Захарова Н.Г. Полифункциональные биосовместимые материалы на основе магнетита и пектина (Полифункциональные биосовместимые материалы на основе магнетита и пектина)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт (национальныйисследовательский университет)»Институт прикладной биохимии и машиностроенияНа правах рукописиЗАХАРОВА НАТАЛЬЯ ГРИГОРЬЕВНАПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫНА ОСНОВЕ МАГНЕТИТА И ПЕКТИНА02.00.04 - Физическая химия(технические науки)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор химических наукК.А. КыдралиеваНижний Новгород – 20142ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................

5ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР................................................................... 91.1. Общая характеристика пектиновых веществ ................................................ 91.2. Получение и производство пектина из свеклы ........................................... 111.3. Физиологические свойства пектинов ........................................................... 131.4.

Противоопухолевые свойства препаратов на основе пектина .................. 171.5. Композиционные материалы на основе пектина и магнетита .................. 231.5.1. Характеристика магнетита ......................................................................... 231.5.2. Обзор методов синтеза и стабилизации наночастиц магнетита.............

251.5.3. Механизм стабилизации наночастиц магнетита полимерами................ 321.5.4. Биомедицинское применение магнетита и композитов на его основе .. 341.5.5. Библиометрический анализ периодической литературы по методамполучения и применения магнетита в биомедицинских целях ........................ 39ГЛАВА2.ОПТИМИЗАЦИЯТЕХНОЛОГИИПОЛУЧЕНИЯВЫСОКООЧИЩЕННОГО СВЕКЛОВИЧНОГО ПЕКТИНА ..........................

452.1. Материалы и методы исследований ............................................................. 462.2. Получение пектина из свекловичного сырья традиционным способом .. 462.2.1. Методика получения пектина из свекловичного жома по традиционнойтехнологии ............................................................................................................. 462.2.2. Методика проведения униформ-рототабельного эксперимента ............ 482.2.3. Методика определения концентрации сухих веществ ............................

492.2.4. Методика определения содержания пектина по пектату кальция ......... 502.3. Оптимизация процесса получения пектина из свекловичного жома ....... 522.3.1. Определение значимости основных технологических параметровгидролиза ................................................................................................................ 522.4.2.

Технология оптимизации процесса получения пектина ......................... 542.4. Многостадийный процесс экстракции – гидролиза пектина ..................... 592.5. Очистка и концентрирование продукта методом ультрафильтрации ...... 6332.6. Очистка пектина от спирторастворимых балластных веществ ................ 672.7. Лабораторная технология получения высококачественного пектина ...... 702.8. Определение физико-химических характеристик пектина после очистки.................................................................................................................................

73ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МАГНЕТИТА ИПЕКТИНА .............................................................................................................. 813.1. Синтез наночастиц магнетита ....................................................................... 813.2.

Структура и морфология магнетита ............................................................. 833.3. Получение и анализ композитов на основе магнетита и пектина............. 873.4. Расчетная модель связывания наночастиц Fe3O4 пектинами.................. 1013.5. Получение и исследование магнитных композитов на основе пектинатовкальция ................................................................................................................. 1133.6. Оценка токсичности образцов пектиновых препаратов ..........................

120ГЛАВА4.ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕСВОЙСТВАПЕКТИНОВЫХПРЕПАРАТОВ .................................................................................................... 1214.1. Сорбционные свойства пектиновых препаратов по отношению к Pb2+ . 1214.1.1 Обоснование выбора объектов и методов исследования ....................... 1214.1.2. Гидролиз ионов Pb2+ в разбавленных растворах.................................... 1244.1.3. Сорбция препаратами Pec и Fe3O4-Pec10, Fe3O4-PecСа0,15 ................. 1274.2. Сорбционные свойства пектиновых препаратов по отношению кбиохимическим токсикантам ............................................................................. 1304.2.1. Сорбционные свойства пектиновых препаратов по отношению ктоксическим ингредиентам лимфы ...................................................................

1304.3. Противоопухолевые и хемисенсибилизирующие свойства пектиновыхпрепаратов ............................................................................................................ 1384.3.1. Характеристика экспериментальных животных .................................... 1384.3.2. Характеристика опухолевых штаммов ................................................... 1384.3.3. Терапия Уокера W256 пектином в дозе 45 мг/кг ................................... 1394.3.5.

Терапия лимфосаркомы Плисса пектином в дозе 400 мг/кг ................ 14044.3.6. Терапия Уокера W256 и лимфосаркомы Плисса композитами ........... 1424.3.7. Терапия карциносаркомы Уокера W256 пектином и циклофосфаном 144ВЫВОДЫ .............................................................................................................

150ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ ............................................................. 152СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ...................... 153СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................... 1565ВВЕДЕНИЕ Композиционныенаноматериалынаосновеоксидовжелезапредставляют собой перспективное поколение магнитных материалов дляразличных отраслей промышленности, включая биомедицинскую отрасль.Наиболеемногообещающимявляетсяиспользованиемагнитныхнаноматериалов в биологии и медицине, в частности для векторной доставкилекарств, разделения биоактивных веществ, создания контрастирующихмагнитных агентов, биопрепаратов для систем жизнеобеспечения людей,проживающихиработающихвэкстремальныхиэкологическинеблагоприятных условиях, которые приводят к серьёзным нарушениям, втом числе, к гиперлипидемии, атеросклерозу, онкологическим и другимзаболеваниям [1, 2].В связи с этим несомненно актуальным является поиск новых иоптимизациясуществующихподходовдлясинтезабиосовместимыхмагнитных наноматериалов с заданными химическим и фазовым составом,определяющихфизиологическиеморфологические,иструктурные,токсикологическиеособенностифизические,наноматериалов.Важным также является тип модификации поверхности наночастиц,определяющей возможность формирования дополнительной биосовместимойзащитной оболочки с целевыми функциональными характеристиками,включая увеличение сорбционной емкости.Целью настоящей работы являлось синтез, анализ физико-химическихи биологических характеристик композиционных материалов на основенаночастиц магнетита и пектина, выделенного из свекловично жома.Использование в качестве полимерной стабилизирующей оболочкимагнитныхчастицмакромолекулпектинаопределяетсярядомегоуникальных свойств, сочетающих полифункциональность, нетоксичность,водорастворимость и собственную физиологическую активность [3-5], чтоявляется предпосылками для создания материалов полифункционального6биомедицинскогоназначения.Перспективностьпрактическогоиспользования пектиновых веществ в качестве биомедицинских материаловопределяется громадными ресурсами пектинсодержащих материалов, ккоторымотноситсявсерастительноесырье.Преимуществомсинтезированных нанокомпозитов на основе магнетита и свекловичногопектина является синергизм свойств полимерной матрицы и наноразмерныхчастиц оксидов железа, с одной стороны, и высокая комплексообразующаяспособность низкометилированного свекловичного пектина, с другой.Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:1) оптимизация технологии экстракции-гидролиза и очистки пектина иего физико-химическая характеристика;2)установлениеусловийсинтезаиструктурыпектиновыхнакономпозитов с магнетитом, включая инкапсулированные ионами Ca2+,механизма их образования и стабилизации;3) анализ сорбционных свойств по отношению к токсическимкомпонентам лимфы и ионам Pb2+;4) оценка противоопухолевых и хемисенсибилизирующих свойствпектиновых композитов на моделях перевиваемых опухолей Уокера W256 иПлисса.Механизм образования нанокомпозитов исследовался по влиянию рядафакторов (варьирование концентрации пектина и ионов кальция вреакционной среде) на средний размер наночастиц магнетита и характерраспределения частиц по размерам, в конечном итоге определяющихструктуру пектиновых нанокомпозитов с магнетитом и их функциональныесвойства.Научная новизна.

При выполнении поставленных задач в работевпервые:1.Оптимизированатехнологияитехнологическая схема экстракции-гидролизаразработанаи очисткиаппаратурнопектинаизсвекловичного жома с содержанием уронидных компонентов не менее 90 %.72.Разработаны условия синтеза нанокомпозитов на основе Fe3O4 ипектина, взятого в качестве стабилизирующего агента, и ионов Са2+.3.Показана эффективность сорбции токсикантов с использованиемнанокомпозитов на основе магнетита и пектина4.Показано, что нанокомпозиты на основе магнетита и пектинапроявляют терапевтическое (противоопухолевое и хемисенсибилизирующее)действие.Практическая значимость.1.Оптимизированы технологические режимы и разработана на ихоснове лабораторная аппаратурно-технологическая схема получения пектинавысокой чистоты, послужившая основой для составления «Исходных данныхдляразработкипроизводствумалогабаритнойопытно-промышленнойвысококачественноголиниисвекловичногопопектинапроизводительностью 1 т в год» и позволяющая получить препарат,содержащий не менее 90 % уронидных компонентов.2.Разработаныусловиясинтезананокомпозитовнаосновенаночастиц магнетита и пектина с контролируемыми составом, размерами исвойствами дисперсной фазы.3.Нанокомпозитынаосновенаночастицмагнетита,фунционализированные пектином, предложены в качестве сорбентов длясвязывания ионов тяжелых металлов и токсических компонентов лимфы.4.Нанокомпозиты на основе наночастиц магнетита и пектинапроявляютвыраженноетерапевтическое(противоопухолевоеихемисенсибилизирующее) действие.Основные положения диссертации, выносимые на защиту:1.