Агрегация хитозана и его производных в разбавленных водных растворах

Московский Государственный Университет им. М.В. ЛомоносоваФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ___________________________________________________________________На правах рукописиКорчагина Евгения ВикторовнаАГРЕГАЦИЯ ХИТОЗАНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХВ РАЗБАВЛЕННЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРАХ02.00.06 – высокомолекулярные соединения,физико-математические наукиАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2012Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов Физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В.

ЛомоносоваНаучныйруководительдоктор физико-математических наук, профессорФилиппова Ольга ЕвгеньевнаОфициальныеоппонентыдоктор физико-математических наукНикитин Лев Николаевичдоктор химических наук, профессорЗубов Виталий ПавловичВедущая организацияИнститут синтетических полимерныхматериалов имени Н.С. Ениколопова РАНЗащита состоится “15” февраля 2012 года в 15.30 на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.01 в Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991 ГСП-1, г. Москва,Ленинские горы, д. 1, стр. 35, конференц-зал Центра коллективного пользованияМГУ им. М.В.

Ломоносова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан “14” января 2012 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д.501.002.01,кандидат физико-математических наукЛаптинская Т.В.-2-ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Хитозан является природным полисахаридом,выделяемым, главным образом, из отходов переработки морепродуктов. Этотполимер обладает целым рядом замечательных свойств.

Будучи практическиединственным поликатионом природного происхождения, он нетоксичен,биосовместим, а также биоразлагаем, что исключает возможность его накопленияв организме человека и окружающей среде. Благодаря своим уникальнымсвойствам хитозан уже нашел широкое применение в медицине,фармацевтической, пищевой, парфюмерно-косметической промышленности,сельском хозяйстве, водоочистке.Из всех областей применения хитозана на первом месте стоитздравоохранение. Это связано, в частности, с его высокой биологическойактивностью. Обнаружено, что этот полимер обладает кровоостанавливающими,бактерицидными, фунгицидными, противоопухолевыми, антихолестериновыми ииммуномодулирующими свойствами, также он оказывает успокаивающее действиена центральную нервную систему.

Очень перспективным является использованиеэтого полимера в качестве носителя лекарственных средств. Положительный зарядхитозана способствует его проникновению через клеточные мембраны и плотныеслои эпителия, обеспечивает хорошую адгезию к слизистым оболочкам ипротивомикробные свойства. Благодаря своей способности связыватьпротивоположно заряженную ДНК, хитозан также может быть использован длядоставки генов.Хитозану можно придать новые свойства, если химически модифицироватьего путем введения различных заместителей.

Если в результате такоймодификации не затрагиваются основной скелет полимерной цепи и частьфункциональных групп, то ценные свойства самого хитозана сохраняются.Полученный таким образом гидрофобно модифицированный (ГМ) хитозанспособен образовывать гидрофобные домены, которые могут солюбилизироватьплохо растворимые в воде лекарственные вещества. Это расширит возможностиприменения хитозана в качестве носителя лекарств. Также гидрофобныезаместители могут усиливать трансфекцию, что повысит эффективность хитозанапри доставке генов.Большинство применений хитозана связано с его водными растворами,поэтому важно понимать поведение полимера в этой среде.

В одних случаях он-3-образует истинные растворы одиночных макромолекул, в других случаях онагрегирует. Растворы индивидуальных макромолекул важны для того, чтобыохарактеризовать отдельные цепи хитозана, например, определить ихмолекулярную массу. Но особый интерес вызывают самопроизвольноформирующиеся агрегаты хитозана, перспективные в качестве носителейлекарственных веществ и генов. Зная закономерности образования агрегатовхитозана и факторы, определяющие их размер, можно направленно получатьполимерные носители требуемого размера.Теория, описывающая поведение ассоциирующих полиэлектролитов вразбавленных водных растворах, предсказывает1, что стабилизация такихмежмолекулярных агрегатов определяется конкуренцией между притяжениемассоциирующих групп и отталкиванием, вызванным заряженными группами нацепи полимера и осмотическим давлением противоионов, препятствующимагрегации.

При этом размеры агрегатов зависят от содержания ассоциирующих изаряженныхгрупп.Однако,имеющиесяэкспериментальныеданныепротиворечивы. Более того, влияние на агрегацию таких факторов, как длинаосновной цепи хитозана, концентрация и тип соли, практически не изучены.Целью работы является экспериментальное исследование агрегациимакромолекул хитозана и его гидрофобных производных в разбавленных водныхрастворах, которое включает в себя определение размера агрегатов и числасоставляющих их полимерных цепей в зависимости от следующих факторов: длиныцепи полимера, содержания гидрофобных групп, концентрации и типанизкомолекулярной соли.Научная новизна работы характеризуется следующими основнымирезультатами:1.

Впервые показано, что размер агрегатов хитозана и ГМ хитозана не зависит отдлины составляющих их полимерных цепей.2. Обнаружено, что число макромолекул, образующих агрегат, увеличивается приуменьшении молекулярной массы полимера.3. Показано, что агрегаты хитозана и ГМ хитозана представляют собой наногелис более плотным ядром и разреженным поверхностным слоем.1Potemkin, I. I.; Vasilevskaya, V. V.; Khokhlov, A.

R. J. Chem. Phys. 1999, V. 111, pp. 2809-2817.-4-4. Найдено, что введение в хитозан гидрофобных групп приводит к увеличениюдоли агрегированных макромолекул и агрегационного числа.5. Впервые обнаружено, что при увеличении содержания гидрофобных групп вГМ хитозане от 2 до 4 мол.% агрегационное число остается постоянным.6. Показано, что увеличение концентрации соли приводит к поджатию агрегатов иувеличению доли агрегированных макромолекул, при этом агрегационное число неменяется.7. Обнаружено, что агрегация сильно зависит от типа соли: в присутствиихлорида натрия доля агрегатов намного больше, а агрегационное число меньше, чемв присутствии ацетата натрия.Практическая значимость.

Полученные результаты позволяют описатьповедение хитозана и его гидрофобных производных в разбавленных водныхрастворах. Они носят не только фундаментальный характер, но также могут бытьиспользованы для создания на основе этих полимеров носителей лекарственныхсредств, обладающих требуемыми характеристиками (размер, плотность,структура).Апробация работы.

Результаты работы были доложены на Международныхконференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов2005» (Москва, 2005), «Ломоносов-2006» (Москва, 2006), «Ломоносов-2007»(Москва, 2007), «Ломоносов-2008» (Москва, 2008), «Ломоносов-2009» (Москва,2009), «Ломоносов-2010» (Москва, 2010), на Малом полимерном конгрессе(Москва, 2005), на четвертой и пятой Всероссийских Каргинских конференциях(Москва, 2007, 2010), на Санкт-Петербургских конференциях молодых ученых смеждународным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (СанктПетербург, 2007, 2008), на Международном студенческом форуме (Омаха, США,2008), на шестой Украинской открытой конференции молодых ученых «ВМС2008» (Киев, Украина, 2008), на пятом Международном симпозиуме посупрамолекулярным системам в химии и биологии (Киев, Украина, 2009), натретьей Международной конференции по коллоидной химии и физико-механике,посвященной двухсотлетию открытия электрокинетических явлений Ф.Ф.Рейсом(Москва, 2008), на 43-ем Всемирном Полимерном конгрессе «Макро-2010»(Глазго, Великобритания, 2010), на второй Всероссийской школе-конференции длямолодых ученых “Макромолекулярные объекты и полимерные нанокомпозиты”(Московская область, 2010), на восьмом Международном симпозиуме пополиэлектролитам (Шанхай, Китай, 2010), на десятой Международной-5-конференции Европейского хитинового общества «EUCHIS’11» (Санкт-Петербург,2011), на Европейском полимерном конгрессе (Гранада, Испания, 2011), наМеждународной конференции по инновациям в полимерной науке и технологии«IPST2011» (Денпасар, Индонезия, 2011).Публикации.

По результатам работы опубликованы 2 статьи и 23 тезисовдокладов.Личный вклад диссертанта. Экспериментальные данные, приведенные вдиссертационной работе, получены автором лично или при его непосредственномучастии.Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов исписка литературы и содержит 100 страниц текста, включая 44 рисунка и 8таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы исследований, отражены еенаучная новизна и практическая значимость.В первой главе приведѐн анализ литературных данных по теме диссертации.Во второй главе описаны методика приготовления образцов и физическиеметоды, используемые в работе.В третьей главе представлены оригинальные результаты экспериментальныхисследований по теме диссертации.