close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Самоорганизующиеся системы на основе гиперразветвленных полиэфирополиолов их производных и бинарных смесей с неионогенными ПАВ

код для вставкиСкачать
1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Научный интерес к созданию и исследованию
супрамолекулярных ансамблей на основе синтетических полимеров со сложной
архитектурой обусловлен возможностью их практического применения в технологии
создания наноматериалов, биотехнологии, медицине и фармации. Особую значимость в
разработке самоорганизующихся систем имеет выбор химических соединений способных
к образованию нано- и микроразмерных молекулярных агрегатов и ассоциатов за счет
комплементарности компонентов и высокоселективных нековалентных взаимодействий. В
этом плане особый интерес представляют гиперразветвленные полимеры, обладающие
дендридоподобной нерегулярной топологической структурой и значительным
количеством терминальных функциональных групп доступных для модификации.
Сочетание полифункциональности с наличием полостей в структуре гиперразветвленных
полимеров позиционирует их как перспективные реагенты для связывания целевых
субстратов различной природы, в том числе биологических и лекарственных субстанций, а
также создания новых материалов с упорядоченной структурой.
Концептуальным подходом в улучшении функциональных свойств синтетических
гиперразветвленных полимеров является создание бинарных смесей гиперразветвленный
полимер/ПАВ, что позволяет существенно модифицировать их структурные и физикохимические свойства.
В тоже время изучение физико-химических свойств самоорганизующихся систем на
основе гиперразветвленных полимеров и бинарных систем гиперразветвленный
полимер/ПАВ осложнено отсутствием общих теоретических подходов к оценке
термодинамических параметров данных систем. На сегодняшний день уровень
исследований в данной области характеризуется несистематическим накоплением
фактического материала, а информационная база данных мала. Поэтому исследования в
области супрамолекулярной физической химии систем на основе гиперразветвленных
полимеров и их бинарных смесей с ПАВ значимы, носят фундаментальный характер и
направлены на выяснение особенностей и механизмов межчастичных и межмолекулярных
взаимодействий в многокомпонентных самоорганизующихся системах.
Таким образом, создание новых самоорганизующихся систем на основе
гиперразветвленных полимеров и их бинарных смесей с ПАВ, установление
закономерностей процессов самоорганизации в данных системах, оценка возможностей
связывания целевых субстратов является актуальной научной и практической задачей.
Степень разработанности темы исследования. В настоящее время имеется
достаточно обширная база фундаментальных и практически полезных знаний в области
самоорганизации линейных полимеров и их бинарных систем с ПАВ. Самоорганизация
макромолекул со структурой ядро-оболочка, а именно дендримеров и гиперразветвленных
полимеров изучена в гораздо меньшей степени. Для гиперразветвленных полимеров
описание процессов самоорганизации ограничено лишь отдельными аспектами их
самосборки на подложках. При этом, одним из ключевых мотивационных моментов
разработок в данном направлении является создание эффективных, нетоксичных,
деградируемых, биологически активных коньюгатов, полиплексов и ассоциатов для
решения задач фармации, медицины и материаловедения Детальное исследование, оценка
физико-химических параметров и описание закономерностей самоорганизации
гиперразветвленных полимеров позволит обосновать выбор условий для их использования
в направленном и контролируемом взаимодействии с целевыми субстратами.
Разработка новых бинарных систем полимер/ПАВ представляет несомненный
Разработка новых бинарных систем полимер/ПАВ представляет несомненный интерес, так
2
как они позволяют сочетать преимущества мицеллярных агрегатов со связыванием
субстрата полимером для целей солюбилизации перспективных полимерных материалов с
ограниченной растворимостью в водных средах, а также для создания эффективных
систем инкапсулирования и доставки субстратов. Следует отметить, что и в этом случае, в
отличие от систем линейный полимер/ПАВ и дендример/ПАВ, процессы самоорганизации
и возможности практического применения бинарных систем гиперразветвленный
полимер/ПАВ представлены в литературе ограниченно. Это может быть обусловлено
большей конформационной подвижностью молекул гиперразветвленных полимеров по
сравнению с молекулами дендримеров, а, следовательно, подобием гиперразветвленных
полимеров и их производных структуре и поведению агрегатов ПАВ. Сочетание этих двух
факторов значительно затрудняет оценку термодинамических параметров и
характеризацию бинарных систем гиперразветвленный полимер/ПАВ. Поэтому
актуальной задачей будет разработка простых подходов к оценке физико-химических
параметров самоорганизации в таких системах, что позволит определить теоретические
основы их дальнейшего практического использования.
Цели и задачи работы. Целью работы является создание новых самоорганизующихся
систем на основе гиперразветвленных полимеров и их бинарных смесей с ПАВ,
установление физико-химических закономерностей процессов самоорганизации в данных
системах, оценка влияния химического строения, структуры и соотношения компонентов.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
• Получить бинарные системы гиперразветвленные полиэфирополиолы различных
генераций/неионогенные ПАВ, оценить влияние структуры полимера и ПАВ на их
физико-химические характеристики, морфологию молекулярных агрегатов в растворах.
• Разработать
методы
синтеза,
определить
спектральные
характеристики
гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй и третьей генераций,
содержащих различное количество фрагментов акриловой кислоты в терминальных
положениях.
• Оценить влияние степени функционализации, концентрации и генерации
гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй и третьей генераций на
их агрегационные свойства и морфологию сложных агрегатов в растворах.
• Исследовать процессы образования молекулярных агрегатов в бинарных системах на
основе гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй и третьей
генераций и неионогенных ПАВ, оценить влияние структуры поликислоты и ПАВ на
физико-химические характеристики, морфологию агрегатов и параметры ассоцциации
агрегатов с антираковым препаратом доксорубицин.
• Провести морфогенетическую оценку активности ассоциатов доксорубицина с
полиэфирополиакриловыми кислотами и их бинарными системами с неионогенными
ПАВ по отношению к некоторым культурам раковых клеток.
Научная новизна работы. Созданы новые бинарные системы гиперразветвленный
полиэфирополиол/неионогенный ПАВ (Brij-35, TritonX-100, Tween-20). На основании
данных комплекса методов определен ряд термодинамических функций и параметров
образования молекулярных агрегатов в водных растворах бинарных систем, в том числе
критическая концентрация агрегации (ККА), свободная энергия мицеллообразования
3
(ΔGm), стандартная поверхностная энергия Гиббса (Gs), предельная адсорбция (Гmax),
площадь посадочной площадки структурных единиц на поверхности раздела фаз (Аmin).
Выявлена зависимость процессов самоорганизации в растворах всех исследованных
бинарных систем от генерации гиперразветвленного полиэфирополиола (BHx, где х=20,
30, 40), концентрации и структуры ПАВ. Предложены вероятные типы
супрамолекулярных структур в растворах бинарных систем гиперразветвленный
полиэфирополиол/неионогенный ПАВ.
Определены размерные характеристики и концентрация молекулярных агрегатов в
растворах бинарных систем гиперразветвленный полиэфирополиол/неионогенный ПАВ
(Brij-35, TritonX-100, Tween-20). На основе анализа концентраций агрегатов в растворе
предложен подход к оценке параметров межфазного распределения при солюбилизации
гиперразветвленных полиэфирополиолов неионогенными ПАВ. Выявлено, что увеличение
генерации гиперразветвленного полиэфирополиола приводит к уменьшению индекса
полидисперсности
и
гидродинамического
диаметра
молекулярных
агрегатов
полиэфирополиол/ПАВ в растворах бинарных систем BHx/Brij-35 и BHx/Trion X-100.
Наибольшая доля связывания мицеллами ПАВ характерна для полиэфирополиола третьей
генерации и составляет 93%.
Выявлен значительный рост солюбилизационной емкости бинарных систем
гиперразветвленный полиэфирополиол/неионогенный ПАВ (Brij-35, TritonX-100, Tween20) по отношению к нерастворимому органическому красителю Orang-OT в ряду Brij35<BH20/Brij-35≈BH40/Brij-35<BH30/Brij-35 и в ряду Triton X-100 < BH20/Triton X-100 ≈
BH30/Triton X-100 << BH40/Triton X-100 с повышением солюбилизационной емкости
системы BH40/Triton X-100 на два порядка.
Разработаны методики синтеза и синтезированы новые гиперразветвленные
полиэфирополикарбоновые кислоты второй и третьей генераций, содержащие от 6 до 28
фрагментов акриловой кислоты в терминальных положениях. Показано, что увеличение
степени функционализации платформы полиэфира фрагментами акриловой кислоты
приводит к снижению области рН формирования сложных агрегатов до рН=2 с
одновременным уменьшением их гидродинамического диаметра и полидисперсности.
Созданы новые бинарные системы гиперразветвленная полиэфирополиакриловая
кислота/неионогенный ПАВ (Brij-35, TritonX-100), способные к образованию
молекулярных ассоциатов с антираковым препаратом доксорубицин (DOX).
Оценена морфология сложных ассоциатов антиракового препарата доксорубицин с
гиперразветвленными полиэфирополиакриловыми кислотами второй и третьей генераций
BHх(COOH)m и их бинарными системами с неионогенными ПАВ Brij-35 и TritonX-100 в
зависимости от генерации, степени функционализации поликислоты и природы ПАВ.
Показано, что образование асоциацатов с доксорубицином наблюдается для всех
поликислот и бинарных систем BHх(COOH)m/ПАВ, максимальное связывание
доксорубицина наблюдается для поликислот BH20(COOH)6, BH30(COOH)12 и
BH30(COOH)24 и составляет 53-60% при концентрации поликислот 2.5×10-3 мМ. Наличие в
системе BH30(COOH)24+DOX двух типов совместных ассоциатов со значениями
4
гидродинамического диаметра Dh1= 98±2 нм и Dh2= 200±30 нм, обуславливает сохранение
высокой степени связывания доксорубицина (60%).
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны и реализованы
методики создания новых бинарных систем гиперразветвленный полимер/ПАВ на основе
биодеградируемых гиперразветвленных полиэфирополиолов и полиэфирополиакриловых
кислот разных генераций, неионогенных ПАВ. Предложен набор подходов и методов для
изучения процессов самоорганизации в данных системах и оценки параметров,
образующихся супрамолекулярных агрегатов. Результаты работы вносят вклад в развитие
физической химии растворов гиперразветвленных полимеров и их бинарных систем с
ПАВ.
Показана принципиальная возможность использования молекулярных агрегатов
гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй и третьей генераций и их
бинарных систем с неионогенными ПАВ (Brij-35, TritonX-100) для связывания
антиракового препарата доксорубицин, что имеет существенное значение для разработки
новых систем адресной доставки лекарственных препаратов. Доказана активность
ассоциатов доксорубицина с гиперразветвленными полиэфирополиакриловыми кислотами
и их бинарными системами с Тriton Х-100 по отношению к культурам клеток HeLa и
клеткам карциномы человека MCF-7.
Установлено,
что
ассоциат
доксорубицина
с
гиперразветвленной
полиэфирополиакриловой кислотой второй генерации BH20(COOH)6 подавляет
модельную культуру клеток HeLa при дозах 35 мг/кг и обладает активностью близкой
доксорубицину при меньшей токсичности. Наилучшей активностью в подавлении
культуры клеток карциномы человека MCF-7 по величине коэффициента
жизнеспособности, индексов пролиферации, цитотоксичности, митотического индекса
обладает ассоциат доксорубицина с бинарной системой на основе гиперразветвленной
полиэфирополиакриловой кислотой третьей генерации BH30(COOH)24/Triton X-100.
Методология и методы исследования. В рамках проведенных исследований
применялся комплекс современных физико-химических методов синтеза, установления
структуры и состава гиперразветвленных полиэфирополикарбоновых кислот, а именно рНпотенциометрическое титрование, ИК-Фурье спектроскопия, ЯМР 1Н и 13С спектроскопия.
Исследование процессов самоорганизации в растворах полимеров и их бинарных систем с
неионогенными ПАВ выполнено с использованием методов кондуктометрии,
тензиометрии, рН-метрии, электронной спектроскопии поглощения, динамического
рассеяния света, впервые для исследования подобных систем применялся метод анализа
траекторий наночастиц (NTA).
Положения, выносимые на защиту.
• Результаты исследования характеристик самоорганизации в бинарных системах
гиперразветвленный полиэфирополиол/ПАВ (Brij-35, Triton X-100, Tween-20) в водных
средах, параметры образования молекулярных агрегатов в растворах бинарных систем,
солюбилизационной емкости бинарных систем по отношению к нерастворимому
органическому красителю Orange-ОТ и факторы их определяющие.
• Методики синтеза гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй и
третьей генераций, их спектральные данные и параметры самоорганизации.
5
• Закономерности образования и морфология молекулярных агрегатов в растворах
гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот и их бинарных систем с
неионогенными ПАВ (Brij-35, Triton X-100).
• Характеристики самоорганизации и морфология ассоциатов в системах
гиперразветвленная полиэфирополиакриловая кислота/ПАВ+доксорубицин, с оценкой
влияния химической структуры, генерации и концентрации поликислоты, природы
ПАВ.
• Методика создания новых транспортных систем биомедицинского назначения на
основе гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот и их бинарных систем с
неионогенными ПАВ (Brij-35, Triton X-100). Параметры активности ассоциатов
доксорубицина с полиэфирополиакриловыми кислотами их бинарными системами с
Triton X-100 по отношению к модельным клеткам культуры HeLa и клеткам карциномы
человека MCF-7.
Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке цели и задач работы,
анализе литературных данных, выполнении экспериментальных исследований,
обсуждении результатов работы и формулировке выводов, подготовке статей и тезисов
докладов.
Основные экспериментальные исследования выполнены на кафедре неорганической
химии Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ. Эксперименты по оценке
активности по отношению к культурам раковых клеток были выполнены в Федеральном
центре радиационной и биологической безопасности.
Степень достоверности. Достоверность результатов работы подтверждается
использованием комплекса современных физико-химических методов оценки параметров
исследуемых систем, в том числе метода анализа траекторий частиц (NTA).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на
Всероссийских и международных конференциях в виде устных и стендовых докладов на I
Всероссийском симпозиуме по поверхностно-активным веществам «От коллоидных
систем к нанохимии» (Казань, 2011), XI Конференции молодых ученых, аспирантов и
студентов «Материалы и технологии XII века» (Казань, 2012), XXII Российской
молодежной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения А.А. Тагер
(Екатеринбург, 2012), Всероссийской молодежной конференции «Химия под знаком
Сигма: исследования, инновации, технологии» (Казань, 2012), XI Международной
конференции по химии и физико-химии олигомеров (Ярославль, 2013), Всероссийской
школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии
XXI века» (Казань, 2014), ХХVI Международной Чугаевской конференции по
координационной химии (Казань, 2014), Х Всероссийской конференции «Химия и
медицина» с молодежной научной школой (Уфа-Абзаково, 2015), XXII Всероссийской
конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Казань, 2015).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей в рецензируемых
отечественных и международных журналах, 12 тезисов докладов на конференциях
различного уровня.
Структура и объем работы. Работа изложена на 176 страницах, содержит 19 таблиц,
96 рисунков, 2 схемы, 289 библиографических ссылок. Диссертационная работа состоит из
введения, литературного обзора (1 глава), экспериментальной части (Глава 2), обсуждения
результатов (Глава 3 - 4), заключения, списка цитируемой литературы и одного
Приложения.
6
Работа выполнена на кафедре неорганической химии Химического института им.
А.М. Бутлерова ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»,
является частью исследований по основному научному направлению Химического
института им. А.М. Бутлерова «Строение, реакционная способность и практически
полезные свойства органических, элементоорганических и координационных соединений»,
при поддержке грантов, «Физико-химические аспекты процессов катализа, сорбции,
комплексообразования и межмолекулярных взаимодействий» (№ 021000014), научно –
исследовательского проекта в рамках государственного задания в сфере научной
деятельности по заданию №2014/57«Гибридные металлополимерные системы как основа
новых функциональных наноматериалов» (проектная часть № 114090970013), субсидии на
реализацию
программы
развития
деятельности
студенческих
объединений
0613/06.13.02292.
Автор выражает благодарность научному руководителю доктору химических наук
профессору Улаховичу Н.А. за помощь в работе, к.х.н., доценту Кутыревой М.П. и д.х.н.,
проф. Захаровой Л.Я., принимавшим участие в обсуждении результатов работы.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Самоорганизация в бинарных смесях гиперразветвленный
полиэфирополиол/неионогенный ПАВ
Для разработки новых бинарных систем гиперразветвленный полимер/ПАВ
использованы синтетические гиперразветвленные полиэфирополиолы (ГРПО): BHx Boltorn H20 (ВН20), Boltorn H30 (ВН30), Boltorn H40 (ВН40), представляющие собой
прогрессивно развивающиеся дендрито-подобные макромолекулы, содержащие четыре
ветви со сложноэфирными и гидроксильными группами (Рис. 1).
Рисунок 1. Структуры гиперразветвленных полиэфирополиолов марки Boltorn
второй генерации BH20 (а), третьей генерации BH30 (б) и четвертой генерации BH40 (с).
Второй составляющей бинарных смесей выбраны неионогенные ПАВ: Brij-35, Triton
X-100 (TX-100) и Tween-20 (Рис. 2).
a
б
Рисунок 2. Структура Brij-35 (a), Triton X-100 (ТХ-100) (б), Tween-20 (в)
в
7
а
56
б
54
65
ККA2; 8×10
−
ККA3; 1.7×10-3
50
45 ККА ; 1.7×10-4
2
45
46
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
cBrij-35, M
ККA2; 4×10
ККА1; 1.7×10−4
50
45
ККА1;1.7×10-6
55
−4
50
50
48
г
ККА1; 1.7×10−4
ККМ; 1.7×10-4 M
55
в
55
52
60
σ, мН/м2
70
σ 60
60
σ, мН/м2
75
σ, мН/м2
σ, мН/м2
Самоорганизация в растворах бинарных смесей ГРПО/неионогенный ПАВ
исследована методами тензиометрии, кондуктометрии, рН-метрии, динамического
светорассеяния, анализа траекторий частиц.
Самоорганизация в растворах бинарных смесей BHx/Brij-35. Согласно данным
тензиометрического исследования бинарных систем ГРПО/Brij-35 с ростом генерации
ГРПО наблюдается снижение поверхностного натяжения в системах до и после точки
ККМ ПАВ (рис. 3).
10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
cBrij-35, M
10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
cBrij-35, M
40
10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2
cBrij-35, M
Рисунок 3. Изотермы поверхностного натяжения индивидуального раствора Brij-35
(а), бинарных систем BH20/Brij-35 (cBH20=3.97×10−4 М) (б), BH30/ Brij-35
(cBH30=4×10−4 М) (в), BH40/ Brij-35 (cBH40=3×10−4 М) (г), Т=25 0С.
Образование совместных агрегатов в данной системе возможно при проникновении
гидрофобной части молекулы Brij-35 в полости между ветвями ГРПО. Выявлено
уменьшение величины поверхностного натяжения в растворах бинарных систем BHx/Brij35 в точке ККМ ПАВ в ряду ВН20>ВН30>ВН40. Можно предположить, что в бинарных
системах BHx/Brij-35 во всех случаях наблюдается образование нескольких типов
совместных агрегатов с соответствующими значениями ККА. Основные физикохимические параметры бинарных систем BHx/Brij-35 представлены в таблице 1. В точке
ККА1, совпадающей со значением ККМBrij-35 (10-4 М), в растворе бинарной системы
BHx/Brij-35 образуются первичные агрегаты и поверхностное натяжение снижается до
значения 48 мН/м2. При увеличении концентрации ПАВ образуются супрамолекулярные
агрегаты второго типа с характеристиками близкими с мицеллами ПАВ, величина ККА2
бинарной системы увеличивается до 1×10-3 М. После точки ККМ происходит
солюбилизация гидрофобного полимера мицеллами ПАВ. В растворах бинарной системы
BH30/Brij-35 переход из совместного агрегата BH30/Brij-35 в солюбилизированную форму
сопровождается более плавным изменением поверхностного натяжения (рис. 3в).
Величина ККА1 совпадает со значением ККМBrij-35, значение ККА2 выше, чем в системе
BH20/Brij-35 и составляет 4×10-3 М. Это может быть обусловлено возрастанием размеров и
доступности дендритных окон при повышении генерации ГРПО с реализацией
смешанного механизма при образовании агрегатов ГРПО/ПАВ. В растворах бинарных
систем BH40/Brij-35 (рис. 3г), количество типов супрамолекулярных агрегатов возрастает
до трех, которым соответствуют значения ККА1=1.7×10−6 М, ККА2=1.7×10−4 М
(соответствует ККМ Brij-35) и ККА3=1.7×10−3 М.
8
Таблица 1. Физико-химические параметры бинарных систем BHx/Brij-35: скрит критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) для ПАВ и критическая
свободная энергия
концентрация агрегации (ККА) для бинарных систем; ΔGm мицеллообразования; Gs - стандартная поверхностная энергия Гиббса; Гmах - предельная
адсорбция; Аmin – площадь посадочной площадки структурных единиц на поверхности
раздела фаз; Dh - средний гидродинамический диаметр частиц в растворе, определенный
методом ДСР
Гmах.×106, Аmin,
Dh, нм
ΔGm,
Gs×106,
скрит,
Система
2
2
2
моль/л
кДж/моль
Дж/м
моль/м
нм
(ДСР)
-4
Brij-35
1.7×10
–21.53
1.56
7.42
2.20
8.0±0.4
-4
1.7×10
–21.53
1.25
111±17
BH20/Brij-35
2.84
5.03
-4
8×10
–17.69
1.01
95±10
-4
1.7×10
–21.53
1.31
100±25
BH30/Brij-35
5.01
3.31
4×10-3
–13.69
1.28
70±17
1.7×10-6
–32.95
1.58
311±90
5.84
2.83
BH40/Brij-35
1.7×10-4
–21.53
1.18
85±14
Triton X-100
BH20/ Triton X-100
BH30/ Triton X-100
BH40/ Triton X-100
Tween-20
BH20/ Tween-20
BH30/ Tween-20
BH40/ Tween-20
4×10-3
2 ×10-4
2×10-5
5×10-4
2×10-5
4×10-4
2×10-5
3×10-4
4×10-3
1×10-4
5×10-5
2×10-4
1×10-3
3×10-5
1×10-4
8×10-4
8×10-5
1×10-3
–13.69
–21.10
–26.83
–18.85
–26.83
–19.40
–26.83
–19.40
–13.69
–24.54
–24.57
–21.96
–17.13
–25.83
–22.84
–17.13
–24.56
–17.13
1.28
1.01
1.27
0.96
1.41
0.98
1.47
1.07
0.96
0.96
1.27
1.07
0.96
1.58
1.16
0.98
1.13
0.96
14.07
1.12
5.32
3.11
8.26
2.01
10.65
1.55
19.78
1
10.07
1.65
11.33
1.45
7.37
2.78
2.2
5.9
12±2
7.0±0.4
141±13
5.6±0.9
301±35
58±11
482±90
109±7
7±3
176±4
387±5
140±2
8.0±0.3
141±4
241±5
10.0±0.5
114±21
6.6±0.5
Факт солюбилизации ГРПО мицеллами ПАВ при концентрации выше точки ККМ
подтверждается данными динамического светорассеяния (ДСР). Для всех бинарных систем
ВНх/Brij-35 в растворах при концентрации ПАВ выше точки ККМ наблюдается
уменьшение среднего гидродинамического диаметра (Dh) совместных агрегатов до 5-8 нм,
что соответствует размеру мицеллы ПАВ (рис. 4). При концентрации ПАВ до точки ККМ
(1.7×10-6–1.7×10-4 М) в бинарных системах ВН30/Brij-35 и ВН40/Brij-35 наблюдается
уменьшение величины Dh совместных агрегатов с 320 до 90 нм, а для системы ВН20/Brij35 увеличение Dh совместных агрегатов с 50 до 90 нм.
Независимо от генерации полимера величина предельной адсорбций (Гmах) в
бинарных системах ГРПО/Brij-35 ниже, чем в растворе индивидуального ПАВ.
9
Brij-35
BH20/Brij-35
BH30/Brij-35
BH40/Brij-35
зона существования
совместных
агрегатов
Dh, нм
330
220
110
солюбилизация
0
-6
10
-4
cBrij-35, M
10
-2
10
Рисунок 4. Зависимость Dh
агрегатов в растворах бинарных
систем
BHx/Brij-35
от
концентрации ПАВ (сBH20=
3.97×10-4 М, сBH30= 4×10-4 М,
сBH40= 3×10-4 М, T=25 0C).
При этом, в рассмотренных бинарных системах
наблюдается увеличение Гmах с 2.84×10-6 моль/м2 до
5.84 ×10-6 моль/м2 с ростом генерации ГРПО в составе
бинарной системы. Вероятно, это связано с тем, что при
возрастающей гидрофобности в ряду BH20 – BH30 –
BH40 молекулы ГРПО стремятся к полной
солюбилизации
мицеллами
Brij-35,
покидая
поверхностный
слой.
Это
предположение
подтверждается уменьшением посадочной площадки
структурных единиц на поверхности раздела фаз (Аmin)
с 5 до 2.83 нм2.
46
60
44
55
42
50
ККМ=2x10
-4
38
40
36
35
34
10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
cTX-100, M
10-6
55
ККА1=2x10-5
в
50
60
ККА1= 2x10-5
г
55
50
ККА2=3x10-4
45
40
45
30
б
σ, мН/м2
a
ККА1= 2x10-5
σ, мН/м2
65
σ, мН/м2
σ, мН/м2
Самоорганизация в растворах бинарных смесей
BHx/Triton
X-100.
Согласно
данным
тензиометрического исследования, в бинарных системах ГРПО/TX-100 с ростом генерации
ГРПО наблюдается снижение поверхностной активности (рис. 5). Установлено, что во всех
случаях в бинарных смесях ГРПО/TX-100 наблюдается образование нескольких типов
совместных агрегатов с соответствующими значениями ККА (табл.1).
45
-4
ККA2=2x10
ККA2=4x10-4
40
30
10-6
40
35
35
10-5
10-4
10-3
cTX-100, M
ККA3=4x10-3
10-5
10-4
10-3
cTX-100; M
30
10-6
10-5
10-4
10-3
cTriton X-100, M
Рисунок 5. Изотермы поверхностного натяжения индивидуального раствора TX-100 (а),
бинарных систем BH20/TX-100 (cBH20=3.97×10−4 М) (б), BH30/TX-100 (cBH30= 4×10−4 М)
(в), BH40/TX-100 (cBH40=3×10−4 М) (г), Т=25 0С.
Данные тензиометрии показывают, что в растворах бинарной системы BH20/TX-100
в предмицеллярной области концентраций TX-100 (2×10-4М), реализуется двухстадийное
образование сложных агрегатов при ККА1=2×10-5 М и ККА2=5×10-4 М. При этом значение
ККА1 на порядок ниже ККМTX-100, что характерно для бинарных систем дендример/ПАВ.
Для растворов бинарных систем BH30/TX-100 и BH40/TX-100 изотермы поверхностного
натяжения имеют близкий характер (рис. 5в,г). В растворе BHx/TX-100 также реализуется
двухстадийная самоорганизация. В бинарной системе BH40/TX-100 аналогично системе
BH40/Brij-35 на изотерме поверхностного натяжения присутствует точка ККА3=4×10-3 М,
что свидетельствует о существовании дополнительного переходного агрегата перед
полной солюбилизацией ГРПО. По данным ДСР в растворах бинарных систем ГРПО/ТХ100 (рис. 6) установлено, что с ростом концентрации ПАВ наблюдается снижение Dh
частиц и уменьшение индекса полидисперсности системы (PDI) в соответствии с
10
переходом ГРПО из совместных агрегатов ГРПО/TX-100 в солюбилизированную форму с
Dh = 8±2нм. Растворы бинарной системы ВН20/ТХ-100 в области концентраций до точки
ККМ изучены более подробно: в диапазоне концентраций ПАВ от 2×10-6 до 8×10-5 М
существует два типа частиц с Dh =44 и 386 нм (рис. 7а). С ростом концентрации ТХ-100
интенсивность сигналов частиц с Dh =386 нм уменьшается при одновременном нарастании
интенсивности сигнала с Dh = 44 нм (рис. 7б).
TX-100
BH20/TX-100
BH30/TX-100
BH40/TX-100
Dh,нм
600
300
0
-6
-5
10
-4
10
10
10
-3
cTX-100, M
Рисунок 6. Зависимость Dh агрегатов в
растворах бинарных систем BHx/TX-100 от
концентрации ПАВ (сBH20= 3.97×10-4 М;
сBH30= 4×10-4 М, сBH40= 3×10-4 М, T= 25 0C
Рисунок 7. Размерное распределение
агрегатов в бинарной системе ВН20/TX100 по объему при сТХ-100=6×10-6 М (а),
сТХ-100=2×10-4 М (б) (сBH20= 3.97×10-4 М, T=
25 0C).
ККА2; 2×10
55
50
55
45
50
ККА1; 5×10−5
50
40
ККМ; 1×10
−4
35
35
30
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
c(Tween-20); M
г
60
55
ККA3; 8×10−4
ККА1; 3×10−5
ККА2; 1×10−4
cTween-20, M
ККА1; 5×10−5
40
40
35
30
10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3
50
45
45
45
40
в
60
55
65
60
−4
σ, мН/м2
70
б
60
σ, мН/м2
а
75
σ, мН/м2
σ, мН/м2
Самоорганизация в растворах бинарных смесей BHx/Tween-20. Согласно данным
тензиометрии, в бинарных системах BHx/Tween-20 С дальнейшим увеличением
концентрации ПАВ наблюдается снижение поверхностного натяжения растворов во всех
системах (рис. 8, табл.1).
10-7
ККA3; 8×10−4
10-6
10-5 10-4 10-3
cTween-20, M
35
30
10-7
ККA2; 1×10−3
10-6
10-5
10-4
10-3
cTween-20, M
Рисунок 8. Изотермы поверхностного натяжения индивидуального раствора Tween20 (а), бинарных систем BH20/Tween-20 (cBH20=3.97×10−4 М) (б), BH30/Tween-20
(cBH30=4×10−4 М) (в), BH40/Tween-20 (cBH40=3×10−4 М) (г), Т=25 0С.
Во всех системах первая точка ККА ниже ККМTween-20 (1×10-4 M). При этом смещение
ККА1 в бинарных системах BHx/Tween-20 происходит в меньшей степени по сравнению с
бинарными системами BHx/TX-100. Помимо этого, на изотерме поверхностного
натяжения раствора бинарной BH20/Tween-20 (рис. 8б) присутствует область с
максимумом при ККА2=2×10-4 М, аналогично эффекту, проявляемому в системе BH20/TX100. Изотерма молекулярной адсорбции в растворах бинарной системы BH30/Tween-20 так
же характеризуется наличием трех точек ККА (рис. 8в, табл. 1). Переход к ГРПО BH40
11
Dh, нм
сопровождается увеличением размера и количества дендритных окон, которые участвуют
в ассоциации с молекулами ПАВ с образованием сложных агрегатов в точке ККА1 (рис.
8г). Данные ДСР (рис. 9) подтверждают образование устойчивых агрегатов с Dh=414±19
нм в системе BH20/Tween-20. Вероятно, ростом концентрации ПАВ в системах
BH20/Tween-20 и BH30/Tween-20 наблюдается ступенчатый переход совместный агрегат –
везикулярный агрегат – мицелла. В то же время в системе BH40/Tween-20 наблюдается
прямой переход из совместного агрегата в мицеллы, что коррелирует с данными
тензиометрии и приводит к более резкому снижению поверхностного натяжения.
Комплексный анализ агрегационных свойств
500
Tween-20
BH20/Tween-20
водных смешанных систем ГРПО/неионогенный
BH30/Tween-20
400
BH40/Tween-20
ПАВ показал, что образование совместных
300
агрегатов в системе ГРПО/ПАВ приводит к
снижению поверхностного натяжения растворов.
200
Характерный
вид
изотерм
поверхностного
100
натяжения свидетельствует о первоначальной
0
стадии связывания молекул ПАВ с ГРПО с
10
10
10
10
10
установлением в системе тройного равновесия
c
,M
свободное
Рисунок
9.
Зависимость
Dh ПАВ в адсорбционном слое
агрегатов в растворах бинарных ПАВ полиплекс ГРПО/ПАВ. Для бинарных
систем
BHx/Tween-20
от систем полиэфирополиола второй генерации ВН20
концентрации
ПАВ
(сBH20= с неионогенными ПАВ ТХ-100 и Tween-20 на
-4
-4
3.97×10 М; сBH30= 4×10 М; сBH40= изотерме молекулярной адсорбции зафиксирован
3×10-4 М; T= 25 0C )
эффект повышения поверхностного натяжения.
Данное свойство является известным для бинарных систем полимер/ПАВ и связано с
обеднением границы раздела фаз за счет формирования мицеллоподобных агрегатов
полимер/ПАВ. Во всех изученных системах ГРПО/ПАВ (Brij-35, Triton-X100, Tween-20)
наблюдаются близкие значения энергии мицеллообразования, которые не зависят от
генерации полимера лишь для системы ГРПО/TX-100. Для остальных изученных систем
природа ГРПО, вероятно, играет существенную роль мицелообразовании. Изменение
поверхностного натяжения и значений максимальной адсорбции при переходе от
индивидуального ПАВ к бинарным системам ГРПО/ПАВ подтверждает предположение о
том, что после точки ККМ ПАВ происходит полная солюбилизация гиперразветвленного
полимера Boltorn H мицеллами ПАВ, что приводит к снижению предельной адсорбции.
Для систем ГРПО/Brij-35, ГРПО/TX-100 повышение генерации полимера приводит к
увеличению параметра предельной адсорбции при образовании совместных агрегатов
ГРПО/неионогенный ПАВ.
Анализ морфологии сложных агрегатов и параметров межфазного
распределения гиперразветвленных полиэфирополиолов в бинарных системах
BHx/неионогенный ПАВ. Для оценки морфологии агрегатов и параметров
межфазного распределения в растворах бинарных систем полиол/неионогенный ПАВ
был использован метод анализа траекторий наночастиц (NTA). Установлено, что агрегаты
в растворах ГРПО имеют большой размер, хорошо детектируются методом NTA с
последующим определением концентрации основной фракции частиц (рис. 10А). После
добавления Brij-35 концентрация частиц фракции полимера (114 нм) уменьшается и
появляется фракция частиц супрамолекулярного агрегата со значением Dh,
-7
-6
-5
-4
-3
Tween-20
12
соответствующим размерам агрегата в точке ККА2 в бинарных системах ГРПО/Brij-35
(рис. 10Б).
Рисунок 10. Зависимости распределения частиц BH30 (А), BH30/Brij-35 (Б) от их
концентрации в водном растворе (сВН30=4×10-7 М, сBrij-35=4×10-7 M, Т=25 0С).
Установлено, что ГРПО ВН30 во всех бинарных системах характеризуется
наибольшей долей связывания (табл. 2).
Таблица 2. Физико-химические параметры бинарных систем BHx/Brij-35 и
BHx/TX-100: Dh - средний гидродинамический диаметр частиц в растворе,
определенный методом NTA; N - концентрация частиц в 1 мл; αBHx - доля
связанного полимера в %.
Brij-35
Triton X-100
BH20 BH30
BH40
BH20
BH30
BH40
97±16 106±6 143±12 87±2
114±3
139±3
Dh, нм (NTA)
N×10-8, частиц / мл
0.6
3
4.5
2.8
2.87
3.70
αBHx,%
88
93
85
87
89
88
Солюбилизационная способность бинарных систем BHx/неионогенный ПАВ
оценена методом спектрофотометрии на примере модельного красителя Orange–OT. Для
систем ГРПО/Brij-35 наблюдается одностадийная солюбилизация Orange-OT, которая
начинается при концентрации Brij-35 4×10-4 М (рис. 11, 12) и сопровождается
уменьшением Dh частиц во всех системах по данным ДСР. Солюбилизационная емкость
систем ГРПО/Triton X-100 существенно выше индивидуального раствора Triton X-100, а
процесс солюбизации протекает в три стадии (рис. 13, 14). Первая стадия солюбилизации
красителя Orange-OT наблюдается в диапазоне концентраций TX-100 1×10-6 М - 2×10-4 М:
происходит увеличение размеров совместных агрегатов с 284.9 до 433 нм для TX-100, с
133 до 302 нм, с 547 до 835 нм, с 61.24 до 941 нм, для систем BH20/TX-100, BH30/TX-100
и BH40/TX-100, соответственно. Второй этап солюбилизации Orange-OT наблюдается в
диапазоне концентраций TX-100 4×10-4 - 1×10-3 М: во всех системах по данным ДСР
наблюдается значительное уменьшение значений Dh частиц до 225.5 ± 73 нм при
концентрации TX-100 6×10-4 М. При концентрации TX-100 выше 3×10-3 М солюбилизация
Orang-OT чистым ПАВ прекращается. Для бинарных смесей BHx/TX-100 начинается
третий этап солюбилизации: на данном этапе независимо от генерации ГРПО уменьшается
13
размер частиц, достигая минимального значения Dh= 10±3 нм с одновременным
уменьшением полидисперсности системы до PDI=0.07.
Рисунок 11. Зависимость оптической
плотности (A505) Orange-OT в растворах Brij35 и в растворах бинарных систем BHx/Brij35(сBH20=3.97×10-4М, сBH30= 4×10-4 М, сBH40=
3×10-4 M, Т=25 0С, λ=505 нм)
Рисунок
12.
Диаграмма
значений
солюбилизационной (S) емкости растворов
Brij-35 и бинарных систем BHx/Brij-35 по
отношению к органическому красителю
Orange-OT.
Это может быть обусловлено солюбилизацией красителя в полости макромолекулы
ГРПО в составе сложных агрегатов BHx/ТХ-100. Только для бинарной системы ВHх/Triton
X-100 характерно значительное увеличение солюбилизацоиноой емкости с ростом
генерации полимера
5
TX-100
BH20/TX-100
BH30/TX-100
BH40/TX-100
4
3
A
ΙΙΙ стадия
2
ΙΙ стадия
1
Ι стадия
0
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
cTX-100, M
Рисунок 13. Зависимость оптической
плотности (А505) Orange-OT в растворах в
присутствии TX-100 и в растворах бинарных
систем BHx/TX-100 (сBH20= 3.97×10-4 М,
сBH30= 4×10-4 М, сBH40= 3×10-4 M, Т=25 0С,
λ=505 нм).
Рисунок
14.
Диаграмма
значений
солюбилизационной
емкост
(S)
и
растворов TX-100 и бинарных систем
BHx/TX-100
по
отношению
к
органическому красителю Orange-OT.
Бинарные системы BH30/Tween-20 и BH40/Tween-20 солюбилизируют Orange-OT
из раствора в значительно меньшей степени чем Tween-20 и бинарная система
BH20/Tween-20.
Самоорганизация в водных растворах производных гиперразветвленных
полиэфирополиолов и их бинарных систем с ПАВ
Синтез, спектральные характеристики и параметры самоорганизации
гиперразветвленных
полиэфирополиакриловых
кислот.
Синтезирован
ряд
гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй (BH20(COOH)m) и третьей
14
(BH30(COOH)m) генераций методом этерификации платформы ГРПО малеиновым
ангидридом при мольных соотношениях ГРПО: малеиновый ангидрид в диапазоне от 1:6
до 1:28. (рис. 15).
Рисунок 15. Общая схема синтеза полиэфирополиакриловых кислот BHx(COOH)m.
Чистоту полученных продуктов контролировали методом ИК-спектроскопии с
преобразованием Фурье и ЯМР спектроскопии на ядрах 13С и 1Н. В спектрах ЯМР 1Н всех
синтезированных поликислот сигналы протонов этенильного фрагмента –СН=СН–
находятся в цис-положении, что соответствует наличию синглета при δH 6.42 м.д. во всех
соединениях. Кислотное число и содержание кислотных групп (m) и степень
функционализации (f,%) в синтезированных соединениях определены по данным рН1
потенциометрического
титрования,
спектроскопии
ЯМР
H
в
(CD3)2CO
полиэфирополикислот (таблица 3).
Таблица 3. Характеристики полиэфирополиакриловых кислот (n = 3, p =0.95).
Соединение
Кислотное число, мг КОН/г
COOH, f,% титр f,% ЯМР
%
51±2
4.9±0.1
30.90
31.25
BH20(COOH)6
52 ±3
4.1±0.2
18.21
18.75
BH30(COOH)6
102±5
8.1±0.4
37.05
37.50
BH30(COOH)12
138±7
11.1±0.5
55.83
56.25
BH30(COOH)18
184±5
14.7±0.9 74.78
75.13
BH30(COOH)24
214±7
17.1±0.7 86.95
87.57
BH30(COOH)28
Поданным ДСР для поликислоты BH20(COOH)6 при времени стабилизации
системы 30 мин зафиксировано два типа агрегатов при рН=1 с Dh=651±235 нм и при рН=11
с Dh=638±249 нм. Система неустойчива, PDI>0.5. Стабилизация системы наступает через
24 часа, максимальный размер агрегатов Dh=296±108 при рН=3.55. В щелочной области
полидисперсность системы минимальна( PDI<0.05), размер агрегатов уменьшается до
Dh=224±3. Для полиакриловых кислот третьей генерации BH30(COOH)6, BH30(COOH)12,
BH30(COOH)18, BH30(COOH)24 и BH30(COOH)28. установлено, что с ростом степени
функционализации уменьшается средний гидродинамический диаметр агрегатов и
полидисперстность системы. В системе BH30(COOH)6 происходит перестройка агрегатов
15
во всем диапазоне рН с образованием сложных агрегатов трех типов при рН= 3, 6 и 9 с
близкими значениями Dh. Увеличение степени функционализации приводит к сдвигу
области формирования сложных агрегатов в область низких значений рН.
Самоорганизация в растворах гиперразветвленная полиэфирополиакриловая
кислота/ПАВ. Изучение процессов совместной агрегации функционализированных
производных с неионогенными ПАВ проводили на примере полиэфирополиакриловой
кислоты второй генерации BH20(COOH)6 в составе бинарных систем с Brij-35 и TX-100.
Для бинарной системы BH20(COOH)6/TX-100 выше точки ККМTX-100 (2×10-4 М)
поликислота полностью переходит в мицеллу, Dh = 12.59±1.5 нм (рис. 16а). Для системы
BH20(COOH)6/Brij-35 после точки ККМ (1.7×10-4 М) происходит образование крупных
агрегатов с Dh=307 нм (рис. 16б), в которых поликислота слабо связана с агрегатами ПАВ.
Таким образом, процессы самоорганизации успешно реализуются и в растворах
индивидуальных гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот, и в растворах их
бинарных систем ВНх(СООН)m/ПАВ. Поэтому оба варианта систем могут быть
использованы для связывания целевых субстратов.
Рисунок 16. Зависимость Dh агрегатов в растворах бинарных систем ВН20(СООН)6/ТХ100 (а) и BH20(COOH)6/Brij-35 (б) от концентрации ТХ-100 (сВН20(СООН)6=9.84×10-5 М,
сNaOH= 0.01 М, T=25 0С)
Взаимодействие гиперразветвленных полимеров и их бинарных систем с ПАВ с
доксорубицином
Установлено, что системы BHx/ПАВ не взаимодействуют с доксорубициниом
(DOX). Функционализация платформы ГРПО фрагментами акриловой кислоты в
терминальных положениях обеспечивает образование устойчивых ассоциатов
BHx(COOH)m+DOX. Для исследования инкапсуляции доксорубицина были выбраны
методы УФ-ВИД спектроскопии, метод динамического светорассеяния (ДСР) и анализа
траекторий наночастиц (NTA). По данным спектрофотометрии для поликислоты
BH20(COOH)6, степень связывания DOX составляет 53%. По данным NTA анализа в
растворе BH20(COOH)6 основная фракция представлена частицами со средним значением
Dh=79±13 нм, концентрация частиц в системе составляет 2.49±0.1×108 частиц/мл, доля
крупных агрегатов мала. При добавлении доксорубицна в раствор BH20(COOH)6
наблюдается возрастание значения Dh до 136±17 нм и уменьшение количества частиц до
0.37±0.08×108 частиц/мл, что указывает на протекание процессов ассоциации с
уменьшением общего количества частиц.
Для полиэфирополиакриловых кислот третьей генерации максимальное связывание
доксорубицина наблюдается для BH30(COOH)12 и BH30(COOH)24 и составляет 60% при
-3
16
концентрации поликислот 2.5×10 мМ. По данным ДСР взаимодействие DOX с
полиэфирополикарбоновыми кислотами BH30(COOH)m, где m=12, 24, обусловленно
образованием совместных агрегатов с Dh равным 100 ± 20 нм при концентрации
поликислот 7.5×10-3 мМ. При повышении содержания кислотных групп в полимере до 28
(BH30(COOH)28) наблюдается уменьшение степени связывания DOX до 30% с
уменьшением среднего Dh совместных агрегатов до 50±20 нм. ДСР анализ распределения
Dh частиц в системе BH30(COOH)24+DOX в области концентраций BH30(COOH)24
7.5×10-3 – 2×10-2 мM показал наличие двух типов совместных агрегатов. Наличие в системе
BH30(COOH)24+DOX двух типов совместных агрегатов с Dh1= 98±2 и Dh2= 200±30 нм,
обуславливает большую степень связывания DOX поликислотой BH30(COOH)24 по
сравнению с BH30(COOH)12.
Повышение растворимости в водных растворах может быть достигнуто
применением бинарных систем гиперразветвленная полиэфирополикислота/ПАВ.
Взаимодействие доксорубицина оценено с бинарными системами BH30(COOH)m/Brij-35 и
BH30(COOH)m/TX-100.
Для бинарных BH30(COOH)m/Brij-35 максимальная степень связывания
доксорубицина совпадает со степенью связывания с чистыми поликислотами. При этом, во
всех системах происходит увеличение индекса полидисперсности, а в системе с
BH30(COOH)28/Brij-35 совместные агрегаты не стабилизировались в течение трех суток и
в растворе выпадал осадок. Для бинарных систем BH30(COOH)m/TX-100 наблюдается
уменьшение степени связывания DOX для системы BH30(COOH)28/TX-100 до 20%. Для
бинарных систем BH30(COOH)m/TX-100, где m=12, 24, степень связывания
доксорубицина коррелирует с размерами агрегатов.
Экспериментальные данные указывают на наличие двух этапов связывания DOX
бинарными системами BH30(COOH)12/TX-100 и BH30(COOH)24/TX-100. Разница между
системами зависит от типа и количества совместных агрегатов. В системе с
BH30(COOH)24 присутствуют 2 типа совместных агрегатов с Dh1=120±20 нм и с
Dh2=580±50 нм, тогда как в смеси с BH30(COOH)12 присутствуют только частиц с Dh
=260±30 нм.
Таким
образом,
однозначно
доказана
возможность
использования
гиперразветвленных полиэфирополикислот BHх(COOH)m и их бинарных систем
BHх(COOH)m/ПАВ для инкапсуляции DOX. Наилучшие характеристики показали
бинарные системы BHх(COOH)m с TX-100.
Морфогенетическая оценка активности ассоциатов полиэфирополиакриловых
кислот и бинарных систем на их основе по отношению к клеткам HeLa и карциномы
человека MCF-7
Для оценки фармакологических характеристик, изученных ассоциатов с
доксорубицином было проведено морфогенетическое исследование их активности по
отношению к клеткам HeLa и клеткам карциномы человека MCF-7. Ассоциат
B20(COOH)6+DOX при тех же дозах оказывал слабо токсический эффект.
Оценена активность BH30(COOH)24+DOX и бинарной системы BH30(COOH)24/TX100 +DOX по отношению к клеткам культуры MCF-7. Ассоциаты поликислоты и бинарной
системы с DOX уменьшают коэффициент жизнеспособности раковых клеток эффективнее
доксорубицина независимо от дозы. Коэффициент жизнеспособности больше всего
снижается в образцах где применялась бинарная система. Анализ по индексу полиферации
показал, что независимо от дозы бинарная система с доксорубицином эффективнее
остальных затормаживает деление клеток MCF-7, а при дозе в 12 мкл практически
останавливает его. Оценка индекса цитотоксичности показала, что бинарная система с
17
доксорубицином системой проявляет большую эффективность и в большей степени
угнетает деление клеток, чем компоненты в него входящие. Совокупность полученных
результатов свидетельствует, что наилучшими системами для связывания доксорубицина
являются гиперразветвленные полиэфирополикислоты BH20(COOH)6, BH30(COOH)24 и
их бинарные системы с неионогенных поверхностно активным веществом Triton X-100.
Ассоциаты BH20(COOH)6+DOX и BH30(COOH)24/TX-100+DOX проявляют наилучшие
характеристики в подавлении активности раковых клеток и могут быть использованы в
разработке лекарственных средств для терапии онкозаболеваний.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Созданы
новые
бинарные
системы
гиперразветвленный
полиэфирополиол/неиногенный ПАВ (Brij-35, Triton X-100, Tween-20), в которых
процессы самооганизации, структура и размер образующихся молекулярных агрегатов
зависят от генерации гиперразветвленного полиэфирополиола, концентрации и
химической структуры ПАВ.
2. В бинарных системах гиперразветвленных полиэфирополиолов с Brij-35 и Trion X-100
повышение генерации полиэфирополиола приводит к возрастанию значений
предельной адсорбции. Для всех бинарных систем выявлено уменьшение свободной
энергии мицеллообразования и критической концентрации агрегации в ряду Triton X100˃Tween-20˃Brij-35. Независимо от генерации полимера и химической структуры
ПАВ солюбилизация гиперразветвленных полиэфирополиолов происходит при
концентрации ПАВ на 1.5-2 порядка выше точки ККМ.
3. Предложен подход к оценке распределения и доли связывания гиперразветвленных
полиэфирополиолов в мицеллярных растворах ПАВ методом анализа траекторий
движения наночастиц. Увеличение генерации гиперразветвленного полиэфирополиола
приводит к уменьшению гидродинамического диаметра с 112±17 до 95±5 нм, индекса
полидисперсности
и
увеличению
концентрации
молекулярных
агрегатов
полиэфирополиол/ПАВ в растворах бинарных систем с Brij-35 и Trion X-100.
4. Солюбилизационная емкость бинарных систем на основе гиперразветвленных
полиэфирополиолов с Brij-35 и Triton X-100 по отношению к органическому красителю
Orange-OT возрастает в ряду Brij-35<BH20/Brij-35≈BH40/Brij-35<BH30/Brij-35 и в ряду
Triton X-100 < BH20/Triton X-100 ≈ BH30/ Triton X-100 << BH40/Triton X-100.
5. Синтезирован ряд гиперразветвленных полиэфирополиакриловых кислот второй
(BH20(COOH)m) и третьей (BH30(COOH)m) генераций, где m=6-28. Увеличение степени
функционализации платформы полиэфира фрагментами акриловой кислоты приводит к
снижению области рН формирования сложных агрегатов до рН=2 с одновременным
уменьшением их гидродинамического диаметра и полидисперсности.
6. Получены новые водорастворимые бинарные системы гиперразветвленная
полиэфирополиакриловая кислота второй и третьей генераций BHх(COOH)m/ПАВ (Brij35, Triton X-100). Образование ассоциацатов с доксорубицином (DOX) наблюдается для
всех поликислот и бинарных систем BHх(COOH)m/ПАВ, максимальное связывание
доксорубицина наблюдается для поликислот BH20(COOH)6, BH30(COOH)12 и
BH30(COOH)24 и составляет 53-60% при концентрации поликислот 2.5×10-3 мМ.
7. Ассоциат BH20(COOH)6+доксорубицин угнетает клеточную культуру HeLa, оказывая
слабо токсический эффект при дозах 35 мг/кг. Ассоциат BH30(COOH)24/Triton X100+доксорубицин угнетает активность и жизнеспособность клеток карциномы
человека MCF-7 в большей степени чем доксорубицин.
18
Результаты работы могут быль использованы для развития подходов к оценке физикохимических характеристик процессов супрамолекулярных
взаимодействий
и
самоорганизации в растворах гиперразветвленных полимеров и их бинарных смесей с
ПАВ, создают первичную информационную базу термодинамических функций
образования супрамолекулярных полиплексов на основе гиперразветвленных полимеров.
Возможность использования супрамолекулярных агрегатов гиперразветвленных
полиэфирополиакриловых кислот их бинарных систем с неионогенными ПАВ (Brij-35,
TritonX-100) для связывания антиракового препарата доксорубицин имеет существенное
значение для разработки новых систем адресной доставки лекарственных препаратов.
Тема работы может быть продолжена с использованием других ПАВ, мотивирующих
реагентов и лекарственных препаратов. Результаты работы могут быть дополнены
методами квантово-химического моделирования и методом малоуглового нейтронного
рассеяния.
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации:
1.
Kutyreva M.P. Self-organization and solubilization in binary systems based on hyperbranched
polyesters polyols / M.P. Kutyreva, A.A. Khannanov, L. Ya. Zakharova, N.A. Ulakhovich, G.A.
Kutyrev, D.R. Gabdrakhmanov // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. –
2015. – V. 468. – P. 40 – 48.
2.
Khannanov, A.A. Hyperbranched polyester polyacids and their binary systems with surfactants
for doxorubicin encapsulation / A.A. Khannanov, M.P. Kutyreva, N.A. Ulakhovich, A. R. Gataulina,
O.V. Bondar, L. Ya. Zakharova, G.A. Kutyrev // Fluid Phase Equilibria. – 2016. – V. 411. – P. 93 – 100.
3.
Гатаулина, А.Р. Синтез гиперразветвленных полиэфирополималеиновых кислот третьей
генерации / А.Р. Гатаулина, А.А. Ханнанов, О.А. Малиновских, О.В. Бондарь, Н.А. Улахович, М.
П. Кутырева // Журнал общей химии. – 2013. – Т. 83. - № 12. – С. 1984 – 1986.
4.
Кутырева, М.П. Синтез и свойства сверхразветвленных полиэфирополиакриловых кислот и
их металлокомплексов / М. П. Кутырева, Н.А. Улахович, А.Р. Гатаулина, А.А. Ханнанов, О.А.
Малиновских, С.В. Юртаева, Э. П. Медянцева // Известия академии наук. Серия химическая. –
2014. - № 1. – С. 239 – 246.
5.
Ханнанов,
А.А.
Самоагрегация
в
водных
растворах
модифицированных
полиэфирополиолов третьей генерации / А.А. Ханнанов, Л.Я. Захарова, М.П. Кутырева, М.А.
Воронин, Н.А. Улахович, Г.А. Кутырев // Вестник Казанского технологического университета. –
2012. – Т. 11. – №11. – С. 129 – 132
6.
Ханнанов, А.А. Солюбилизация гиперразветвленного полиэфирополиола Boltorn H20 с
помощью неионного ПАВ Brij-35 / А.А. Ханнанов, Л.Я. Захарова, М.П. Кутырева, А.Р. Гатаулина,
М.А. Воронин, Н.А. Улахович, Г.А. Кутырев // Вестник Казанского технологического
университета. – 2013. – Т. 16. – №1. – С. 132 – 135.
7.
Ханнанов, А.А. Инкапсулирование противоопухолевого препарата доксорубицина
гиперразветвленными полиэфирополикарбоновыми кислотами / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева,
Н.А. Улахович, А.Р. Гатаулина, Л.Я. Захарова, М.А. Воронин, Е.В. Халдеева // Вестник
Казанского технологического университета. – 2013. – Т. 16. – №22. – С. 229 – 233.
8.
Ханнанов, А.А. Супрамолекулярные ансамбли на основе модифицированных
гиперразветвленных полиэфиров / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, М.А. Воронин, Л.Я. Захарова,
А.Р. Гатаулина, Г.А. Кутырев // Тезисы докладов I Всероссийского симпозиума по поверхностноактивным веществам «От коллоидных систем к нанохимии». – Казань, 2011. – С. 127.
9.
Ханнанов, А.А. Модифицированные гиперразветвленные полиэфирополиолы: синтез и
самоорганизация / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, М.А. Воронин, Л.Я. Захарова, Н.А. Улахович //
Тезисы докладов XI конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Материалы и
технологии XII века». – Казань, 2012. – С. 73.
10.
Ханнанов, А.А. Модифицированные гиперразветвленные полиэфирополиолы: синтез и
самоорганизация / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, М.А. Воронин, Л.Я. Захарова, Н.А. Улахович //
19
Тезисы докладов XXII Российской молодежной научной конференции, посвященной 100-летию со
дня рождения А.А. Тагер. – Екатеринбург, 2012. – С. 16 – 18.
11.
Ханнанов, А.А. Самоорганизующиеся системы на платформе гиперразветвленных
полиэфирополиолов / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, Н.А. Улахович, М.А. Воронин, Л.Я.
Захарова, Г.А. Кутырев // Тезисы докладов Всероссийской молодежной конференции «Химия под
знаком Сигма: исследования, инновации, технологии». – Казань, 2012. – С. 115 – 117.
12.
Ханнанов, А.А. Бинарные системы ПАВ/ полимер на основе гиперразветвленных
полиэфирополиолов / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, Н.А. Улахович, М.А. Воронин, Л.Я.
Захарова // Сборник трудов XI Международной конференции по химии и физико-химии
олигомеров Т2. – Ярославль, 2013. – С. 255.
Ханнанов, А.А. Солюбилизация гиперразветвленных полиэфирополиолов и их
13.
функционализированных производных / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, Н.А. Улахович, Л.Я.
Захарова, М.А. Воронин // Сборник тезисов докладов и сообщений ХХ Всероссийской
конференции «Структура и динамика молекулярных систем». – Казань, 2013. – С. 150.
14.
Ханнанов, А.А. Новые супрамолекулярных системы на основе ГРПО для солюбилизации
лекарственных препаратов / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, Л.Я. Захарова, Н.А. Улахович, Д.Р.
Габдрахманов // Тезисы докладов Третьей Международной конференции стран СНГ «Золь-гель
синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и
дисперсных систем». – Суздаль, 2014. – С. 49.
15.
Кутырева, М.П. Металлосодержащие функционализированные полиэфирополиолы как
основа новых гибридных биологически активных материалов / М.П. Кутырева, Н.А. Улахович,
А.Р. Гатаулина, О.И. Медведева, А.А. Ханнанов, О.В. Бондарь, А.В. Сурнова // Тезисы докладов
ХХVI Международной Чугаевской конференции по координационной химии.–Казань, 2014.-С. 97.
16.
Ханнанов,
А.А.
Бинарные
системы
на
основе
гиперразветвленных
полиэфирополикарбоновых кислот для транспорта противоопухолевого препарата доксорубицина/
А.А. Ханнанов, М. П. Кутырева, Н.А. Улахович, Д.Р. Габрахманов, Л.Я. Захарова, А.Р. Гатаулина,
М.Р. Ибатуллина // Тезисы докладов ХХVI Международной Чугаевской конференции по
координационной химии. – Казань, 2014. - С. 266.
17.
Ханнанов, А.А. Самоорганизация в растворах гиперразветвленных полимеров их
производных, а так же бинарных систем с ПАВ / А.А. Ханнанов, М.П. Кутырева, А.Р. Гатаулина,
Н.А. Улахович, Л.Я. Захарова, Д.Р. Габдрахманов // Материалы Международной научной
конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии». Том 1.–Томск, 2015.С. 189.
18.
Ханнанов А.А. Супрамолекулярные системы на основе гиперразветвленных
полиэфирополиолов для транспортировки противоопухолевых препаратов / А.А. Ханнанов, М.П.
Кутырева, Л.Я. Захарова, Н.А. Улахович, Д.Р. Габдрахманов, Г.А. Кутырев // Тезисы докладов Х
Всероссийской конференции «Химия и медицина» с молодежной научной школой.–Уфа, 2015.–
С.75.
19.
Ханнанов,
А.А.
Особенности
самоорганизации
гиперразветвленных
полиэфирополиакриловых кислот в присутствии ПАВ и ионов Na+ / А.А. Ханнанов, М.П.
Кутырева, Н.А. Улахович, А.Р. Гатаулина, О.И. Медведева, Л.Я. Захарова // Тезисы докладов XXII
Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» и XIII Школы
молодых ученых «Синтез, структура и динамика молекулярных систем». – Казань, 2015. – С. 112.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа