CC BY
9А „ SSSE5SSS 24-26 октября 2023 г.
^ А -ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
Анализ состава и степени кристалличности сополимеров L-лактида и s-капролактона методом спектроскопии комбинационного рассеяния света
Любимовский С.О.1, Новиков В.С.1, Кузнецов С.М.1, Седуш Н.Г.2
1- Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва 2- Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова Российской академии наук, Москва
Е-mail: liubimovskii@kapella. gpi. ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2023-1-169-171
Одним из наиболее востребованных биоразлагаемых и биосовместимых полимеров в промышленности является полилактид (ПЛА). ПЛА производится из постоянно возобновляемой растительной биомассы и широко используется для создания медицинских изделий и экологически безопасных товаров с коротким сроком службы. Существуют перспективы применения ПЛА в разработке новых имплантатов, скаффолдов и наноразмерных носителей для адресной доставки лекарств пролонгированного действия [1, 2]. Варьирование условий синтеза и постобработки материалов на основе ПЛА, в том числе с добавлением звеньев s-капролактона (КЛ), позволяет контролируемо и в широких пределах изменять физико-химические свойства (включая профиль деградации) таких материалов.
Целью настоящей работы является исследование структуры сополимеров L-лактида (ЛА) и КЛ методом спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Были исследованы частично кристаллические и аморфные образцы ПЛА и сополимеров ЛА и КЛ с содержанием КЛ от 5 до 30 мольных процентов, а также образцы частично кристаллического поли^-капролактона) (ПКЛ) (Corbion, Нидерланды). Спектры КР всех образцов были зарегистрированы при длине волны возбуждающего излучения 785 нм со спектральным разрешением 1,5 см-1. Степень кристалличности (СК) полимеров определяли методом рентгеновской дифракции.
Моделирование структуры и спектров КР, проведённое на основе теории функционала плотности (ТФП), позволило определить наиболее вероятные конформации последовательностей мономерных звеньев ПЛА и ПКЛ, а также выполнить отнесение линий КР к колебаниям молекул в определённых конформациях.
ШКОЛ А-КОНФЕРЕНЦИЯ
МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
-ПРОХОРОвОСИЕ НЕДЕЛИ-
ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИИ
Частота, см"1
Рис. 1. Спектры КР образцов ПЛА и сополимеров ЛА и КЛ в диапазоне частот 60-460 см-1.
2900 3000 Частота, см~
Рис. 2. Спектры КР частично кристаллических образцов ПЛА, ПКЛ и сополимеров ЛА и КЛ в диапазоне частот 2700-3200 см-1.
Линии КР ПЛА на частотах 411 см-1 (рис. 1) и 874 см-1 относятся к деформационным колебаниям 0-С(Н)-С(Нз) групп и симметричным валентным колебаниям С-О-С связей, соответственно. Установлено, что отношение интенсивностей этих линий слабо зависит от содержания КЛ в исследуемых образцах сополимеров и может быть использовано для оценки СК сополимеров
А „ 24-26 октября 2023 г.
^ А -ПРОХОРОвСКИЕ НЕДЕЛИЛА и КЛ и чистого ПЛА. Показано, что отношение интенсивности линии с частотой 2947 см-1 (симметричные валентные колебания СНз групп мономерных звеньев ПЛА) к сумме интенсивностей линий на этой частоте и на частоте 2914 см-1 (симметричные валентные колебания СН2 групп мономерных звеньев ПКЛ) (рис. 2) слабо зависит от СК сополимеров и может быть использовано для оценки содержания сомономеров в сополимерах ЛА и КЛ. В исследуемом диапазоне содержаний КЛ в сополимерах обе зависимости являются линейными.
Показано, что полосы валентных колебаний С=О связей в молекулах ПЛА, для которых в случае образцов с высокой СК наблюдается расщепление при комнатной температуре, неудобно использовать при анализе СК сополимеров ЛА и КЛ из-за перекрытия полос валентных колебаний С=О связей ПЛА и ПКЛ.
Данные спектроскопии КР и метода рентгеновской дифракции находятся в хорошем согласии и свидетельствуют о том, что при увеличении содержания КЛ происходит быстрое уменьшение СК областей ПЛА в сополимерах.
Моделирование методом ТФП дополнительно показало, что наиболее вероятной конформацией для олигомеров ЛА является конформация спирали 10з, а для олигомеров КЛ — полностью транс-конформация.
Таким образом, в работе предложены методики определения степени кристалличности областей ПЛА и содержания сомономеров в сополимерах ЛА и КЛ по спектрам КР.
Исследование выполнено за счёт гранта РНФ № 23-22-00347, https://rscf.ru/project/23-22-00347/. Авторы выражают благодарность Межведомственному суперкомпьютерному центру РАН за предоставление вычислительных ресурсов.
1. Гомзяк В.И. и др., Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2021. 63(3). 190-206.
2. Демина В.А. и др., Российские нанотехнологии. 2021. 16(1). 4-22.
