CC BY
21
УДК 544.777
Карелина П.А., Колосова О.Ю., Лозинский В.И.
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ГЛИЦИНА НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИОГЕЛЕЙ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА
Карелина Полина Александровна, студентка 4 курса факультета химико-фармацевтических технологий, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, e-mail: [email protected];
Колосова Ольга Юрьевна, научный сотрудник, к.х.н. Институт элементоорганических соединений Российской Академии Наук им. А. Н. Несмеянова;
Лозинский Владимир Иосифович, д.х.н., профессор, заведующий лабораторией криохимии биополимеров, Институт элементоорганических соединений Российской Академии Наук им. А. Н. Несмеянова, Москва, Россия 119334, Москва, ул. Вавилова, д.28.
В последнее время криогели поливинилового спирта набирают популярность в качестве депо-форм для биологически активных веществ. В данной работе были получены криогели поливинилового спирта в присутствии различных концентраций глицина - заменимой аминокислоты. Было изучено влияние глицина как на физико-химические и термические характеристики полученных образцов криогелей поливинилового спирта, так и на кинетику высвобождения глицина из гелевой матрицы.
Ключевые слова: криогели ПВС, криотропное гелеобразование, депо-форма
INFLUENCE OF GLYCINE ADDITIVES ON THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF POLY(VINYL ALCOHOL) CRYOGELS
Karelina P.A., Kolosova O.Yu.*, Lozinsky V.I.*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
*A.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
In recent years сгyogels ofpoly(vinyl) alcohol are of significant interest as depot forms for controlled delivery and release of biologically active substances. In present work poly(vinyl) alcohol cryogels were formed in the presence of various concentrations of glycine - substituted aminoacid. The influence of glycine on rheological and thermal properties of the resulting cryogels and on the kinetics of glycine from the gel matrix have been studied.
Keywords: cryogels PVA, cryotropic gelation, depo-form
Криогели поливинилового спирта (КГПВС) -гетерофазные макропористые полимерные гели кристаллизационного типа, образующиеся в результате криогенной обработки (т.е. замораживания, выдерживания в замороженном состоянии и последующего оттаивания) концентрированных растворов данного полимера. КГПВС находят применение во многих прикладных областях, особенно в качестве материалов биотехнологического и биомедицинского назначения, в частности, гелевых систем контролируемого выделения лекарств, покрытий на раны и ожоги, искусственных протезов хрящевой ткани и др.
Формирование криогелей
Неглубокое замораживание систем
«растворитель - низкомолекулярное вещество» и
«растворитель - высокомолекулярное соединение» приводит к фазово-неоднородным системам, включающим незамершую жидкую микрофазу (НЖМФ). Если исходный препарат содержит гелеобразователи, то полимерный каркас соответствующего криогеля формируется как раз в таких незамерших микрообластях замороженного образца (рис. 1).
Характерной особенностью различных полимерных криогелей является их гетерофазная и гетеропористая морфология. Кроме того, в получающемся криогеле макропоры обычно сообщающиеся, поскольку при замерзании каждый кристалл растворителя растет до соприкосновения с гранью другого кристалла.[1, 2, 3]
(а) Исходная система
16 V
—
— . — V
Замороженная
система
(с)' .Оттаявший криогепь
Рисунок 1. Формирование криогелей. 1 - Полимерный предшественник, 2 - растворитель, 3 - низкомолекулярные вещества, 4 - поликристаллы замершего растворителя, 5 - НЖМФ, 6 - полимерная сетка гелевой фазы гетерофазного
криогеля, 7 - макропоры, 8 - растворитель.
Научный и прикладной интерес представляют физические криогели поливинилового спирта (ПВС), приготовленные как на основе просто водных растворов этого полимера, так и исходя из более сложных по составу систем, содержащих различные растворимые низкомолекулярные добавки, способные изменять физико-химические свойства полученных криогелей ПВС. В этой связи целью нашей работы являлось исследование свойств криогелей ПВС, сформированных в присутствии глицина (рисунок 2), а также изучение кинетики высвобождения глицина из гелевой матрицы.
О
N42
^ОИ
Рисунок 2. Формула глицина
Глицин — аминокислота, входящее в состав многих биологически активных соединений и белков в организме; в промышленных масштабах его получают из гидролизатов соевого белка. Глицин широко используется в фармацевтической, пищевой, косметической промышленности. В лечебных целях используются свойства глицина оказывать благотворное воздействие на регуляцию обмена веществ, снижение психоэмоционального напряжения, нормализацию процессов защитного торможения в ЦНС, повышение умственной работоспособности, снижение тяги к сладкому, уменьшение токсического действия лекарственных средств и алкоголя. Глицин входит в состав множества белков кожи человека. При попадании на кожу с кремом или маской глицин помогает увлажнению, улучшению обменных процессов в клетках, защите клеточных мембран от вредоносного воздействия свободных радикалов и замедлению процессов преждевременного старения кожи. Глицин замедляет дегенерацию мышечной ткани, так как является источником креатина -вещества, содержащегося в мышечной ткани и используемого при синтезе ДНК и РНК. Глицин полезен для восстановления поврежденных тканей, так как улучшает процессы кровообращения и микроциркуляции крови. Благодаря маленькому размеру молекулы аминокислоты способны проникать в кожу глубже, чем протеины и пептиды
[4].
Формирование КГПВС для измерения их физико-механических характеристик осуществляли в разъемных цилиндрических дюралюминиевых контейнерах с внутренним диаметром 15 мм и высотой 10 мм. Для определения температуры плавления криогелей их формировали в прозрачных полиэтиленовых пробирках с внутренним диаметром 1 см. Контейнеры и пробирки переносили в камеру прецизионного программируемого криостата FP 45 ОТ (Julabo, Германия), где образцы замораживали и инкубировали при заданной отрицательной температуре в течение 12 ч, а затем нагревали для
оттаивания со скоростью 0.03 °С/мин, которая задавалась микропроцессором криостата.
Особенности влияния глицина на реологические и теплофизические свойства криогелей ПВС
При исследовании воздействия глицина на свойства формируемых в его присутствии криогелей ПВС варьировали концентрацию
низкомолекулярного агента. Измеряемыми параметрами были значения модулей упругости (Б), условно-мгновенного сдвигового модуля упругости и температуры плавления (Г) соответствующих образцов.
концентрация глицина, моль/л
концентрация глицина, мольАл
О Т8
о
¡77
¡75 ю
(В
с; 75 с
Н74
73-
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
концентрация гпицнна, моль/л
Рисунок 3. Изменение модулей упругости Е, условно-мгновенного сдвигового модуля упругости С0 и температуры плавления Тпл образцов криогелей ПВС с повышением концентрации глицина.
Графики рисунка 3 показывают, что значения модулей Е и G0 заметно изменяются в зависимости от концентрации добавки в КГПВС. В частности, значения модулей и температуры плавления возрастают с ростом концентрации кислоты в исходном растворе полимера. Таким образом, глицин проявляет космотропные свойства и аналогично известным органическим космотропным
агентам (гидроксипролин, трегалоза [5, 6]), т.е. промотивирует водородное связывание
гидроксильных групп боковых цепей ПВС.
Изучение кинетики высвобождения глицина из гелевой матрицы криогелей ПВС.
В последнее время криогели ПВС набирают популярность в качестве носителей биологически активных веществ. Благодаря своей пористой структуре криогели способны как абсорбировать в свою матрицу различные вещества, так и высвобождать низкомолекулярные компоненты, находящиеся в составе криогеля ПВС. С этой целью нами была изучена кинетика высвобождения глицина из гелевой матрицы (рис 4).
с,
О 14. —
г 12-
j
g 0-г--•-,---,-•-,-■-,-.-,-■
а О 50 100 150 200 250
время, мин
Рисунок 4. Кинетика высвобождения глицина из криогеля ПВС.
Показано, что высвобождение глицина из криогелей ПВС протекает свободно, что говорит о
возможном перспективном использовании полученных криогелей ПВС в качестве депо-форм глицина в косметологии, а также в качестве материалов биомедицинского назначения.
Список литературы.
1. В.И. Лозинский. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта. // Успехи химии 67 (7) 641-655. 1998.
2. В.И. Лозинский. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения. // Успехи химии 71.
- 2002. - С. 559-585.
3. V.I. Lozinsky, I.Yu. Galaev, F.M. Plieva, I.M. Savina, H. Jungvid, B. Mattiasson // Trends in Biotech.
- 2003 - V. 21 - №10 - P. 445-451
4. О.В. Григорова, Л.В. Ромасенко, А.З. Файзуллоев, Т.И. Вазагаева, Л.Н. Максимова, Я.Р. Нарциссов// Практическая Медицина - 2012 - т. 57. -№2 - С. 178-182
5. О.Ю. Колосова, Е.А. Кондратьева, В.И. Лозинский Исследование влияния ряда хаотропных и космотропных веществ на физико-химические свойства криогелей поливинилового спирта // Успехи в химии и химической технологии - 2013 -том XXVII - №3 - С. 73-77.
6. O.Yu. Kolosova , I.N. Kurochkin, I.I. Kurochkin, V.I. Lozinsky. Cryostructuring of polymeric systems. 48. Influence of organic chaotropes and kosmotropes on the cryotropic gel-formation of aqeous poly(vinyl alcohol) solutions // Europ. Polym. J. - 2018 - V.102- P. 169-177.
