Макропористые гидрогели на основе сшитого поливинилового спирта

• Автор: Артюхов, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

К ВВЕДЕНИЕ.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

2.1. Полимерные гидрогели основные понятия.

2.2. Вода в гидрогелях.

2.3. Структура пористых полимерных материалов.

2.4 Структура и свойства поливинилового спирта.

2.4. Структурообразование в растворах поливинилового спирта

2.4.1. Физические гидрогели поливинилового спирта.

2.4.2. Использование низкомолекулярных сшивающих агентов для создания гидрогелей поливинилового спирта.

2.4.3. Радиационная сшивка гидрогелей поливинилового спирта.

2.4.4. Использование химически модифицированного поливинилового спирта для создания полимерных гидрогелей.
2.5. Гелеобразование в замороженных системах
2.5.1. Состав замороженной системы
2.5.2. Жидкая фаза в замороженных системах
2.5.3.Невымороженный растворитель
2.3.4. Гидрогели, образующиеся при реакциях в условиях криоструктурирования.
3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
3.1. Исследование процесса модификации поливинилового спирта глицидилметакрилатом.
3.2. Исследование закономерностей гелеобразования в растворах модифицированного поливинилового спирта в криоусловиях.
3.2.1. Влияние концентрации макромера в реакционной системе.
3.2.2. Влияние концентрации инициатора.
3.2.3. Влияние температуры.
3.2.4. Влияние степени замещения макромера.
3.3. Исследование морфологии образующихся полимерных макропористых
гидрогелей.
3.3.1. Влияние концентрации макромера в реакционной смеси на структуру образующихся гидрогелей.
3.3.2. Влияние температуры синтеза на структуру образующихся гидрогелей.
3.3.3. Влияние концентрации инициатора на структуру образующихся гидрогелей.
3.4. Определение плотности пространственной сетки гидрогелей.
3.5. Исследование набухаемости полученных гидрогелей.
3.6. Взаимодействие полученных гидрогелей с тканями организма и примеры их практического применения.
3.6.1. Исследование токсичности полученных гидрогелей.
3.6.2. Примеры практического применения полученных гидрогелей.
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
4.1. Характеристика исходных веществ.
4.2. Исследование процесса модификации поливинилового спирта
4.2.1 Модификация поливинилового спирта.
4.2.2 Анализ состава модифицированного полимера.
4.2.3. Расчет констант скорости реакции модификации поливинилового спирта.
4.3. Синтез и исследование полимерных макропористых гидрогелей.
4.3.1 Синтез полимерных макропористых гидрогелей
4.3.2. Определения плотности пространственной сетки гидрогелей
4.3.3. Исследование морфологии поверхности полимерных гидрогелей.
4.3.4. Исследование осмотических свойств, полученных гидрогелей.
4.4. Приложение 1. Микрофотографии образцов криогелей и диаграммы распределение пор по размерам
4.5. Приложение 2. Протокол эксперимента по изучению реакций тканей на синтезированные макропористые гидрогели.
4.6. Приложение 3. Заключение о реакции тканей на синтезированные гидрогели
4.7. Приложение 4. Протокол клинических испытаний материала ММГельФ
5. ВЫВОДЫ.
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Введение.
Актуальность


В ряде случаев, в зависимости от строения растворителя, температуры и концентрации растворенных веществ, при формировании геля может иметь место фазовое разделение, и могут формироваться заполненные водой пустоты или поры. В химических гелях свободные концы цепей являются дефектами сетки, не вносящими вклада в эластичность сетки. Существует целый ряд различных структур, возможных для физических и химических гидрогелей. Спектр полимерных композиций используемых для получения гидрогелей широк и разнообразен, основные подходы, используемые для синтеза гидрогелей обобщены в таб. Таблица 1. ЭГДМ этиленгликольдиметакрилат, ГЭМ гидроксиэтшшетакрилат, ПАКиолиакриловая кислота, ПАА полиакриламид, ПАГЭ полиакриламидный гель для электрофореза, ПАН полиакрилонитрил, ПЭГ полиэтиленгликоль, ПЭОполиэтиленоксид, ППО полипропленоксид, ПВС поливиниловый спирт, ПВАполивинилацетат
2. Вода в гидрогелях. Характер воды, поглощенной гидрогелем имеет значительное практическое значение, поскольку, он может определять общее распространение питательных веществ в объем и продуктов жизнедеятельности клеток из объема геля при его практическом применении. Когда сухой гидрогель начинает абсорбцию воды, первые молекулы воды, проникающие в матрицу, гидратируют наиболее полярные гидрофильные группы, приводя к первично связанной воде. Когда полярные группы гидратированы, сетка полимера набухает, и становятся доступными гидрофобные группы, ведущие к гидрофобносвязанной воде, или вторично связанной воде 3,5. Первично и вторично связанную воду часто объединяют и для простоты называют общей связанной водой, или просто связанной водой 3,7. После связывания молекул воды полярными и гидрофобными участками полимерной сетки, она поглощает дополнительное количество воды, вследствие осмотической движущей силы полимерных цепей к бесконечному растворению. Это дополнительное набухание, которому препятствуют ковалентные или физические сшивки, вызывающие упругие силы сжатия сетки. Таким образом гидрогель достигнет уровня равновесного набухания. Вода дополнительного набухания, которая поглощается, после того как ионные, полярные и гидрофобные группы полностью насыщаются связанной водой, называется свободной водой или блочной водой и, предположительно, заполняет пространство между цепями сетей или объем средних пор, макропор или пустот 3. При набухании сетки, в том случае, если основная цепь полимера или связи между цепями деградируемы, гель начнет разрушаться и растворяться в степени зависящей от его строения. Существует ряд методов, использованных рядом исследователей для оценки относительных долей свободной и связанной воды, в общем количестве воды в гидрогелях. Все они, однако, не бесспорны, так как, согласно данным ЯМР, обмен молекулами воды, находящимися, в так называемых, свободных и связанных состояниях происходит очень быстро, порядка одной молекулы Н каждые с. Для описания состояния воды в гидрогелях наиболее часто используются методы ЯМР, динамической калориметрии и методы, основанные на использовании низкомолекулярных стандартов и моделей. При использовании веществстандартов, гидрогель помещают в раствор меченого вещества, и измеряют концентрацию молекул стандарта в геле после установки равновесного состояния 3,5. Допуская, что только свободная вода в геле может растворять вещество стандарта, можно вычислить содержание свободной воды из количества поглощенных молекул и известной концентрации внешнего раствора. В этом случае, количество связанной воды вычисляется при вычитании из общего содержания воды количества свободной воды, определенного опытным путем. Дополнительными допущениями при использовании такой методики является, что а растворенное вещество не влияет на распределение свободной и связанной воды в геле, б вся свободная вода в геле доступна для растворенного вещества, в концентрация растворенного вещества в свободной воде гидрогеля равна концентрации во внешнем растворе и г растворенное вещество не взаимодействует с цепями матрицы геля 3,5. Использование динамической калориметрии основано на предположении, что только свободная вода может быть заморожена.