Автореферат (Дилатационная поверхностная реология растворов смеси полиэлектролитов и ПАВ)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЛЯДИНСКАЯВанда ВладимировнаДИЛАТАЦИОННАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ РЕОЛОГИЯ РАСТВОРОВ СМЕСИПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ И ПАВСпециальность 02.00.11 – коллоидная химияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукСанкт-Петербург2017Работа выполнена на кафедре коллоидной химии Института химии ФГБОУ ВО “СанктПетербургский Государственный Университет”.Научный руководитель:Носков Борис Анатольевичдоктор химических наукСанкт-Петербургский государственный университетОфициальные оппоненты:Дмитриева Ирина Борисовнадоктор химических наукСанкт-Петербургская государственная химикофармацевтическая академияПисарев Олег Александровичкандидат химических наукИнститут высокомолекулярных соединений РАНВедущая организация:ФГБОУ ВПО «Мурманский государственный техническийуниверситет»Защита состоится “___” ___ 2017 г в ___ на заседании диссертационного советапозащите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук при Санкт-Петербургскомгосударственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний проспект В.О.,д.41/43, БХА.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.

А.М. Горького СПбГУ поадресу: Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.Автореферат разослан “__” ________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат химических наукСуходолов Н.Г.2Общая характеристика работыАктуальность работы. В настоящее время исследования свойств растворов смесейполиэлектролитовиповерхностно-активныхвеществ(ПАВ)представляютбыстроразвивающееся направление коллоидной химии. Широкое применение таких систем вмедицине и различных отраслях промышленности в значительной степени обусловлено ихповерхностными свойствами.Поскольку большинство технологических и биохимических процессов с участиеммакромолекул протекает вдали от состояния равновесия, задачи описания кинетики адсорбции врастворах, содержащих полиэлектролиты и ПАВ, представляются особенно важными.

Несмотряна это, механизм формирования, структура и механические свойства адсорбционных пленокполиэлектролит/ПАВ на данный момент изучены недостаточно, что связано с ограниченнымчислом существующих экспериментальных методов исследования флюидных межфазныхграниц.В последние годы применение методов дилатационной поверхностной реологии позволилополучить новую информацию о процессах формирования и структуре адсорбционных слоев,содержащих высокомолекулярные вещества.

В то же время полученные результаты длярастворов смеси полиэлектролит/ПАВ не привели к созданию общепринятой моделиформирования микрогетерогенной адсорбционной пленки на границе раствор – газ. Вособенности, это относится к растворам смеси ПАВ с природным полиэлектролитом –дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК). Образующиеся в смешанных растворах ДНК и ПАВкомплексы применяются в процессах выделения и очистки ДНК, при конструировании ДНКчипов, а также в ходе направленной доставки генов в живые клетки. Несмотря на то, чтоосновные этапы переноса ДНК в ходе невирусной трансфекции непосредственно связаны совзаимодействием комплекса – переносчика с межклеточной мембраной, то есть со свойствамиграницы между флюидными фазами, большинство исследований в этой области до сих пор былососредоточено на анализе механизма процессов сворачивания и конденсации молекул ДНК вобъеме раствора.Цель данной работы состоит в определении механизма формирования и свойствмикрогетерогенных адсорбционных слоев смеси ПАВ с синтетическими и природнымиполиэлектролитами на поверхности водных растворов.Для достижения этой цели в диссертационном исследовании решались следующие основныезадачи:1.Определение концентрационных, кинетических и частотных зависимостей динамическихповерхностных свойств растворов полиэлектролит/ПАВ.32.Определение влияния степени гидрофобности ПАВ, ионной силы раствора, заряда ихимической структуры полиэлектролита, а также способа приготовления растворов нареологическиесвойстваиструктуруобразующихсяадсорбционныхпленокполиэлектролит/ПАВ.3.Определение кинетических зависимостей поверхностной концентрации и морфологииадсорбционных пленок полиэлектролит/ПАВ при различных концентрациях компонентов вобъеме раствора оптическими методами.4.Определениемикроструктурыадсорбционныхпленокполиэлектролит/ПАВ,перенесенных на твердую подложку, в широком диапазоне концентраций ПАВ методом атомносиловой микроскопии.5.Определениеосновныхстадийформированияадсорбционныхпленокполиэлектролит/ПАВ на основе экспериментальных данных и результатов расчета кинетикиадсорбции.Научнаяновизна.Впервыепроведенысистематическиеизмеренияреологическихповерхностных свойств растворов дезоксирибонуклеиновой кислоты с ПАВ на границежидкость–газ и выявлены существенные отличия этой системы от ранее исследованныхрастворов ПАВ с синтетическими полиэлектролитами.

Показано, что вторичная структурамолекулы ДНК оказывает значительное влияние на поверхностные реологические свойстварастворовДНК/ПАВ.ВпервыедлярастворовкомплексовДНКибромидацетилтриметиламмония (ЦТАБ) на кинетических зависимостях динамических поверхностныхсвойств обнаружены участки, соответствующие фазовому переходу первого порядка вадсорбционном слое. Выполнена оценка химического состава и структуры сосуществующихповерхностных фаз.

Предложен механизм формирования адсорбционных пленок в растворахсмеси ПАВ с синтетическим и природным полиэлектролитом.Практическая ценность работы. Одним из возможных способов введения молекул ДНК вклетку заключается в образовании комплекса ДНК с противоположно заряженным ПАВ ипоследующего переноса полученного комплекса через межклеточную мембрану. Тем не менее,взаимодействие ДНК и ПАВ на границе двух флюидных фаз почти не изучено, даже несмотря нато, что пленки амфифильных молекул на этой границе часто используются в качестве простойфизической модели биологических мембран.

Полученные результаты по образованиюкомплексов ДНК/ПАВ на водной поверхности позволяют найти оптимальные условия длятрансфекции ДНК. С другой стороны, полученные значения дилатационной поверхностнойупругости растворов полиэлектролит/ПАВ позволяют предсказать условия формированиянаиболее устойчивой пены в этих системах.4Положения и результаты, выносимые на защиту:1.Особенности поверхностных реологических свойств растворов полиакриловой кислоты сбромидами алкилтриметиламмония (ПАК/С(n=8-16)ТАБ, где n – число атомов углерода), растворовхлорида полидиаллилдиметиламмония с додецилсульфатом натрия (ПДАДМАХ/ДСН) сдобавками неорганической соли, и растворов линейной и плазмидной дезоксирибонуклеиновыхкислот с бромидами алкилтриметиламмония (ДНК/С(n=12,16)ТАБ).2.Обнаружение и интерпретация немонотонных кинетических зависимостей динамическойповерхностной упругости растворов полиэлектролит/ПАВ.3.Обнаружение фазовых переходов первого порядка в адсорбционных слоях растворовДНК/ПАВ и оценка химической природы сосуществующих поверхностных фаз.4.Механизм формирования адсорбционных пленок в растворах смеси ПАВ с синтетическими природным полиэлектролитом.Апробация работы.

Результаты работы были представлены на следующих научныхконференциях: International Conference of Colloids and Interface Science “JTCC 2015” (Тайбэй,Тайвань), IX International Chemistry Conference for young scientists “Mendeleev 2015” (СанктПетербург, Россия), 5th Conference of the International Association of Colloid and Interface Scientists“IACIS 2015” (Майнц, Германия), III Всероссийский симпозиум с международным участием поповерхностно-активным веществам 2015 (Санкт-Петербург, Россия), 8th International SymposiumMolecular Order and Mobility in Polymer Systems “MOMPS 2014” (Санкт-Петербург, Россия), VIIIВсероссийская конференция с международным участием молодых ученых по химии “Mendeleev2014” (Санкт-Петербург, Россия), IV International Conference on colloid chemistry andphysicochemical mechanics “IC-CCPCM 2013” (Москва, Россия), 7th International SymposiumMolecular Mobility and Order in Polymer Systems “MOMPS 2011” (Санкт-Петербург, Россия).Публикации.

По теме диссертации опубликовано 5 статей в международных журналах и 9тезисов докладов.Личный вклад автора. Авторский вклад состоит в постановке основных задач,непосредственном выполнении экспериментальных исследований, обработке и анализеэкспериментальных данных, формулировке выводов.Объем и структура работы. Диссертационная работа объемом 135 страниц машинописноготекста состоит из введения, четырех глав, содержащих 42 рисунка и 3 таблицы, выводов и спискалитературы, включающего 227 наименований.5Основное содержание диссертационной работыВо введении кратко излагаются актуальность и практическая ценность работы, а такжеформулируются основные цели и задачи исследования.Первая глава представляет собой обзор литературы, в котором представлены общие сведенияо структуре и свойствах синтетических и природных полиэлектролитов, а также подробнообсуждаются результаты исследований объемных и поверхностных свойств растворов смесиполиэлектролитовсповерхностно-активнымивеществами.Вотдельномпараграферассматриваются основы теории поверхностной вязкоупругости и ее применение к растворамвысокомолекулярных соединений.