Sinteza și examinarea nanocompozitelor pe bază de poli (2-hidroxietil metacrilat) pentru
Abstract
fundal
Hidrogelurile pe bază de poli (2-hidroxietil metacrilat) (PHEMA) sunt interesante pentru aplicare în medicină datorită stabilității lor chimice, biochimice și hidrolitice [1], permeabilitate ridicată pentru oxigen și compuși solubili în apă, inclusiv metaboliți, prin rețeaua polimerică [ 2, 3], stabilitatea formei și biocompatibilitatea lor [4]. Grupările hidroxil și carbonil de pe fiecare lanț de monomeri PHEMA determină proprietățile sale hidrofile, în timp ce grupările α-metil hidrofobe și coloana vertebrală de carbon oferă rezistență la hidroliză și rezistența mecanică a matricei polimerice [5].
Există o mare varietate de metode stabilite pentru sinteza hidrogelurilor PHEMA, cum ar fi copolimerizarea [6], polimerizarea inițiată prin radiații [7] și polimerizarea radicală prin transfer atomic [8] etc. Acestea duc la formarea rețelelor reticulate sau a homopolimerilor liniari împletiți, a copolimerilor liniari sau a rețelelor semi-interpenetrante (IPN) [9].
Pentru a îmbunătăți stabilitatea și proprietățile mecanice ale PHEMA și pentru a-și menține hidrofilicitatea, a fost propusă sinteza IPN a acestui polimer cu poliuretan (PU) [12]. Introducerea în matrice mixtă PU/PHEMA a materialelor de umplutură speciale, în special silice nanosizată cu compuși biologic activi (BAC) care se imobilizează pe suprafața sa, permite crearea de compozite cu proprietăți farmacologice specifice [13]. Modificarea adsorbției nanosilicii fumurii permite transformarea BAC într-o stare foarte dispersivă și obținerea straturilor lor mono și multimoleculare pe suprafața nanoparticulelor [14]. Această abordare încetinește considerabil migrarea BAC într-o matrice de polimeri și creează condiții pentru depunerea lor. S-a constatat că compozitele bazate pe IPN PU/PHEMA sunt netoxice, nu provoacă reacții inflamatorii locale și au proprietăți antimicrobiene [15].
Scopul acestei lucrări este sinteza materialelor bazate pe PHEMA cu eliberarea controlată de BAC. Au fost utilizate următoarele modalități de sinteză: umplerea cu nanosilica care este modificată de BAC, crearea IPN PU/PHEMA, formarea porilor cu apă ca porogen și o combinație a metodelor enumerate. În acest studiu, morfologia materialelor preparate a fost investigată prin microscopie cu scanare laser (LSM) și metode de microscopie electronică cu scanare cu vid redus (LVSEM). Interacțiunea PHEMA cu nanosilica și adsorbția BAC pe suprafața silicei au fost studiate prin IR și spectrofotometrie vizibilă. S-au examinat caracteristicile distrugerii termooxidative a compozitelor prin termogravimetrie diferențială (DTG)/analiză termică diferențială (DTA) și eliberarea de BAC din compozite în mediu acvatic.
Metode
Următoarele materiale au fost sintetizate pentru studii structurale și farmacocinetice (Tabelul 1).
Nanocompozite Nr. 6-9 bazate pe PU sau IPN 83% PU/17% PHEMA au fost sintetizate prin eforturi comune ale personalului Institutului de Chimie Macromoleculară și al Institutului Chuiko de Chimie de Suprafață al NAS din Ucraina [12, 14]. Probele aveau forma unor pelicule cu grosimea de 1 mm.
Structura poroasă a materialului după umflarea în mediu apos a fost investigată cu un microscop laser confocal LSM 510 META (Carl Zeiss, Germania), cu mărire × 600. Morfologia eșantioanelor a fost studiată prin microscopul electronic cu scanare Nova NanoSEM 450 (FEI, Germania) cu sursă de electroni cu emisie de câmp Schottky și detector SED (LVD) cu vid redus. Înainte de investigația lor, hidrogelurile (probele nr. 10-13) au fost liofilizate în vid timp de 24 de ore folosind instalația Uscător congelator CoolSafe 110-4 PRO (Danemarca), la o temperatură de -110 ° C.
Mărimea porilor din probe a fost calculată de analizorul BET BELSORP-mini II (Japonia).
Spectrele IR ale PHEMA inițiale și produsele interacțiunii sale cu nanosilica (compozitul nr. 13) au fost înregistrate pe un spectrofotometru Specord M80 (Carl Zeiss, Jena, Germania). În acest scop, probele au fost dispersate într-un mortar de agat, amestecate cu KBr (Aldrich) într-un raport de 1:50 și presate în plăci de dimensiunea 5 × 20 mm.
O interacțiune a HEMA cu suprafața nanosilicei în mediu apos a fost examinată cu ajutorul metodei de adsorbție. O concentrație de echilibru a HEMA în soluție a fost determinată prin spectrofotometrie înapoi după oxidare cu dicromat de potasiu, λ = 440 nm [17]. Au fost utilizate diferite metode spectrofotometrice pentru a determina concentrația de BAC în soluție pentru a studia adsorbția lor pe nanosilica (vezi mai jos).
Pentru a studia cinetica de eliberare a BAC, probele de nanocompozite au fost dispersate în apă distilată și concentrația substanței eliberate a fost măsurată în mediu prin intervale regulate de timp. Concentrația ionilor Zn 2+ și Ag + a fost determinată prin metoda de extracție-fotometrică pe baza reacției de dithizon în mediu acid [18, 19]. Conținutul de metronidazol a fost măsurat la absorbția maximă la lungimea de undă de 318 nm. Concentrația de decametoxină a fost determinată prin metoda fotocolorimetrică pe baza reacției de eozină [20]. Aminoacizii au fost definiți prin metoda ninhidrinei [17]. Rata de umflare a nanocompozitelor a fost calculată ca atitudine de creștere a masei probei (în procesul de umflare) față de masa inițială și a fost exprimată în procente.