Диссертация (1097910), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Эмпирические соотношения для определения НКТР сополимерана основании температур перехода гомополимеров приведены в работеLiu, 1999.Таблица 2.1.1.1. Параметры структурного перехода растворов поли(N-ИПААм-N-трет-БААм).Химические структуры мономеров ИПААм и N-трет-БААм сходныи отличаются лишь одной дополнительной метильной группой у N-третБААм, но свойства соответствующих гомополимеров и их фазовыедиаграммы различны. Из-за дополнительной метильной группы мономер69N-трет-БААм более гидрофобен, а гомополимер поли-N-трет-БААм нерастворим в воде ни при каких температурах.гидрофобногомономераприводиткВведение болеепонижениюНКТР,чтопредпочтительно при работе с клеточными культурами, поскольку НКТРполи-N-ИПААм (32°С) близко к физиологической температуреНарядустемпературойперехода,важной37°С.характеристкойтермочувствительных полимеров является полуширина перехода Т1/2.Сополимеры N-ИПААмаобладают большей Т1/2, что связано суменьшением кооперативности перехода.
Наряду с НКТР полуширинаперехода должна учитываться при проведении работ с клеточнымикультурами. Специально отметим, что сополимеры на основе поли-(NИПААм- со-N-трет-БААм) с молярным отношением 65/35 (НКТР 16.1 °С)и 50/50 (НКТР 9.8 °С) позволяют проводить процедуры с клетками прикомнатной температуре (20 °С) без дополнительного температурногоконтроля, поскольку при комнатной температуре покрытия на основе этихсополимеров гидрофобны.
Для гомополимера и сополимера с молярнымотношением N-ИПААм и N- трет-БААм 85:15 при работе с культурамиклеток необходимо использовать специальные установки (термостолы,климатические камеры и т.д) для поддержания температуры выше НКТР, впротивном случае произойдет нежелательное открепление клеток.7035НКТР ( оС)302520151001020304050% поли-N-ТБААРис.2.1.1.2. Зависимость НКТР от содержания N-трет-БААм всополимере поли-(N-ИПААм-со-N-трет-БААм).2.1.2. Термочувствительные полимеры на основе поли-(N-ИПААм-ЕПМ)Низкая цито и биосовместимость поли-N-ИПААм – одна изосновныхпроблем,возникающихприразработкепокрытийдлябесферментного открепления клеток.
Одним из традиционных методовулучшения биосовместимости полимеров является сополимеризация смономерами обладающими высокой биосовместимостью. В нашей работемы впервые синтезировали и исследовали сополимеры поли-(N-ИПААмсо-ЕПМ) с молярным отношением N-ИПААма и ЕПМ 90/10, 80/20, 70/30 и60/40 соответственно. Кроме того,были исследованы характеристикигомополимера на основе ЕПМ (ПЕПМ), который также обладает НКТР,величина которой составляет более 60 °C.71ЕПМ - гидрофильный мономер, содержащий кольцо пирролидона,сходен по своим характеристикам с хорошо известным биосоместимым(ВП).винилпирролидономКрометого,ЕПМобладаетлучшейреакционной способностью, чем ВП, что расширяет возможности егосополимеризации с различными мономерами (Deng et al., 2008).На рис.2.1.2.1 приведены типичные термограммы сополимеров наоснове поли-(N-ИПААм-со-ЕПМ).
Отдельно приведена термограмма дляПЕПМ, который также обладает НКТР, но эта температурасущественновышефизиологическойтемпературы.лежитКривыетурбидиметрии для сополимеров приведены на рис. 2.1.2.2. В таб.2.1.2.1представлены сравнительные характеристики структурных переходов всополимерах поли-(N-ИПААм-со-ЕПМ). Низкое значение энтальпиипереходов в ПЕПМможет быть объяснена относительно слабымиводородными взаимодействиями, присущими структуре ЕПМ (Lutz et al.,2007; Lopez-Donaire et al., 2010). Широкий структурный переход ПЕПМ,по-видимому, связан с агрегацией молекул и образованием мезоглобул.Таблица 2.1.2.1.
Параметры структурного перехода растворов поли(N-ИПААм-со-ЕПМ).ОтношениеN-ИПААм / EPMНКТР, °СТ1/2, НКТР, °С°С∆Н,Дж/г100/032.32.233.044.090/1033.82.334.542.780/2035.03.434.928.170/3035.64.034.621.460/4036.24.836.310.90/10060.0 - 70.570.15.0722.5100/090/1080/2070/3060/400/100< Cp > / cal/(ºCg)2.01.51.00.50.025303540455055606570758085Temperature (ºC)Рис.2.1.2.1. Зависимость избыточной теплоемкости растворовсополимеров поли-(N-ИПААм-со-ЕРМ) в воде. Концентрация полимеров10 мг/мл.
Скорость сканирования 1 К/мин.Таким образом, нами получены сополимеры поли-(N-ИПААм-со ЕРМ),температура которыхниже физиологической и которые могут бытьиспользованы при работе с культурами клеток (разумеется, принадлежащем температурном контроле).Гидрофильные материалысНКТР близкой к 37 °С являются перспективными для использованиях ихв имплантатах и системах доставки лекарств, поскольку разница междутемпературой перехода и физиологической температурой невелика ивозможно добиться локального охлаждения полимера и перевода его вгидрофильное состояние. В главе 4, посвященной доставке лекарств, будутрассмотренызадачи,возникающиетемпературы ниже физиологической.73прилокальномпонижении0.0140.012< Cp > / cal/(ºCg)0.010∆H = 5.0 J/gPEPM10 mg/ mL in water0.0080.0060.0040.0020.000-0.00230405060708090100oTemperature ( C )Рис.2.1.2.2.
Зависимостьизбыточной теплоемкостирастворагомополимера ПЕРМ в воде. Концентрация полимеров 10 мг/мл.Скорость сканирования 1 0С/мин.744.03.53.0Absorbance2.590/1080/2070/3060/40100/00/1002.01.51.00.50.0-0.5304050607080Temperature (0 C)Рис.2.1.2.3. Кривые поглощания для сополимеров поли-(N-ИПААм-соЕПМ) в воде. Скорость сканирования 1 К/мин. Концентрация полимеров10 мг/мл. Длина волны λ = 500 нм.752.2. Исследование термочувствительных покрытий2.2.1. Покрытия, полученные методом центрифугированияПараметрыирежимыцентрифугированиядляполучениятермочувствительных покрытий на основе поли-N-ИПААм приведеныглаве«Экспериментальныеметоды».специально не оговаривалось,Толщинакак правило,покрытий,веслисоставляла 100 нм.Шероховатость покрытий (RMS) составляла 4.9 ± 4.4 нм.Типичноеизображение поверхности, полученное методом АСМ приведено на рис.2.2.2.1.Заметим, что шероховатость коммерческих материалов длякультивирования клеток обычно находится в диапазоне 5-15 нм, непревышая 30 нм (Zeiger et al., 2013).Рис.
2.2.1.1. Топография поверхности покрытия на основе гомополимераполи-N-ИПААм, полученного методом центрифугирования. Размеробласти сканирования 10 Х 10 мкм. RMS – 5.7 нм. Толщина покрытий 100 нм.76Химический анализ поверхности покрытия проводили методомрентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Данный метод позволяетполучатьинформациюсповерхностиСтехиометрическое атомарное отношениенаглубинахдо15нм.в мономере N-ИПААм (безучета водорода): 75.0% - C, 12.5% - N и 12.5% - O. Анализ поверхностипокрытий далрезультаты: 78.3%, 11.0% и10.6% дляC,N иOсоответственно. Большее содержание углерода, по-видимому, связано ссорбцией соединений, содержащих углерод на поверхность покрытий.Значения краевого угла смачивания (натекания) для 100 нм-ых пленок наоснове поли-N-ИПААм, а также угол смачивания подлежащего субстратаThermanox приведены в таб.
2.2.2.1.Типичный график изменениякраевого угла от времени приведен на рис. 2.2.2.2. Существенно, чтозначения краевого угла для тонких пленок, полученных методомцентрифугирования значительномикронной толщины, которыениже, чем значения для пленокблизки к 75°. (Детальноезначений краевых углов поли-N-ИПААм приведено вобсуждение(Gilchrest et al.,2004).) Отметим разброс данных по измерению краевого угла поли-NИПААм. Так в работах Gilcreest et al., 2004 и Wan et al., 2010 приводитсязначение краевого угла 75°, что близко к результатам Schmitt et al., 1998- 76 °, но отличается от данных Cho et al., 2008, где приведено значение80°.
Величина, краевого угла подлежащего субстрата Thermanox выше,чем покрытия из поли-N-ИПААм, т.е. подлежащий субстрат не влияет насмачиваемость данного покрытия. Значения краевого угла смачиваемостипокрытий, полученных методом центрифугирования,близки кзначениям характерным для коммерческих материалов применямых дляклеточных культур (40°-65°), например, для специально обработанногодля культур клеток полистирола, стекла и используемого нами пластикадля культур клеток Thermanox™.Существенно, что сходные значениякраевого угла для покрытий, полученных методом центрифугирования из77поли-N-ИПААм, были получены в более поздней работе Cooperstein andCanavan, 2013.Таб.2.2.1.1. Краевые углы покрытия из поли-N-ИПААм (толщина 100 нм,сформирован методом центрифугирования)икоммерческого™субстрата для культивирования клеток Thermanox .МатериалКраевой уголсмачиванияThermanox™51.9± 0.8Поли-N-ИПААм45.9± 1.3Рис.
2.2.1.2. Зависимость краевого угла натекания от времени.Покрытие на основе поли-N-ИПААм. Толщина покрытия – 100 нм.78Покрытия на основе поли-(N-ИПААм-со-ЕПМ)методомцентрифугирования.Характернойчертойтакже получалиданногоклассапокрытий является их высокая гидрофильность.
На рис.2.2.1.3 приведенызначения краевых углов натекания для гомополимеров и сополимеровполи-(N-ИПААм-со-ЕПМ).Отметим, что гидрофильный гомополимерПЕПМ, обладающий НКТР > 60 0С, не растворяется при 37 0С и не меняетсвои характеристики.Рис.2.2.1.3. Краевой угол натекания для сополимеров поли-(N-ИПААм-соЕПМ), полученных методом центрифугирования. (В таблице приведенысредние значения и стандартное отклонение, n=3.
)792.2.2. Термочувствительные гидрогели на основе поли-(N-ИПААм-со –ААБФ)Гидрогели (молекулярные сетки) в отличие отлинейных несшитыхполимеров набухают, но не растворяются при понижении температурыниже критической.При набухании гидрогелей термочувствительныйполимер не выходит в водную фазу (в буфер или в среду длякультивирования клеток), а значит открепившиеся клетки более уже невзаимодействют с термочувствительным полимерами.Для получения гидрогелей был использовани сополимер поли-(NИПААм-со-ААБФ) с молярным соотношением мономеров N-ИПААм иААБФ 99:1 соответственно.Покрытие на основе поли-(N-ИПААм-со-ААБФ) получали методом центрифугирования,согласно протоколамприведенным в Главе 1. После высушивания покрытие подвергали УФоблучению.
Схема фотореакции между полистиролом и поли-(N-ИПААмсо-ААБФ)приведенанарис.2.2.2.1. Аналогично через ААБФобразовывается ковалентная связь между цепями сополимеров, врезультате чего образуетсямолекулярная сетка.Отметим, чтобензофенон характеризуется низкой токсичностью и используется внекоторых странах в пищевой промышленности.Ходфотореакцииконтролировалипоглощения поли-(N-ИПААм-со-ААБФ)поизменениюспектра(рис.2.2.2.2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
