Swelling and collapse of polymer networks. Polymer. 1980, v. 21, No. 4, p. 376−80.
- Хохлов A.P. К теории упругих свойств полимерных сеток. Высокомолек. соед., Б. 1980, т. 22, № 10, с. 736−9.
- Ricka J., Tanaka Т. Swelling of ionic gels: quantitative performance of the Donnan theory. Macromolecules. 1984, v. 17, No. 12, p. 2916−21.
- Василевская В. В., Хохлов А. Р. Влияние соли на коллапс заряженных полимерных сеток. Высокомолек. соед., А. 1986, т. 28, № 2, с. 316−20
- Konak С, Bansil R. Swelling equilibria of ionized poly (methacrylic acid) gels in the absence of salt. Polymer. 1989, v. 30, No. 4, p. 677−80
- Zhao Y., Eichinger В. E. Study of solvent effects on the dilation modulus of poly (dimethylsiloxane). Macromolecules. 1992, v. 25, No. 25, p. 6988−95
- Zhao Y., Eichinger В. E. Theoretical interpretation of the swelling of elastomers. Macromolecules. 1992, v. 25, No. 25, p. 6996−7002
- Wilder J., Vilgis T. A. Elasticity in strongly interacting soft solids: a polyelectrolyte network. Phys. Rev. E. 1998, v. 57, No. 6, p. 6865−74
- Obukhov S. P., Rubinstein M., Colby R. H. Network modulus and superelasticity. Macromolecules. 1994, v. 27, No. 12, p. 3191−8
- Rubinstein M., Colby R. H., Dobrynin A. V., Joanny J.-F. Elastic modulus and equilibrium swelling of polyelectrolyte gels. Macromolecules. 1996, v. 29, No. l, p. 398−406
- Hasa J., Ilavsky M., Dusek K. Deformational, swelling, and Potentiometrie behavior of ionized poly (methacrylic) acid gels. I. Theory. J. Polym. Sei. Polym. Phys. Ed. 1975, v. 13, No. 2, p. 253−62
- Гросберг А. Ю., Хохлов A. P. Статистическая физика макромолекул. Москва: Наука, 1989
- Geissler Е., Hecht А.-М., Horkay F., Zrinyi M. Compressional modulus of swollen Polyacrylamide networks. Macromolecules. 1988, v. 21, No. 8, p. 2594−9
- Horkay F., Hecht A.-M., Geissler E. Effect of cross-links on the swelling equation of state: Polyacrylamide hydrogels. Macromolecules. 1989, v. 22, No. 4, p. 2007−9
- Cohen Y., Ramon O., Kopelman I. J., Mizrahi S. Characterization of inhomogeneous Polyacrylamide hydrogels. J. Polym. Sei. Part В: Polym. Phys. 1992, v. 30, No. 9, p. 1055−67
- Де Жен П. Концепция скейлинга в физике полимеров. Москва: Мир, 1982
- Bahar T., Erman В. Osmotic compressibility and mechanical moduli of swollen polymeric networks. Macromolecules. 1987, v. 20, No. 7, p. 1696−1701
- Василевская В. В. Влияние осмотического давления контрионов на конформацию и растворимость полиэлектролитов. Дис.. доктора физ.-мат. наук, Москва: ИНЭОС РАН, 2001
- Yin Y.-L., Prud’homme R. К. Donnan equilibrium of mobile ions in polyelectrolyte gels. Polym. Prepr. Am. Chem. Soc. 1992, v. 33, No. 2, p. 507−8
- Barrat J.-L, Joanny J.-F. Theory of polyelectrolyte solutions. In: Advances in chemical physics, v. XCIV. Ed. by Prigogine I., Rice S. A. John Wiley, 1996, p. 166
- Joanny J.-F., Pincus P. Electrolyte and polyelectrolyte solutions: limitations of scaling laws, osmotic compressibility and thermoelectric power. Polymer. 1980, v. 21, No. 3, p. 274−8
- Тэнфорд Ч. Физическая химия полимеров. Москва: Химия, 1965
- Трелоар JL Физика упругости каучука. Москва: Изд-во иностр. лит., 1953
- Mark J. Е., Erman В. Rubberlike elasticity. A molecular primer. New York: Wiley, 1988
- James, H. M. Statistical properties of networks of flexible chains. J. Chem. Phys. 1947, v. 15, No. 9, p. 651−68.
- James, H. M., Guth E. Simple presentation of network theory of rubber, with a discussion of other theories. J. Polym. Sci. 1949, v. 4. No. 2, p. 153−82.
- Wall F. Т., Flory P. J. Statistical thermodynamics of rubber elasticity. J. Chem. Phys. 1951, v. 19, No. 12, p. 1435−39.
- Бартенев Г. M., Френкель С. Я. Физика полимеров. Химия, 1990
- Mark J. Е., Erman В. Rubberlike elasticity. A molecular primer. New York: Wiley, 1988
- Mark J. E. Stress-strain isotherms for polymer networks at very high elongations. Polym. Eng. Sci. 1979, v. 19, No. 4, p. 254−9
- Baker J. P., Hong L. H., Blanch H. W., Prausnitz J. M. Effect of initial monomer concentration on the swelling behavior of cationic acrylamide-based hydrogels. Macromolecules. 1994, v. 27, No. 6, p. 1446−54
- Gnanou Y., Hild G., Rempp P. Molecular structure and elastic behavior of poly (ethylene oxide) networks swollen to equilibrium. Macromolecules. 1987, v. 20, No. 7, p. 1662−71
- Horkay F., Hecht A.-M., Zrinyi M., Geissler E. Effect of cross-links on the structure of polymer gels. Polym. Gels Networks. 1996, v. 4, No. 5−6, p. 451−65
- Peppas N. A., Merrill E. W. Determination of interaction parameter /1, for poly (vinyl alcohol) and water in gels crosslinked from solutions. J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1976, 14, 459164
- Джейл Ф.Х. Полимерные монокристаллы. Л.: Химия, 1968
- Энциклопедия полимеров // М.: Советская энциклопедия, Т.1.- 1972
- Хувинг Р., Ставерман А. Химия и технология полимеров // Л. Химия.-1965
- Калиновски Е., Урбанчик Г. В. Химические волокна // М.: Химия.- 1966
- Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов // М.: Химия.-1974
- Лосев И.П., Тростянская Е. Б. Химия синтетических полимеров // М.: Химия.- 1984
- Штильман М.И., Коршак В. В. Полимеры в процессах иммобилизации и модификации природных соединений // М.: Наука.- 1984
- Hickey A.S., Peppas N.A. Mesh size and diffusive characteristics of semicrystalline poly (vinyl alcohol) membranes prepared by freezing/thawing techniques // J. Memb. Scie.- 1995.- V. 107.- P. 229−237
- Stammen J.A., Williams S., Ku D.N., Guldberg R.E. Mechanical properties of a novel PVA hydrogel in shear and unconfined compression // Biomaterials.-2000, V. 22.- P. 799−806
- Hassan C.M., Ward J.H., Peppas N.A. Modeling of crystal dissolution of poly (vinyl alcohol) gels produced by freezing/thawing processes // Polymer.-2000.- V. 41.- P.6729−6739
- Hernandez R., Sarafian A., Lopez D., Mijangos C. A reappraisal of the 'thermoreversible' gelation of aqueous poly (vinyl alcohol) solutions through freezing-thawing cycles // Polymer.- 2002.- V. 43.- P. 5661−5663
- Lee P.I. Novel approach to zero-order drug delivery via immobilized nonuniform drug distribution in glassy hydrogels // J. Pharm. Sci.- 1984.- V.73.-P. 1344−1347
- Ijima H., Ohchi T., Ono T., Kawakami K. Hydroxyapatite for use as an animal cell culture substratum obtained by an alternate soaking process // Biochemical Engineering Journal.- 2004.- Vol. 20, — P. 155−161
- D. Darwis, P. Stasica, M.T. Razzak, J. M. Rosiak. Characterization of poly (vinyl alcohol) hydrogel for prosthetic intervertebral disc nucleus // Radiation Physics and Chemistry.- 2002.- V. 63.- P. 539−542
- Ruiz J., Mantecon A., Cadiz V. Synthesis and properties of hydrogels from poly (vinyl alcohol) and ethylendiaminetetraacetic dianhydride // Polymer.- 2001.-V. 43.- P. 6347−6354
- Kim S.J., Park S. J., Kim S. I. Swelling behavior of interpenetrating polymer network hydrogels composed of poly (vinyl alcohol) and chitosan // Reactive & Functional Polymers.- 2003.- V. 55.- P. 53−59
- Pereira A., Vasconcelos W., Orefice R. Novel multicomponent silicate-poly (vinyl alcohol) hybrids with controlled reactivity // Journal of Non-Crystalline Solids.-2000.-V. 273.-P. 180−185
- Rosiak J.M., Ulanski P. Synthesis of hydrogels by irradiation of polymers in aqueous solution // Radiation Physics and Chemistry.- 1999.- V. 55.- P. 139−151
- Zhai M., Yoshii F., Kume T., Hashim K. Syntheses of PVA/starch grafted hydrogels by irradiation // Carbohydrate Polymers.- 2002.- V. 50.- P. 295−303
- Yamamoto Y., Tagawa S. Radiolytically prepared polyvinyl alcohol) hydrogel containing a-cyclodextrin // Radiation Physics and Chemistry.- 2004.- V. 69.- P. 347−349
- Yih-Wen Gung, Shyh Ming Kuo, Yng-Jiin Wang. Effect of PVA-AA on dentine bonding of НЕМА // Biomaterials.- 1997.- V. 18.- P. 367−371
- Артюхов A.A. Макропористые гидрогели на основе сшитого поливинилового спирта // Дис. канд. хим. наук. М.: РХТУ, 2006, 152 с.
- Martens P., Anseth K.S. Characterization of hydrogels formed from acrylate modified polyvinyl alcohol) macromers // Polymer.- 2000.- V. 41.- 7715−7722
- Schmedlen R. H., Masters K. S., West J. L. Photocrosslinkable polyvinyl alcohol hydrogels that can be modified with cell adhesion peptides for use in tissue engineering // Biomaterials.- 2002.- V. 23.- P. 4325^1332
- Gunanan C.M., Storie В., Smith P., Knight P. M // Polym.Mater.Sci.Eng.-1993.-Vol. 69.- P. 506−507.
- Nuttelman С. R., Henry S. M., Anseth K. S. Synthesis and characterization of photocrosslinkable, degradable poly (vinyl alcohol)-based tissue engineering scaffolds. // Biomaterials.- 2002.- V. 23.- P. 3617−3626
- Гордон А., Форд P. // Спутник химика пер. анг.- М: «Мир».- 1976,546 с.
- Торутина Л.И., Позднякова Ф. О. // Спектральный анализ полимеров.-JL: «Химия».- 1986.- 250 с
- Rosiak J.M., Ulanski P. Synthesis of hydrogels by irradiation of polymers in aqueous solution // Radiation Physics and Chemistry.- 1999.- V. 55.- P. 139−151
- Ожиганов B.B. Структурно-кинетические аспекты формирования густосетчатых макромолекулярных структур в присутствии полимеров разветвленного строения. Автореферат дис. на соискание ученой степени кандидата химических наук. Москва. 2010. 26 с
- Семчиков Ю.Д. Высокомолекулярные соединения. М.: Н. Новгород. Изд-во Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского. 2003. 367 с.
- Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Научный мир. 2007. 576 с. 92. Нестеров А. Е. Справочник по физической химии полимеров в трех томах. Т 1. Свойства растворов и смесей полимеров. Киев: Наукова Думка. 1984. 374 с.
- Дубровский С. А., Харитонова Л. А. Упругость гидрогелей, получаемых фотополимеризацией макромономеров полиэтиленоксида. Высокомолек. соед., А. 2004, т. 46, № 9, с. 1505−10
- Дубровский С.А. Набухание и упругость слабосшитых полимерных гидрогелей. Диссертация доктора физ.-мат. наук, ИХФ РАН, 2008
- Geissler Е., Hecht А.-М., Horkay F., Zrinyi М. Congressional modulus of swollen polyacrylamide networks. Macromolecules. 1988, v. 21, No. 8, p. 2594−9
- Muta H., Miwa M., Satoh M., Ion-specific swelling of hydrophilic polymer gels. Polymer, 2001, 42, 6313−6316
- Baker J. P., Le H. Hong, Blanch H. W., Prausnitz J. M. Effect of initial total monomer concentration on the swelling behavior of cationic acrylamide-based hydrogels. Macromolecules, 1994,27, 1446−1454
- Берлин Ал.Ал., Вольфсон С. А., Ениколопян Н. С. Кинетика полимеризационных процессов. Москва: Химия, 1978.
- McKenna G. В., Horkay F., Effect of crosslinks on thethermodynamics of polyvinyl alcohol) hydrogels. Polymer, 1994, 26, 35, 5737−5742.
- Martens P., Blundo J., Nilasaroya A, Odell R A., Cooper-White J., Poole-Warren L. A. Effect of Poly (vinyl alcohol) Macromer Chemistry and Chain Interactions on Hydrogel Mechanical Properties. Chem. Mater. 2007, 19, 26 412 648
- P. Martens, K.S. Anseth, Characterization of hydrogels formed from acrylate modified poly (vinyl alcohol) macromers. Polymer, 2000, 41, 7715−7722
- Ковалева C.C., Струсовская H.JI., Ферапонтов Н. Б. Особенности поведения сшитого поливинилового спирта в водных растворах низкомолекулярных электролитов. Сорбционные и хроматографические процессы. 2006.Т.6. Вып.2
- Peppas N.A., Merrill E.W. Determination of interaction parameter % for poly (vinyl alcohol) and water in gels crosslinked from solutions. J. Polym. Sci.
- Polym. Chem. Ed. 1976, 14, 459−464.
- Paradossi G., Cavalieri F., Capitani D., Crescenzi V. Physicochemical Characterization of Chemical Hydrogels Based on PVA. J. Polym. Sci.: Part B: Polym. Phys. 1999, 37, 1225−1233
- Черонис Н.Д., Ma T.C. // Микро- и полумикрометоды органического функционального анализа пер. с англ.- М.: «Химия».- 1973.- 576 с.
- Hrouz J., Ilavsky М., Havlicek I., Dusek К. Comparison of the penetration, tensile and compression moduli of elasticity of poly (n-alkyl acrylate) networks in the rubberlike state. Collect. Czech. Chem. Commun. 1978. v. 43. № 8. p. 19 992 007
- Роговина JI. 3., Васильев В. Г., Слонимский Г. Л. Регулярные сетки на основе а, со-дигидроксиолигодиметилсилоксана, полученные при различных условиях разбавления. Высокомолек. Соед. А. 1982. т. 24, № 2. с. 254−60
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика, т. 7. Теория упругости. Москва: Наука, 1987, с. 119−123.