Диссертация (1103804), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Молекулы рН-чувствительного амфифильного соединения – транс4,5-ди(додецилоксикарбонил)-транс-2-морфолиноциклогексаноласпособны образовывать ленгмюровский монослой, изотерма сжатиякоторого изменяется при изменении величины рН водной субфазы от7 до 5.2. Молекулы стеароилспермина способны образовывать ленгмюровскиймонослой, с которым могут связываться коллоидные наночастицымагнетита, золота и молекулы нативной ДНК водной субфазы.3. Стеароилсперминифосфатидилхолинформируюткатионныелипосомы.4. Коллоидные наночастицы магнетита, золота и полианионы (ДНК иполистиролсульфонат) связываются с поверхностью липосом наоснове стеароилспермина и фосфатидилхолина.5.
Воздействие импульсов электрического поля длительностью ~ 5 нс инапряженностью более 15·105 В/м на суспензию нанокомпозитныхмембранных везикул на основе стеароилспермина, фосфатидилхолинаи наночастиц магнетита приводит к изменению их структурно8функциональных характеристик и выходу капсулированного веществав наружный водный объем.Апробация работыРезультаты работы представлены на 6 научных конференциях, в томчисле международных в Москве 2014, 2015 гг., в Ростове-на-Дону 2015 г., вСевастополе 2016 г., в Генуе (Италия) 2016 г.9ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫЦелью данной работы является создание и исследование новыхбиомиметических и биосовместимых функциональных наноматериаловвключая ленгмюровские монослои, пленки Ленгмюра-Блоджетт и липосомынаосновеамфифильныхбиогенныхвеществлипидов,иихсинтетическихкомплексовсаминосодержащихполиэлектролитамиинеорганическими наночастицами, а также изучение эффектов измененияструктурно-функциональных характеристик нанокомпозитных мембранныхвезикул под действием импульсов электрического поля.Для достижения поставленной цели в работе решались следующиезадачи:1.
Получение ленгмюровского монослоя амфифильного рН-чувствительноголипидоподобного соединения–транс-4,5-ди(додецилоксикарбонил)-транс-2-морфолиноциклогексанола (ТДТМ) и исследование влияниявеличинырНхарактеристикиводноймонослоясубфазыинаструктурно-функциональныесоответствующихпленокЛенгмюра-Блоджетт.2. Получение ленгмюровского монослоя стеароилспермина и исследованиевзаимодействия монослоя с наночастицами магнетита и молекуламинативной ДНК, а также структуры соответствующих пленок ЛенгмюраБлоджетт.3. Разработка методов и получение новых мембранных везикул на основекомплексов молекул фосфатидилхолина и стеароилспермина, наночастицмагнетита и золота, полиэлектролитов, включая ДНК.4. Выяснениевозможностейиспользованиясинтезированныхнанокомпозитных везикул для капсулирования модельного соединения.5.
Изучениеэффектовизмененияструктурно-функциональныххарактеристик нанокомпозитных мембранных везикул под действиемсверхкоротких импульсов электрического поля длительностью менее 10нс.106. Проведение комплексного экспериментального исследования структурыи свойств, получаемых наноматериалов с использованием методовпросвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), атомно-силовоймикроскопии (АСМ), ИК спектроскопии, динамического светорассеяния,кондуктометрии и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).11ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ1.1 Амфифильные молекулы и структуры на их основеАмфифильные молекулы: поверхностно-активные вещества (ПАВ),липиды, некоторые виды полимеров, белков и т.д.
имеют в своей структурегидрофильную и гидрофобную части. Гидрофильная часть образуетсяполярными группами, а гидрофобная часть неполярными углеводороднымицепочками (рис. 1). Амфифильные молекулы различаются по составу иструктуре: количеству и длине углеводородных цепочек, геометрическимпараметрам упаковки (конформации) молекулы [32].Рис. 1 – Изображение характерной структуры амфифильных молекулна примере молекулы фосфатидилхолинаПомимо амфифильных веществ природного происхождения сейчасразработан ряд синтетических амфифильных соединений для специфическихзадач, в том числе для адресной доставки лекарств [33–35].
Амфифильныевещества могут быть также использованы для изменения поверхностныхсвойств, в качестве стабилизатора илинаноструктурит.д.Однако,защитного слоя различныхзачастуювызываютинтерессамоорганизующиеся в растворе агрегаты амфифильных соединений [8]. Вгидрофильных средах амфифильные молекулы могут организовываться впрямые и гексгональные мицеллы, бислои, липосомы и пр.
В гидрофобныхсредах, в частности, имеет место упаковка амфифильных молекул в обратныемицеллы.Всвоюочередь,награницеразделафазжидкость-газамфифильные молекулы способны образовывать мономолекулярный слой.Движущими силами организации амфифильных молекул в гидрофильных игидрофобных средах являются гидрофобное взаимодействие неполярных12углеводородных цепочек, выражающаяся в их взаимном притяжении, игидрофильное, ионное или стерическое взаимодействие полярных частеймолекул, выражающаяся в их взаимном отталкивании. На конечную формуагрегатов амфифильных молекул влияют геометрические параметры молекул(площадь полярной группы, объем и длина углеводородной цепи) (рис. 2),температура, концентрация молекул в растворе, а также связанные с нимитермодинамические параметры амфифильных молекул и агрегатов на ихоснове: свободная энергия Гиббса, химический потенциал и т.д.
[8, 36, 37].Рис. 2 – Геометрические параметры амфифильной молекулы. V объём углеводородной области амфифильной молекулы; a - оптимальнаяплощадь поверхности, занимаемая молекулой на гидрофобной поверхностираздела; lc - максимальная длина алкильной цепиДля описания молекулярная формы амфифильных молекул принятоиспользовать т.
н. параметр упаковки (или форм-фактор) Р.P=Va · lcВ зависимости от значения данного параметра амфифильныемолекулы могут образовывать комплексы в виде прямых, обратных ицилиндрических мицелл, бислоев, липосом и т.д. (рис. 3) [8].13Рис. 3 – Зависимость формы структур на основе амфифильныхмолекул от параметра упаковкиТакже известно, что процесс мицеллообразования может протекатьтолько в растворе, где концентрация амфифильных веществ вышеопределенного значения – критической концентрации мицеллообразования(ККМ). При дальнейшем увеличении концентрации мицеллообразующихмолекулврастворе,сферическиемицеллымогутпереходитьвцилиндрические, кубические, гексагональные мицеллы и пр. (рис. 4).14Рис.4 – Схематическая изображение фазовой диаграммы системы ПАВ–масло–водаНарастворимостьамфифильныхвеществвлияеттемпературараствора. Обычно выделяют, так называемую, критическую температурумицеллообразования (точка Крафта).
Так при температуре раствора вышеточки Крафта растворимость ионных ПАВ возрастает, что обуславливаетповышение концентрации растворенных молекул ПАВ и соответствующеемицеллообразование. В случае неионных ПАВ растворимость уменьшаетсяпри увеличении температуры.Значениякритическойконцентрациимицеллоборазованияитемпературы определяют величину стандартной свободной энергии Гиббсапри переходе 1 моля амфифильного вещества из раствора в мицеллы.0∆миц= Т ln(Xккм ),где R – универсальная газовая постоянная, Т – температура, Хккм –критическая концентрация мицеллообразования.В свою очередь, из основных термодинамических соотношений итемпературной зависимости ККМ, можно вычислить изменение энтропии00(∆миц) и энтальпии (∆миц) при переходе 1 моля амфифильного вещества израствора в мицеллы.
Так было определено, что в гидрофильных средахмицеллообразование обусловлено ростом энтропии системы, тогда как вгидрофобных средах мицеллообразование обусловлено энергетически более15выгодным взаимодействием между полярными группами амфифильныхмолекул, по сравнению с взаимодействием полярной части молекулы суглеводородной частью другой молекулы [38, 39].Таким образом, в общем случае, условием упаковки амфифильныхмолекул в бислои или липосомы является низкое значение ККМ исовпадение площади углеводородных цепочек с площадью полярной частимолекулы, поскольку при малых значениях ККМ свободная энергияуменьшается, т.е.
высоко гидрофобные молекулы стремятся агрегировать применьших концентрациях.1.2 Ленгмюровские монослоиКак упоминалось ранее, помимо объемных структур в раствореамфифильные молекулы способны организовывать планарные монослои награнице раздела фаз жидкость – газ. Формирование и изучение такихупорядоченных монослоев на поверхности водной субфазы и перенос натвердую подложку традиционно осуществляется по технологии ЛенгмюраБлоджетт. Данная технология основывается на нанесении амфифильноговещества на водную поверхность и последующим продольном сжатиимонослоя до плотноупакованного состояния, при непрерывном измеренииповерхностного давления монослоя.Ленгмюровские монослои на поверхности жидкости и мультислойныепленки Ленгмюра-Блоджетт на твердой подложке в течение многих летявляютсяудобноймодельнойсистемойдляисследованияфизико-химических свойств поверхности биологических мембран и моделированияграницы раздела фаз мембрана-водная фаза, а также для создания различныхпланарных наносистем [40 – 44].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
