Фазовое разделение и селективная деструкция в смесях полимеров для формирования пористых структур

• Автор: Зорина, Надежда Анатольевна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Оглавление
1. Введение

2. Литературный обзор

2Л. Методы формирования пористых полимерных материалов

2.2. Фазовое разделение и совместимость полимеров

2.3. Полимеры, способные к быстрой химической деструкции

3. Обсуждение результатов

3.1. Обоснование выбора объектов исследования

3.2. Синтез полимеров

3.2.1. Матричный полимер. Полилактид (ПЛА)

3.2.2. Порообразующий полимер

3.2.3. Выбор ароматического полиоксалата
3.3. Совместимость полимеров
3.4. Деградационные свойства индивидуальных полимеров
3.5. Приготовление гетерогенных смесей
3.6. Пористые структуры и их морфология
4. Заключение
5. Экспериментальная часть
5.1. Подготовка реагентов и растворителей
5.2. Методы исследования
5.3. Синтез промежуточных продуктов и полимеров
5.4. Анализ объектов исследования
6. Выводы
7. Список литературы
1 '1
1. ВВЕДЕНИЕ.
Полимерные материалы, обладающие трехмерной пористой структурой, в настоящее время получили широкое распространение в науке и технике. Как результат растет интерес к разработке новых методов формирования пористых структур с заданными характеристиками. Одно из новых направлений использования таких материалов сформировалось в связи с развитием тканевой инженерии, основной задачей которой является выращивание биологических тканей in vitro с различными целями, среди которых наиболее часто рассматривается возможность решения проблемы трансплантации органов и тканей. Однако не следует забывать и о более утилитарных задачах биотехнологии. Органы и ткани животных и растений широко используются, во-первых, как пища, и, во-вторых, как материалы различного назначения. При этом все большее число людей рассматривают такое положение вещей, как этически неприемлемое. Однако полностью (и даже частично) отказаться от натурального мяса, натуральной кожи и натуральной древесины человечество еще не готово. Культивирование идентичных натуральным тканей вне живых организмов методами тканевой инженерии может рассматриваться как один из путей решения и этой проблемы [1].
Основные идеи тканевой инженерии были сформулированы Лангером, Ваканти и другими авторами в 1990 г [2-6].
Формирование интегрированной ткани в процессе пролиферации культуры клеток может происходить только в структурированной среде, фиксирующей клетки на поверхности или в объеме [7]. Такой средой, в частности, может быть либо полимерный гидрогель, либо гетерогенный пористый материал (губка), пропитанный питательным раствором. Такие
губки, иначе называемые скаффолдами (англ. scaffold — “строительные леса”), изготавливаемые из биосовместимых полимеров, широко исследуются в качестве сред для культивирования клеток [8].
К полимеру, применяемому для изготовления скаффолда, и к морфологии пористой структуры предъявляется ряд требований:
• способность полимера разрушаться по мере формирования интегрированной ткани и ее прорастания в объеме скаффорлда, не выделяя при этом токсичных для клеток продуктов;
• “биофильность” полимера (то есть комплекс свойств полимерного материала, обеспечивающих оптимальные условия прикрепления к поверхности и пролиферации клеток);
• определенная механическая прочность; высокая пористость; размер пор, подходящий для размещения клеток;
• взаимосвязанность и протекаемось системы пор.
Совокупность этих требований существенно ограничивает круг
используемых полимеров и методов формирования материалов и изделий. Существующие промышленные технологии формирования пористых материалов не в полной мере могут обеспечить формирование скаффолдов требуемой морфологии (размер, форма и общий объем пор, их распределение по размеру, протекаемость системы пор). Это потребовало разработки новых методов и подходов к созданию пористых полимерных материалов, с учетом особенностей физико-химических свойств полимеров, применяемых в тканевой инженерии.
В настоящей работе предлагается новый метод формирования пористых структур, основанный на фазовом разделении полимеров с сильно различающимися в определенных условиях скоростями деградации и

давление внутри образца достигает критического значения за счет накопления продуктов распада, после чего происходит разрушение поверхности с формированием системы пор, обеспечивающих вывод продуктов гидролиза. Однако понижение pH (изначально кислая среда рН=2) не привело к значительным изменениям скорости процесса. В случае основного гидролиза авторами наблюдались значительные изменения кинетики процесса. Заметные потери массы для образцов ПЛА и ПЛГА происходили в гораздо меньший промежуток времени. Так, если в случае кислотного гидролиза полное разрушение образца происходило в течение нескольких дней - недель, то при pH >13 процесс протекал за несколько часов. Кроме того в данном случае образец поглощал воду в очень незначительных количествах (только адсорбция на поверхности). В отличие от кислотного гидролиза, где образцы теряли форму в течение нескольких дней, при рН> 13 наблюдалось сохранение геометрии до самого конца процесса. Молекулярная масса в таких условиях также не претерпевала существенных изменений и оставалась практически постоянной (в отличии от гидролиза при pH 7.4 и 2).
В работе [73] авторами исследуется зависимость деградационных свойств ПЛА от размеров используемых объектов. Было исследовано поведение пластинок (ё= 75 мм, Ь=2 мм), микросфер (размером 0,125-0,250 мм) и пленок на основе ПЛА в фосфатном буферном растворе (pH = 7.4). Приведено изменение во времени таких параметров как потеря массы, водопоглощение, выход мономеров, изменение pH, а также молекулярной массы в зависимости от толщины ПЛА. Было показано, что образцы больших размеров (толщина) гидролизуются гораздо быстрее, что соответствует ранее предложенной диффузионной модели. Так, выход по мономеру для пластинок по истечению 15 дней на порядок выше, чем для пленок за тот же промежуток времени [73].
Было также показано, что природа катализатора, использованного при синтезе полигидроксиалконоатов (ПЛА), оказывает влияние на его