Структура и свойства нанокомпозитных матриц на основе хитозана и алифатического сополиамида для клеточных технологий

• Автор: Попрядухин, Павел Васильевич
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 119 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ

ДЛЯ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

1Л. Свойства матриц для клеточных технологий

1.2. Физико-химические основы формования волокон из целлюлозы, хитина и хитозана

1.3. Структура наночастиц монтмориллонита, хризотила и галлуазита

1.4. Структура и свойства пористых губок на основе хитина и хитозана

1.5. Основные принципы получения волокон методом электроформования

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ ДЛЯ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

2.1. Объекты исследования

2.2. Методы исследования
2.3. Метод формования волокон из хитозана и композитов на его основе
2.4. Метод получения трехмерных матриц
2.5. Метод электроформования волокон
2.6. Получение пористых пленочных материалов методом коагуляции
2.7. Методы исследования адгезии и пролиферации клеток на полимерных матрицах
ГЛАВА 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМОВАНИЯ
НАНОКОМПОЗИТНЫХ ВОЛОКОН ИЗ ХИТОЗАНА
3.1. Влияние вязкости растворов хитозана и их смесей с наночастицами на структуру и свойства волокон

3.2. Структура и свойства волокон из хитозана
3.3. Кинетика резорбции волокон из хитозана
3.4. Метод диспергирования частиц монтмориллонита и получения нанокомпозитов на основе хитозана
3.5. Структура и свойства композитных волокон на основе
хитозана и гидросиликатных нанотрубок
3.6. Получение и свойства композитных волокон из хитозана и нанофибрилл хитина
3.7. Структура композитных волокон на основе хитозана и наночастиц ММТ
ГЛАВА 4. СВОЙСТВА РЕЗОРБИРУЕМЫХ И НЕРЕЗОРБИРУЕМЫХ ДВУХ- И ТРЕХМЕРНЫХ МАТРИЦ ДЛЯ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
4.1. Резорбируемые двух- и трехмерные матрицы на основе хитозана и наночастиц ММТ
4.2. Получение и исследование структуры и свойств пористых пленок из алифатического сополиамида
4.3. Пористые матрицы на основе волокон из алифатического сополиамида, полученных методом электроформования
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Интенсивное развитие биологии и медицины в последние годы выдвинуло на передний план задачи, направленные на создание материалов, способных частично или полностью заменить органы или человека или животного. Решение этих задач возможно при понимании основных законов физики и химии полимеров, цитологии, биофизики и медицины. На стыке этих дисциплин в последнее десятилетие возникла новая дисциплина — тканевая инженерия, одной из основных задач которой является разработка матриц на основе полимерных или неорганических материалов, содержащих стволовые или соматические клетки. Биоинженерный препарат, помещенный в живой организм, должен полностью заменить утраченный орган, не вызывая аутоиммунного отторжения. При создании биоинженерных препаратов решается и этическая проблема - отказ от использования донорских органов, необходимых для современной трансплантологии.
Материал для таких матриц должен обеспечить пролиферацию и дифференциацию стволовых и соматических клеток, поэтому он должен обладать биосовместимостью, отсутствием цитотоксичности, определенным уровнем прочностных и эластичных характеристик, необходимых для манипуляции с ними в жидких средах. В этой связи особую значимость для регулирования свойств полимерных матриц приобретает использование биосовместимых неорганических гидросиликатных или органических наночастиц, в частности, нанофибрилл хитина. Показано, что введение этих наночастиц в крайне малых концентрациях (доли процента) в полимерную матрицу приводит к заметному росту механических, барьерных и других полезных (в зависимости от типа наночастиц) свойств полимерного материала. Важно отметить, что улучшения этих полезных свойств полимерного материала можно добиться не за счет химического синтеза, который зачастую

Растворение проводили при комнатной температуре при постоянном перемешивании в течение 120 мин, после чего раствор фильтровали и затем обезвоздушивали под вакуумом при Р = 0,1 атм в течение 24 час.
Вторым параметром, который определяет структуру волокна и его физико-механические характеристики, является состав осадительной ванны. Принцип осаждения волокна заключается в инклюзии растворителя осадителем [127, 128]. В качестве осадителей раствора хитозана используют спирты, ацетон, щелочи и смеси спиртов и щелочей [129-132].
Проведенные исследования показали, что спирты, в частности этанол, пропанол, бутанол обладают низкой осаждающей способностью, что существенно осложняет технологический процесс, требует большой длины осадительной ванны. Эксперименты показали, что оптимальный состав, позволяющий достаточно эффективно осадить волокно и затем промыть его от остатков осадителя, это спирто-щелочная смесь, состоящая из этанола и 10% раствора NaOH, взятых в соотношении 1:1.
Формование волокон проводили на лабораторной установке ИВС РАН (рисунок 7), позволяющей получать поли- и монофиламентные нити, варьировать величины фильерной и пластификационной вытяжек, температуру и время сушки, скорости подачи раствора полимера и приемки готового волокна. Для проведения работ по оптимизации режимов формования волокон из хитозана была проведена модернизация установки, в частности, замена блока подачи полимера. Блок подачи с электронным управлением New Era Pump Systems, модель NE-300 (производства США) позволяет подавать раствор полимера со скоростями от 0,01 мл/мин до 100 мл/мин, причем подача характеризуется высокой равномерностью во всем диапазоне скоростей, чего принципиально не мог обеспечить блок с электромеханическим управлением.
Линейная скорость V2 выхода раствора полимера из фильеры диаметром D и величина объемной скорости подачи полимера Q связаны соотношением V2 = 4Q/D2.