Процесс получения макропористых частиц гидрогелей на основе поливинилового спирта

• Автор: Троянкин, Александр Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 187 с. : ил.

Введение

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Полимерные гидрогели макромолекулярные системы, используемые в различных отраслях промышленности

1.1.1.Природные и синтетические гидрогели

1.1.2.Методы формирования физических и химических гидрогелей.

1.1.3.Биомедицинское и фармацевтическое применение гидрогелей на основе поливинилового спирта

1.2. Методы получения сферических частиц макропористых гидрогелей

1.2.1.Методы получения макропористой структуры гидрогелей

1.2.2.Получение гидрогелей на основе поливинилового спирта криоструктурированием

1.2.3.Методы получения гидрогелей в виде сферических частиц

1.3. Сублимационная сушка, как способ сушки, позволяющий сохранить макропористую структуру материала
1.4. Математическое описание процессов замораживания и сублимационной сушки
1.4.1 .Математическое описание тепло и массообмена при замораживании
1.4.2.Математическое описание тепло и массообмена в процессе сублимации растворителя при различных способах подвода тепла
1.4.3.Подходы к математическому моделированию процесса сублимационной сушки
1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристики исходных веществ.
2.2. Схема процесса получения макропористых частиц гидрогелей на основе поливинилового спирта
2.3. Модификация поливинилового спирта.
2.4. Исследование процесса диспергирования в криожидкость
2.4.1.Диспергирование пневматической форсункой
2.4.2.Диспергирование ультразвуковой форсункой
2.5. Исследование процессов криоструктурирования и сшивки
2.5.1.Механизм химической сшивки модифицированного поливинилового спирта.
2.6. Экспериментальные исследования процессов вакуумной и атмосферной сублимационной сушки.
2.6.1.Экспериментальные исследования атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме
2.6.2.Кинетика атмосферной сублимационной сушки в условиях активной гидродинамики
2.6.3.Экспериментальные исследования вакуумной сублимационной сушки частиц гидрогелей
2.6.4.Кинетика вакуумной сублимационной сушки
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СТРУКТУРЫ ПОЛУЧЕННЫХ ЧАСТИЦ ГИДРОГЕЛЕЙ.
3.1. Определение остаточного влагосодержания высушенных частиц
3.2. Исследование морфологии и гранулометрического состава.
3.3. Исследование поверхности и оценка пористости
3.4. Исследование кинетики адсорбции на примере адсорбции бриллиантового зеленого.
3.5. Исследование кинетики набухания.
ГЛАВА IV. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗАМОРАЖИВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ
4.1. Исследование скорости замораживания в процессе диспергирования в криогенную жидкость.
4.2. Математическое моделирование атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме.
4.2.1 .Моделирование гидродинамики и теплообмена
4.2.2.Моделирование массообмена в процессе сублимации с помощью модифицированного уравнения Герца Кнуд сена.
4.2.3.Анализ факторов, влияющих на скорость сублимации
4.3. Результаты моделирования процесса атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме.
4.3.1.Результаты моделирования кинетики процесса атмосферной сублимационной сушки
4.3.2.Результаты моделирования гидродинамики и теплообмена в процессе атмосферной сублимационной сушки
ГЛАВА V. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЦ В АСЕПТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
5.1. Виды и устройство типовой изоляторной установки
5.2. Режимы работы изоляторной установки
5.3. Рекомендации по организации процесса получения частиц гидрогелей в асептических условиях.
Заключение
Список литературы


Химические гели представляют собой ковалентно сшитые сетки , которые могут быть получены как в процессе полимеризации и сополимеризации низкомолекулярных мономеров, так и сшивкой водорастворимых полимеров. Образование ковалентных поперечных сшивок может происходить в результате радикальной полимеризации , в результате протекания реакций конденсации , воздействия гаммаизлучения ,, ферментного катализа. Для проведения химической сшивки полимеров, не способных сшиваться в реакциях радикальной полимеризации, требуется их предварительное модифицирование путем введения дополнительных групп. В свою очередь радикальная полимеризация может быть инициирована светом, температурными инициирующими системами и окислительновосстановительными реагентами. Фотополимеризация представляет собой преобразование жидкого раствора полимера в гель под воздействием фотосенсибилизирующих катализаторов и света . Подобно физическим гидрогелям, химические гидрогели не гомогенны. Они, как правило, содержат области с низким набуханием в воде и высокой плотностью сшивки, называемые кластерами, которые распределены внутри регионов с высокой набухаемостью и низкой плотностью сшивки. 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 влияющие на эластичность сетки. ПВСгидрогели обладают рядом свойств, которые позволяют их применять в биомедицине и фармацевтике. Они относятся к нетоксичным, не канцерогенным и биоадгезивным материалам поливиниловый спирт прост в получении, имеет простую химическую структуру, хорошо набухает в воде и биологических жидкостях, эластичен. ПВСгидрогели применяются в качестве систем адресной доставки лекарств, тканевой инженерии, при иммобилизации микроорганизмов, в качестве гемодиализных мембран и в других областях современной медицины. В работе исследовалось возможность применения ПВАгидрогеля в качестве временных деградируемых со временем имплантатов, вводимых подкожно или внутримышечно. Исследователи подчеркивают, что гели биологически инертны, и воспалительные процессы в прилегающих тканях исчезают в течение первой недели после вживления имплантата. Авторы работы отмечают, что варьируя количество и продолжительность циклов замораживания и оттаивания при сшивке геля, возможно получить биоматериал максимально приближенный к различным типам тканей по микроструктуре и деформационным характеристикам. В работе исследовалась ответная реакция организма животных на имплантированные электроды, покрытые слоем биоматериала на основе взаимопроникающих гидрогелей, полученных из ПВС и полиакриловой кислоты. Шестинедельное наблюдение показало, что электроды с защитным покрытием не отторгались организмом крыс, а в присутствии факторов роста клеток, началось прорастание окружающих тканей в защитный слой имплантата. В работах ученых из национального университета Тайваня ПВСгидрогель был использован в качестве биоматериала при создании искусственной поджелудочной железы, а именно как аналог мембраны, окружающей панкреатические островки. Исследования показали, что применяемый ПВСгидрогель проницаем для глюкозы, инсулина и альбумина, но полностью предотвращал прохождение иммуноглобулина б. Кроме того, такая искусственная мембрана способна выполнять ряд функций при секреции инсулина и обеспечивать быстрое освобождение инсулина через мембраны в ответ на изменения концентрации глюкозы. В работе был исследован вопрос применения ПВСгидрогеля с высоким содержанием воды в качестве замены мениска при травмах коленного сустава. Имплантаты были вживлены в суставы животных. Годовые испытания показали, что имплантаты не вызвали отторжения, не деформировались со временем и выполняли свою функцию. Таким образом, ИВСгидрогели считаются перспективными материалами для замены суставных хрящей, однако их механические свойства могут быть улучшены. В работе исследовались смешенные гидрогели, в состав которых также входил поливинилпирролидон ПВП. Сшивка геля производилась криоструктурированием.