Макропористые гидрогели на основе сшитого поливинилового спирта тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

На правах рукописи

АРТЮХОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

Макропористые гидрогели на основе сшитого поливинилового спирта

Специальность: 02.00.06 - Высокомолекулярные соединения

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И.Менделеева

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор химических наук,

профессор Штильман Михаил Исаакович.

доктор химических наук,

профессор Грицкова Инесса Александровна

доктор химических наук,

профессор Ярославов Александр Анатольевич.

Институт нефтехимического синтеза

им. A.B. Топчиева Российской Академии Наук

Защита состоится «27» декабря 2006 г. в 15м на заседании Диссертационного совета Д. 212.204.01 в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (125047 Москва, Миусская площадь, д.9.) в ауд. № 343

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И.Менделеева

Автореферат разослан «27» ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ.212.204.01, кандидат химических наук

\ Клабукова Л.Ф.

Введение.

Актуальность работы. Полимерные гидрогели, в силу ряда уникальных свойств, позволяющих использовать в их различных областях, связанных с медициной и биотехнологией, привлекают в последние десятилетия все большее внимание исследователей. Особое место среди полимерных гидрогелей занимают, так называемые, макро - и суперпористые полимерные гидрогели, то есть гидрогелевые системы, обладающие системой пор с размерами в десятки и сотни микрометров. В литературе описаны примеры применения таких систем как компонентов систем с контролируемым выделением лекарственного вещества, подложек для клеточной инженерии, материалов для имплантатов и пломбировочных материалов в хирургии, высокоэффективные сорбентов для разделения и очистки белков, и т.п.

Одной то наиболее доступных групп макропористых гидрогелей, являются, так называемые, криогели поливинилового спирта, образующиеся при замораживании и последующем оттаивании растворов этого полимера. Однако, как правило, такие системы являются термически нестабильными и разрушаются, переходя в водный раствор при нагревании, и требуют закрепления структуры с использованием дополнительных, зачастую токсичных, сшивающих реагентов или жесткого излучения. Все это, в значительной степени, усложняет и удорожает технологию их получения, а также существенно ограничивает возможные сферы применения. Поэтому разработка методов и подходов, позволяющих получать макропористые гидрогели на основе поливинилового спирта, лишенные этих недостатков представляет значительный интерес.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось получение макропористых полимерных гидрогелей на основе поливинилового спирта, обладающих, по сравнению с широко известными физическими криогелями поливинилового спирта, повышенной термической стабильностью и степенью развитости пористой структуры.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: —синтез модифицированного полимера на основе поливинилового

спирта, содержащего в боковой цепи непредельные связи, в количестве достаточном для образования трехмерной пространственной структуры в присутствии инициаторов радикальной полимеризации, при незначительном изменении физико-химических и токсикологических свойств модифицированного полимера, по сравнению с исходным поливиниловым спиртом;

— изучение влияния различных факторов на процесс образования сшитых макропористых гидрогелей на основе модифицированного поливинилового спирта в воднозамороженных растворах и выявлении оптимальных условий синтеза;

— исследование свойств, строения, макроструктуры образующихся макропористых гидрогелей;

— исследование токсичности полученных гидрогелей, их взаимодействия с тканями организма, изучение возможности их практического применения;

Научная новизна. В работе впервые в условиях криоструктурирования синтезированы макропористые полимерные гидрогели на основе метакрилатного производного поливинилового спирта, устойчивые к нагреванию и не требующие дополнительной фиксации структуры. Исследован процесс сшивки в воднозамороженных растворах, выявлено влияние условий синтеза на морфологию поверхности, образующихся систем, изучены деформационные свойства и проведена оценка параметров пространственной сетки полученных гидрогелей. Выявлена корреляция между степенью развитости пористости полученных полимерных гидрогелей и их осмотическими свойствами. Продемонстрирована высокая биосовмсстимость полученных макропористых систем.

Практическая значимость работы. В работе получены новые макропористые полимерные гидрогели поливинилового спирта, обладающие высокой термической стабильностью, значительным водопоглощением, незначительно изменяющимся при изменении внешних условий - ионной силы и величины водородного показателя раствора, высокой биосовместимостью, достаточной механической прочностью. Продемонстрированы примеры

эффективного применения разработанных макропористые гидрогели в качестве материала для замещения дефектов мягких тканей и послеоперационных полостей, а также как компонента систем для лечения ран и ожогов.

Апробация работы. Результаты работы были представлены на конференциях МКХТ-2004, МКХТ-2005 (Москва), международной конференции студентов и аспирантов «Ломоносов-2005» (Москва, 2005 г.), конференции «New Polymer System for Biotechnological and Biomedical Applications» (Ереван, Республика Армения, 2005 г.), на 3-ем и 4-ом международных конгрессах «Biotechnology . State of the art & prospects of development» (Москва, 2005 и 2006 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ (4 статьи в журналах и сборниках трудов и 4 тезиса докладов)

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 152 страницах, состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка литературы; содержит 19 таблиц, 64 рисунка, 177 библиографических ссылок.

Полученные результаты и их обсуждение.

1. Объекты исследования Макропористые полимерные и суперпористые полимерные гидрогели в последние годы привлекают повышенное внимание исследователей, работающих в области создания материалов для биомедицинского применения. Наличие в структуре таких гидрогелей системы сообщающихся пор обеспечивает им высокую удельную поверхность, доступность функциональных групп для присоединяемых лигандов, отсутствие диффузионных затруднений при сорбции и десорбции веществ с широким спектром значений молекулярных масс и ряд других уникальных свойств, обеспечивая тем самым широчайший спектр возможных областей применения таких систем. Наиболее доступными пористыми гидрогелями, являются физические криогели поливинилового спирта (ПВС), образующиеся при замораживании его растворов, однако они, как правило, термически обратимы, либо требуют дополнительной фиксации структуры, с использованием

труднодоступных, либо высокотоксичных реагентов, что существенно усложняет технологию их получения и очистки и ограничивает потенциально возможные сферы применения.

В настоящей работе, с целью устранения этих недостатков был предложен метод получения макропористого полимерного материала на основе сшитого поливинилового спирта путем проведения полимеризации в водных замороженных растворах заранее приготовленного и очищенного водорастворимого ненасыщенного производного поливинилового спирта.

Вводимые в боковую цепь полимера содержащие кратные связи группы, обеспечивали образование пространственной сетки химических связей в условиях радикальной полимеризации, что позволило увеличить устойчивость, образующихся полимерных систем, и также исключало необходимость дополнительной фиксации их структуры.

он о

I

сна но—сн2

с—с=сн2 I! Т о сн3

Для модификации ПВ С был использован глицидиловый эфир метакриловой кислоты (ГМА). Полимеризация ненасыщенных производных поливинилового спирта осуществлялась в присутствии инициатора радикальной полимеризации - персульфата калия (ПСК), в качестве ускорителя распада инициатора был использован Ы,Ы,1чГ,К'-тетраметилэтилендиамин (ТМЭД).

2. Исследование процесса модификации поливинилового спирта

На первом этапе работы было проведено исследование процесса модификации поливинилового спирта. Реакции проводили в среде диметилформамида в интервале температур 120 - 140 °С и концентраций поливинилового спирта от 2 до 10 мае. % при соотношениях ГМА и ПВС от

1/50 до 1/10 моль/моль-эквивалент.

Состав образующегося

модифицированного полимера

подтверждается данными ПМР и

ИК-спектроскопии.

2 3 4 5 По результатам проведенных

Время, ч.

Рис.1. Зависимость степени замещения от исследований были построены времени при различном соотношении

реагентов. Соотношение ГМА/ПВС 1 - кривые конверсии для реакции, 1/50, 2- 1/25, 3- 1/16,7, 4- 1/12,5, 5- 1/10

моль/осново-моль, концентрация ПВС протекающих в различных условиях

6 мас.%, температура синтеза 130 °С. .

. (пример тигшчнои зависимости

показан на рис.1), выявлены оптимальные условия, позволяющие получать полимер с заданной степенью замещения. Кроме того, были определены константы скорости реакции для ряда температур.

3. Исследование закономерностей преобразования в криоусловиях.

С целью исследования закономерностей влияния различных факторов на процесс формирования макропористых полимерных гидрогелей поливинилового спирта в условиях криоструктурирования был проведен ряд синтезов при различных

0 1

Рис.2. Зависимостъ^вывди от времени при Условиях. Реакции проводили в

различных концентрациях макромера в ™.тРПЯ™1 пт Ч ттп 7 Я °г

реакционной системе. Концентрации Интервале температур ОТ ДО -¿Ъ Ь,

макромепа: 1-2 масс.%, 2- 4 масс.%. 3-6 л.

масс.%, 4- 8 масс.%. Температура синтеза - ПРИ концентрации модифицированного

15 °С, концентрация инициатора 1,2 мг/мл,________________„„ „„,,„____ , „„ , ,

степень замещения макромера 4,1 мольн. % поливинилового спирта от 1 до 14

масс.%, и инициатора от 0,2 до 2

мг/мл.

Практически во всем интервале изменения концентраций инициатора и макромера в реакционной смеси процесс образования макропористых гидрогелей протекал с высоким выходом (85-90 %) и практически завершался за 3-5 часов, а при высоких значениях концентрации инициатора (более 2

мг/мл.) и макромера (более 12 мас.%) в реакционной смеси, уже за 1,5 - 2 часа. Однако пористость и механические свойства гидрогелей в этом случае ухудшались, что, очевидно может быть связано с образованием изотропного геля до полного окончания кристаллизации льда, а также частичного образования фазы физических криогелей поливинилового спирта при повышенных концентрациях макромера в реакционной системе.

Характерной особенностью протекания процессов гелеобразования в криоусловиях является наличие экстремума на температурной зависимости выхода геля и скорости его образования. Так и в случае рассматриваемых гидрогелей поливинилового спирта снижение температуры от 0 -5 °С, когда система в течение всего процесса оставалась жидкой, до -10 -15 "С, когда реакционная смесь находилась в твердом состоянии, приводило к заметному

возрастанию скорости реакции и увеличению выхода продукта. При дальнейшем понижении температуры скорость реакции и выход снижались.

Проведение реакций в

воднозамороженных растворах

модифицированного поливинилового

-20 -10 0

Температура, °С спирта с различной степенью замещения

Зависимость выхода от температуры. показало, что образование сшитых

Концентрация макромера 6 масс.%,

степень замещения полимера 4,1 моль.%, макропористых гидрогелей со значимым концентрация инициатора 1,2 мг/мл.

выходом имело место уже для полимеров со степенью замещения гидроксильных групп менее 1 % мольн. Однако гидрогели, образовавшиеся из макромеров со степенями замещения менее порядка 2 % мольн. характеризовались низкой механической прочностью и разрушались даже при незначительном механическом воздействии. При увеличении степени замещения происходило значительное улучшение механических свойств и рост выхода продукта. Однако при использовании полимеров с высокой; степенью замещения (более 8 % мольн.), свойства образующихся гидрогелей существенно ухудшались, вследствие образования

геля смешанной структуры из-за частичной сшивки геля до полного перехода реакционной смеси в твердое состояние.

4. Исследование морфологии полученных макропористых полимерных гидрогелей.

Исследование морфологии поверхности полученных гидрогелей показало, что последняя представляют собой достаточно сложную струтурно-

морфологическую организацию.

В зависимости от условий синтеза в результате процесса криоструктурирова-ния образовывались как гидрогели, характеризующиеся ажурной структурой с большим содержанием пор (рис. 4А), так и системы, находящиеся в другой области обращения фаз (рис. 4Б), в этом случае основное поле рисунка занимают фибриллярные, ламеллярные, древовидные, дендрические образования, состоящие из сшитого полимера, внутри и между которых расположены случайно распределенные дисперсные поры. Помимо этого, в отдельных случаях были получены системы, в которых поры представляют собой дефекты структуры, образовавшиеся в результате кристаллизации воды в объеме сформировавшегося изотропного геля (рис 4В). Помимо крупных макропор с размерами в десятки микрометров, в основном, определяющих физико-химические характеристики макропористых гелей, в их структуре присутствует большое количество более мелких (рис. 4Г), представляющих собой дефекты, в стенках; макропор, существенно увеличивающих удельную поверхность последних и обеспечивающие дополнительное сообщение между макропорами гидрогеля.

Характер влияния различных факторов на структуру образующихся гидрогелей был различен. Так, изменение концентрации инициатора практически не влияло на средний размер пор, общую пористость и

Рис. 4. Примеры микрофотографий образцов гидрогелей

распределение пор по размерам. При увеличении концентрации макромера в реакционной системе наблюдалось снижение общей пористости, а также увеличение относительной доли фракции более мелких пор и сужение распределения пор по размерам и, как следствие, монотонное снижение среднего размера пор (рис. 5 и 6).

При изучении влияния температуры на структуру образующихся гелей охлаждение системы проводили двумя методами: «простым» охлаждением системы до температуры проведения реакции и путем быстрого охлаждения реакционной смеси' до температуры жидкого азота, с последующим повышением температуры до температуры реакции («температурная закалка»).

Рис.б. Гистограмма распределения пор по размерам для образцов, получепных при различных концентрациях реакционной смеси.

Температура синтеза -15 °С. Концентрация ипициатора 1,2 мг/мл, степень замещения полимера 4,1 мольн.%.

При «простом» охлаждении в диапазоне температур от -10°С до -25°С

^ 80 !

пористость

60

|40 С

20 0

средний размер пор

60 50 40 30^ 20' 10 0

о

в № ■О

0 4 8 12

Концентрация макромера, мае. %

Рис.5. Зависимость общей пористости и среднего размера пор для образцов, полученных при различной концентрации реакционной макромера в реакционной смеси.

Температура синтеза -15 "С. Концентрация инициатора 1,2 мг/мл, степень замещения полимера 4,1 мольн.%.

а, кПа

происходило монотонное снижение среднего размера пор, сужение диапазона изменения размера пор и обогащение системы: более мелкими порами. При «температурной закалке» полученные полимерные системы содержали преимущественно очень мелкие поры, причем их размер и характер распределения по размерам практически не зависел от температуры проведения процесса.

5. Определение плотности пространственной сетки гидрогелей.

Для определения деформационных свойств гидрогелей в набухшем

состоянии была использована методика определения кривых напряжение-

деформация при сжатии. Измерения проводили на образцах цилиндрической

формы диаметром 14 мм. Толщина

образцов, задавалась в процессе

синтеза и в набухшем равновесном

состоянии изменялась от 2 до 4 мм.

(измерения толщины, проводились

для каждого образца).

Вид типичной кривой «о - Б»

ф 0 2 рд д ^ показал на рис. 7. Можно видеть, что

Рис.7. Пример кривой «напряжение - деформационная кривая состоит из деформация» набухшего макропористого

гидрогеля. Температура синтеза -15 °С, двух участков. Участок 1-где концентрация макромера в реакционной

смеси 2 масс.%, концентрация инициатора происходило капиллярное вытеснение 1,2 мг/мл. 1 - область синерезиса под

внешним давлением, II - деформация ВОдной фазы из пористой структуры пористого полимерного каркаса.

полимера и участка II, где происходила деформация собственно пористого каркаса. По второму участку кинетической кривой рассчитывался модуль упругости. По результатам измерения упругости были рассчитаны эффективные значения сеток физических и химических узлов (таб.1).

Несмотря на то, что полученные значения, безусловно, могут носить лишь оценочный характер, можно выделить ряд тенденций в изменении параметров сетки пространственных связей. Как видно из полученных значений, степень влияния различных факторов на частоту сшивки различна.

Так изменение температуры синтеза, в целом, незначительно сказывается на длине участка между сшивками. Увеличение же, как концентрации реакционной системы, так и количества инициатора ведет к заметному увеличению частоты сшивки полимерной сетки гидрогелей.

Таблица. 1.

Модули упругости макропористых гидрогелей и параметры сетки

пространственных связей.

Концентрация макромера, % масс. Температура синтеза, °С Концентрация инициатора, мг/мл ЕЭфХ10"3, Па Мсх10"3

2 -15 1,2 17,6 26,0

6 -15 1,2 22,0 18,9

8 -15 1,2 33,8 17,6

10 -15 1,2 35,2 15,0

6 -25 ■ 1,2 26,3 18,9

6 -20 1,2 22,0 19,3

6 -15 1,2 22,0 18,9

6 -10 1,2 21,Ъ 17,2

6 -5 1,2 67,4 16,6

6 -15 0,8 21,3 19,3

6 -15 1,2 22,0 18,9

6 -15 1,6 56,9 11,2

6 -15 2 56,2 10,8

6. Исследование осмотических свойств полученных гидрогелей.

Как было показано ранее, исследуемые макропористые полимерные гидрогели поливинилового спирта представляют собой систему, состоящую из набора связанных между собой пор, занимающих основную часть объема образца, разделенных участками сшитого полимера. Известно, что такая открытая пористая структура делает возможным чрезвычайно быструю сорбцию воды в направлении центра высушенной матрицы за счет капиллярных сил, что делает возможным быстрое набухание макропористого гидрогеля, вне зависимости от размера его частиц. На рис. 8 показаны зависимости степени набухания гидрогелей, полученных в различных условиях, от времени.

Таблица 2.

Константы скорости набухания гидрогелей, полученных в различных _условиях_

Температура Концентрация Константа

синтеза, макромера, набухания•

°С % масс. *103, с.-1

+ 20 2 0,35

+ 20 4 0,24

- 15 2 7,40

- 15 4 7,03

- 15 6 5,06

- 15 10 3,51

1 Ь

0,4 0Л ' 0 <

1—I—ь-

Время, мин —I—I—1—

—1—I—г

0 30 180 210 240 270 300 Рис.8. Зависимость набухания гидрогелей пптт1т,,„ полученных в криоусловиях (1) и при полученных положительной температуре (2) от

Как видно из таблицы 2 и рисунка 8 скорость набухания гидрогелей, полученных в

криоусловиях, в силу их пористого строения, в 25-30 раз выше скорости набухания изотропных гидрогелей, при положительной

времени.

температуре.

Наличие развитой пористой структуры объясняет также и большие

количества 20 -

116 1

жидкости,

I12

I8

Ж 4

поглощаемые 100

80 Я

о

0 -+-

60«

401 20^

0

гидрогелями, полученными в криоусловиях. Как видно из приведенной зависимости (рис. 9), большая часть, поглощаемой гидрогелем при набухании, жидкости заполняет свободное пространство пор, занимающих основной объем образца (до 90%).

О 2 4 б 8 10 12 14 Концентрация макромера, мае. % Рис.9. Равновесная набухаемость Вклад же, собственно, полимерной макропористого гидрогеля (1), его

полимерной части (2) и его пористость (3), части материала, имеющей в зависимости от концентрации макромера

в реакционной смеси при его получении, относительно небольшую степень Температура синтеза -15 С, концентрация

инициатора 1,2 мг/мл. набухания, сравнительно мал.

Примечательно, что равновесная набухаемость полимерной части

гидрогеля, незначительно менялась при изменении условий синтеза, и

составляла, во всех случаях, порядка 4 мл. воды на 1 г. сухого материала. В

силу этого, можно было бы предположить, что равновесная набухаемость

полученных гидрогелей преимущественно будет определяться степенью

развитости пористой структуры образца. И действительно, при исследовании

равновесной набухаемости образцов гидрогелей, полученных при различных

условиях, наблюдалась явная корреляция между значением равновесной

набухаемости и общей пористостью макропористого гидрогеля, а вид

зависимости величины равновесного набухания от изменяемых условий

проведения синтеза в основном повторял вид зависимости общей пористости

гидрогеля от этого изменяемого фактора (рис. 9). Таким образом, изменение

температуры проведения реакции и концентрации реакционной системы

оказывало значительное влияние на

способность полученных гидрогелей к

сорбции воды, тогда как изменение

количества инициатора, до

определенной его концентрации,

практически, не вело к изменению

величины равновесного набухания

полученных гидрогелей. Рис.10. Зависимость равновесной

набухаемости макропористых полимерных Поскольку в каждом конкретном

гидрогелей, полученных при различной

концентрации реакционной системы, в случае, возникающем при

растворах различной ионной силы.

Температура реакции -15 °С, концентрация практическом применении,

инициатора 1,2 мг/мл., концентрация

макромера: 1- 2 масс%, 2- 6 масс.%, 3- 10 используются растворы с различной

ионной силой и значением рН, практический интерес представляло исследование осмотической стабильности полученных гелей.

Как упоминалось ранее, полученные макропористые гидрогели представляют собой систему, состоящую из полимерного каркаса, степень набухания которого невелика и мало изменяется при изменении внешних

•О---©.............

20 |16

112 1 ...........А................4

I8

Я „ 1

МО'аСГ), моль/л.

0 12 3

условий, и большого числа сообщающихся пор, содержащих основную часть жидкости, поглощаемой гелем при набухании. В силу подобного строения, такие гидрогели, в отличие от «обычных» изотропных гелей, незначительно 20 _ изменяют свое равновесное набухание

•■•-»-.■■.-•...,.....•...» . ПрИ изменении внешних условий,

I 16 -I о.л-с>.0..0..()--0..в..о.0.о ' г ^

1 " например, при изменении ионной силы

| ! 3 или величины рН раствора (рис. 10 и рис.

8 -

- 11). Полученные данные хорошо

4 -I

рН соотносятся с данными полученными

0

при исследовании осмотической 0 2 4 6 8 10 12 14 Рис.11. Зависимость равновесного стабильности ряда других гидрогелей, набухания макропористых полимерных

гидрогелей, синтезированных при полученных на основе различных различной концентрации реакционной

системы, в растворах с различным мономеров полимеризацией в

значением рН. Температура синтеза -15 °С,

концентрация инициатора 1,2 мг/мл., воднозамороженных растворах, концентрация макромера: 1- 2 масс%, 2- 6 масс.%, 3-10 масс.%

7. Взаимодействие полученных гидрогелей с тканями организма и примеры их практического применения.

В силу того, что синтезированные гидрогели предполагалось использовать в контакте с тканями организма, исследовалась токсичность полученных гидрогелей. При проведении эксперимента на белых крысах с использованием провокационной внутрикожной пробы, сенсибилизирующее действие материала, о наличии которого судили по реакции дегрануляции тучных клеток, обнаружено не было. При исследовании цитотоксичности па суспензионной культуре подвижных клеток индекс токсичности составил 82 % при нормативном значении 70-120%.

Вытяжки из образцов не проявили гемолитического действия в опытах in vitro с изолированными эритроцитами кроликов: гемолиз составил 0,05 % при допустимом значении показателя этого менее 2%.

С целью изучения реакции тканей на синтезированный полимерный макропристый гидрогель проводились эксперименты по имплантации синтезированного макропористого гидрогеля (экспериментальное животное-

кролик). Забор материала осуществлялся через 21 день и 3 месяца после начала эксперимента. Ткани подвергались гистологическому исследованию с окраской гематоксилином-эозином. По результатам гистологического исследования' тканей был сделан вывод, что при краткосрочном контакте (21 день) реакция окружающих тканей на вводимый гель заключалась в инкапсуляции без признаков его воспалительной инфильтрации и выраженного рассасывания, а при долгосрочном (3 месяца)- в выраженном, фактически полном, рассасывании имплантата и замещении его рыхлой соединительной тканью, без признаков воспалительной инфильтрации. Гистологическое изучение внутренних органов (печень, почки, селезенка, тимус, надпочечники, семенники) не выявило различий между структурой органов в контрольной и опытной группами животных.

Было предложено использовать синтезированные гидрогели в качестве основы для пломбировочного материала для замещения послеоперационных полостей и дефектов мягких тканей (макропористый гидрогелевый материал «ММ-Гель-Ф»). Клинические испытания препарата проводились на кафедре торакальной хирургии РМАПО РАМН, где он был успешно использован в ряде хирургических операций экстраплеврального пневмолиза, проводимых по поводу деструктивного туберкулеза легких, о чем имеется соответствующее заключение.

Кроме того, способность разработанных гидрогелей поглощать и удерживать значительные количества жидкости была использована при их применении в качестве увлажняющего компонента покрытия для лечения кожных поражений (повязка «Гелиос»). Применение такого увлажняющего элемента позволила снизить травмотичность применения покрытия и увеличить его лечебный эффект.

Таким образом, в данной работе был разработан метод получения макропористых полимерных гидрогелей сшитого поливинилового спирта, подтверждена их высокоразвитая пористая структура, устойчивость к изменению ионной силы и рН раствора, а также продемонстрировано отсутствие токсических свойств и высокая биосовместимость полученных гидрогелевых систем:

Выводы:

1. Путем радикального сшивания водорастворимого поливинилового спирта, модифицированного глицидилметакрилатом, в вводно-заморожснных системах получены низкотоксичные пористые гидрогели пригодные для медико-биологического использования.

2. Исследованием процесса модификации поливинилового спирта глицидилметакрилатом, выявлены условия, позволяющие синтезировать полимеры с заданной степенью замещения, в том числе, растворимые в воде.

3. Установлено, что скорость сшивания модифицированного поливинилового спирта, в вводно-замороженных системах в присутствии инициирующей системы персульфат калия - 1Ч,М,1\Г,Г\г'-тетраметилэтилендиамин и выход гидрогеля сшитого полимера достигают максимальных значений в диапазоне температур -12 -18°С. При этом прочностные свойства гидрогеля являются оптимальными при количестве ненасыщенных заместителей 2,5-5 мол.%.

4. Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что полученные гидрогели представляют собой системы с развитой пористой структурой и размером открытых пор от единиц до сотен микрометров, причем общая пористость и средний размер пор снижаются по мере роста концентрации полимера и снижения температуры процесса, но практически не зависят от концентрации инициатора в реакционной смеси. Путем анализа кривых «напряжение-деформация» продемонстрировано, что на частоту сшивки полимерной матрицы гидрогелей в наибольшей степени оказывает влияние количество введенного инициатора и в меньшей степени — концентрация полимера и температура образования гидрогеля.

5. Показано, что синтезированные макропористые полимерные гидрогели характеризуются высоким значением равновесной набухаемости, слабо зависящей от ионной силы и величины рН раствора.

6. Установлена высокая степень биосовместимости полученных полимерных систем и показана возможность их применения в качестве имплантатов и компонентов материалов для обработки кожных поражений.

. Список публикаций по теме диссертации.

1. Артюхов А.А., Штильман М.И., Чалых А.Е., Золотайкина Т.С., Тсатсакис А.М. Макропористые гидрогели поливинилового спирта : исследование влияния условий синтеза // Пластические массы,- 2005,- № 12,- С. 27-29

2. Артюхов А.А., Штильман М.И., Чалых А.Е., Золотайкина Т.С., Тсатсакис A.M. Макропористые гидрогели поливинилового спирта: исследование формирования структуры // Пластические массы.- 2006,- № 1.- С. 27-31

3. Артюхов А.А., Штильман М.И., Козлов B.C., Коршак А.Ю. Сшитые криогели поливинилового спирта // Успехи в химии и химической технологии. М.: РХТУ.- 2004.- Т. 18, №2 (42).- С. 37-41

4. Артюхов А.А., Штильман М.И., Золотайкина Т.С., Горчаков А.В. Разработка технологии синтеза новых макропористых гидрогелей для медицины и биотехнологии // Успехи в химии и химической технологии.- М.: РХТУ,- 2005.-Т.19, №2 (50).- С.93-95 ■

5. Voskanyan P.S., Artyukhov А.А., Shtilman M.I. Cross-linked macroporous hydrogel for medicine and biotechnology // Тез. докл. конф. «New Polymer System for Biotechnological and Biomedical Applications».- Ереван, Республика Армения, 2005.- P. 194

6. Artyukhov A.A., Shtilman M.I., Tsatsakis A.M., Gorchakov A.V., Korshak A.Yu. Crosslinked macroporous hydrogel of polyvinylalcohol for medicine and biotechnology // Тез. докл. 3-го Международного Конгресса «Biotechnology . State of the art & prospects of development».- Москва, 2005.- Part 1, P. 49.

7. Артюхов A.A., Штильман М.И., Горчаков A.B., Коршак А.Ю. Сшитые макропористые гидрогели поливинилового спирта для медицины и биотехнологии // Тез. докл. Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005».Секция «Химия», Москва.- 2005.- С. 55

8. Artyukhov А.А., Zolotaykina T.S., Kuskov A.N., Shtilman M.I., Tsatsakis A.M. Macroporous polymer hydrogel of polyvinylalcohol as drugs carrier // Тез. докл. 4-го Международного Конгресса «Biotechnology . State of the art & prospects of development» ».- Москва, 2006.- P. 97

Отпечатано в копицентре «СТ ПРИНТ» Москва, Ленинские Горы, МГУ, 1 Гуманитарный корпус. www.stprint.ru e-mail: zakaz@stprint.ru тел. 939-333-38 Тираж 100 экз. Подписано в печать 23.11.2006 г.

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

2.1. Полимерные гидрогели - основные понятия.

2.2. Вода в гидрогелях.

2.3. Структура пористых полимерных материалов. 14 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. 89 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. 102 4.3.1 Синтез полимерных макропористых гидрогелей 102 4.3.2. Определения плотности пространственной сетки гидрогелей

4.3.3. Исследование морфологии поверхности полимерных гидрогелей.

4.3.4. Исследование осмотических свойств, полученных гидрогелей.

Актуальность работы. Полимерные гидрогели, в силу ряда уникальных свойств, позволяющих использовать в их различных областях, связанных с медициной и биотехнологией, привлекают в последние десятилетия все большее внимание исследователей. Особое место среди полимерных гидрогелей занимают, так называемые, макро - и суперпористые полимерные гидрогели, то есть гидрогели, обладающие системой пор с размерами в десятки и сотни микрометров. В литературе описаны примеры их применения в качестве компонентов систем с контролируемым выделением лекарственного вещества, подложек для клеточной инженерии, материалов для имплантатов и пломбировочных материалов в хирургии, высокоэффективных сорбентов для разделения и очистки белков, и т.п.

Одним из наиболее доступных типов макропористых гидрогелей, являются, так называемые, криогели поливинилового спирта-полимера, обладающего высокой биосовместимостью и широко применяющегося в медицине на протяжении уже десятков лет, которые образуются при замораживании и последующем оттаивании растворов этого полимера.

Однако, как правило, такие системы являются термически нестабильными и разрушаются, переходя в водный раствор при нагревании, и, в силу этого, требуют дополнительного закрепления структуры, зачастую, с использованием токсичных сшивающих реагентов или жесткого излучения. Все это, в значительной степени, усложняет и удорожает технологию получения таких пористых систем, а также существенно ограничивает возможные сферы их применения.

Поэтому разработка методов и подходов, позволяющих получать на основе поливинилового спирта макропористые гидрогели, лишенные этих недостатков представляет значительный интерес.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования являлось получение макропористых полимерных гидрогелей на основе « поливинилового спирта, обладающих, по сравнению с широко известными физическими криогелями поливинилового спирта, повышенной термической стабильностью и степенью развитости пор.

Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:

- синтез модифицированного полимера на основе поливинилового спирта, содержащего в боковой цепи группы, содержащие кратные связи в количестве достаточном для образования трехмерной пространственной структуры в результате сшивки по свободно-радикальному механизму в присутствии инициаторов радикальной полимеризации, при незначительном изменении физико-химических и токсических свойств модифицированного полимера, по сравнению с исходным поливиниловым спиртом; исследование процесса модификации поливинилового спирта;

- изучение влияния различных факторов на процесс образования сшитых макропористых гидрогелей на основе модифицированного поливинилового спирта в воднозамороженных растворах и выявлении оптимальных условий синтеза;

- исследование свойств, строения, макроструктуры образующихся макропористых гидрогелей;

- исследование санитарно-токсикологических характеристик полученных гидрогелей, изучение возможности их практического применения;

Обоснование выбора объектов исследования. Конкретным объектом исследования стали макропористые полимерные гидрогели на основе метакриловых производных поливинилового спирта, образующиеся в результате радикальной полимеризации в воднозамороженных растворах.

Использование высокомолекулярного макромера, содержащего в боковой цепи двойные связи, позволило получать химически сшитые гидрогели, устойчивые, в отличие от физических гидрогелей поливинилового спирта, даже при температуре близкой к точке кипения воды.

Проведение же процесса сшивки в условиях криоструктурирования позволило получать после оттаивания системы, обладающие развитой системой сообщающихся пор с размерами в десятки и сотни микрометров.

Научная новизна. В работе впервые в условиях криоструктурирования синтезированы макропористые полимерные гидрогели на основе поливинилового спирта устойчивые к нагреванию и не требующие дополнительной фиксации структуры. Исследован процесс сшивки в воднозамороженных растворах. Выявлено влияние условий синтеза на морфологию поверхности образующихся систем, изучены деформационные свойства и проведена оценка параметров пространственной сетки полученных гидрогелей. Выявлена корреляция между степенью развитости пористости полученных полимерных гидрогелей и их осмотическими свойствами. Продемонстрирована высокая биосовместимость полученных макропористых систем.

Практическая значимость работы. В работе синтезированы новые макропористые полимерные гидрогели поливинилового спирта, обладающие высокой термической стабильностью, значительным водопоглощением, незначительно изменяющимся при изменении внешних условий - ионной силы и величины водоррдного показателя раствора, высокой биосовместимостью, достаточной механической прочностью.

Предложено использовать разработанные макропористые гидрогели в качестве основы для материала для замещения дефектов мягких тканей и послеоперационных полостей, а также как компонент системы для лечения ран и ожогов.

2. Обзор литературы.

В последние десятилетия большое внимание привлекают материалы медико-биологического назначения (materials for medico-biological use), т.е. материалы, предназначенные для создания изделий, устройств и препаратов, применяемых в медицине, биотехнологии, сельском хозяйстве и т.п. и используемых для обеспечения и оптимизации жизнедеятельности человека, животных, растений, микроорганизмов. Во многих случаях материалы медико-биологического назначения (биоматериалы, biomaterials) функционируют в непосредственном взаимодействии с живыми тканями и клеточными объектами [1].

В качестве биоматериалов используются полимеры, металлы, неорганические материалы, материалы на основе углерода и композиты на их основе. Следует отметить, что с точки зрения ассортимента и возможностей использования полимерные биоматериалы значительно превосходят другие виды биоматериалов [1].

Работы в области полимерных биоматериалов являются частью чрезвычайно широкой и важной области - химии и технологии полимеров медико-биологического назначения.

5. Выводы.

1. Путем радикального сшивания водорастворимого поливинилового спирта, модифицированного глицидилметакрилатом, в вводно-замороженных системах получены низкотоксичные пористые гидрогели пригодные для медико-биологического использования.

2. Исследованием процесса модификации поливинилового спирта глицидилметакрилатом, выявлены условия, позволяющие синтезировать полимеры с заданной степенью замещения, в том числе, растворимые в воде.

3. Установлено, что скорость сшивания модифицированного поливинилового спирта, в вводно-замороженных системах в присутствии инициирующей системы персульфат калия -тетраметилэтилендиамин и выход гидрогеля сшитого полимера достигают максимальных значений в диапазоне температур -12 - -18°С. При этом прочностные свойства гидрогеля являются оптимальными при количестве ненасыщенных заместителей 2,5-5 мол.%.

4. Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что полученные гидрогели представляют собой системы с развитой пористой структурой и размером открытых пор от единиц до сотен микрометров, причем общая пористость и средний размер пор снижаются по мере роста концентрации полимера и снижения температуры процесса, но практически не зависят от концентрации инициатора в реакционной смеси. Путем анализа кривых «напряжение-деформация» продемонстрировано, что на частоту сшивки полимерной матрицы гидрогелей в наибольшей степени оказывает влияние количество введенного инициатора и в меньшей степени - концентрация полимера и температура образования гидрогеля.

5. Показано, что синтезированные макропористые полимерные гидрогели характеризуются высоким значением равновесной набухаемости, слабо зависящей от ионной силы и величины рН раствора. 6. Установлена высокая степень биосовместимости полученных полимерных систем и показана возможность их применения в качестве имплантатов и компонентов материалов для обработки кожных поражений.

1. Shtilman M.I. Immobilization on polymers. VSP: Utreht-Tokyo.- 1993. -479 p.

2. Wichterle O., Lim D. Hydrophilic gels in biologic use // Nature.- 1960.-Vol. 185.- P. 117.

3. Hoffman A.S. Hydrogels for biomedical applications // Advanced Drug Delivery reviews.- 2002.- Vol.43.- P. 3-12.

4. Drury J. L., Mooney D. J. Hydrogels for tissue engineering: scaffold design variables and applications// Biomaterials.- 2003.- Vol. 24.- P. 4337-4351

5. Galaev I.Yu., Mattiasson B. 'Smart' polymers and what they could do in biotechnology and medicine// Tibtech August.- 1999.-Vol. 17.- P. 335-340

6. Ruel-Gariepy E., Leroux J. In situ-forming hydrogels—review of temperature-sensitive systems // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics.- 2004.- Vol. 58.- P. 409-426

7. Hydrogels in medicine and pharmacy. In: Peppas NA, editor. Properties and applications, V. 3. Boca Raton: CRC Press, 1987

8. Muhlebach A, Muller B, Pharisa C, Hofmann M, Seiferling B, Guerry D. // Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry.- 1997.- V.35.- P. 36033611

9. Папков С.П. Студнеобразное состояние полимеров. М., 1974,256 с.

10. Prestwich G.D., Marecak D.M., Marecak J.F., Vercruysse K.P., Ziebell M.R. Controlled chemical modification of hyaluronic acid // J. Controlled Release.- 1998.- Vol. 53.- P. 93-103.

11. Nakamae K., Miyata Т., Jikihara A., Hoffman A.S. Formation of poly(glucosyloxyethyl methacrylate)-concanavalin A complex and its glucose sensitivity // J. Biomater. Sci. Polym. Ed.- 1994.- Vol. 6.- P. 79-90.

12. Morris J.E., Fischer R., Hoffman A.S. Affinity precipitation of proteins with polyligands // Anal. Biochem.- 1993.- Vol. 41.- P. 991-997.

13. Энциклопедия полимеров. M., 1974г., Т.2.

14. А.А. Тагер. Физикохимия полимеров. М., Химия. 1973

15. Chen J.,Park P., Park K. // Biomed. Mater. Res. -1999.- V. 44.- P. 53-62

16. Chen J, Blevins W.E, Park H, Park K. // J Controlled Rel.- 2000.- V.64.-P.39-51

17. Shapiro L., Cohen S. Novel alginate sponges for cell culture and transplantation // Biomaterials.- 1997.- V.l 8.- P. 583-593

18. Horâk D., Lednicky F., Bleha M. Effect of inert components on the porous structure of 2-hydroxyethyl methacrylate-ethylene dimethacrylate copolymers // Polymer.- 1996.- V. 37.- P. 4243-4249

19. Oxley, Corkhill P.H., Fitton J.H., Tighe B.J. Macroporous hydrogels for biomedical applications: methodology and morphology // Biomaterials.- 1996.-V.14.- P. 1064-1072V

20. Michâlek J., Pradny M., Artyukhov A., Slouf M., Smetana K. Macroporous hydrogels based on 2-hydroxyethyl methacrylate. Part 3. Hydrogels as carriers for immobilization of proteins.// J. Mat. Sci: Material in Medicine.- 2005.- V. 16, № 8.- P. 783-786

21. Lozinsky V.I., Plieva F.M., Galaev I.Yu. The potential of polymeric cryogels in bioseparation // Bioseparation.- Volume Date 2001.- 10(4/5).- P. 163188

22. Штильман М.И., Артюхов A.A., Козлов B.C. , Тсатсакис A.M. Эпоксидсодержащие пористые гидрогели поли- (2-гидроксиэтил-метакрилата): исследование влияния условий синтеза // Пластические массы.- 2002.- № 7.- С. 24-28

23. Джейл Ф.Х. Полимерные монокристаллы. JL: Химия, 1968

24. Энциклопедия полимеров // М.: Советская энциклопедия, Т.1.-1972

25. Хувинг Р., Ставерман А. Химия и технология полимеров // J1. Химия.-1965

26. Калиновски Е., Урбанчик Г.В. Химические волокна // М.: Химия.-1966

27. Лосев И.П., Тростянская Е.Б. Химия синтетических полимеров // М.: Химия.-1984

28. Штильман М.И., Коршак В.В. Полимеры в процессах иммобилизации и модификации природных соединений // М.: Наука.-1984

29. Hickey A.S., Peppas N.A. Mesh size and diffusive characteristics of semi crystal line polyvinyl alcohol) membranes prepared by freezing/thawing techniques // J. Memb. Scie.- 1995.- V. 107.- P. 229-237

30. Stammen J.A., Williams S., Ku D.N., Guldberg R.E. Mechanical properties of a novel PVA hydrogel in shear and unconfined compression // Biomaterials.- 2000, V. 22.- P. 799-806

31. Hassan C.M., Ward J.H., Peppas N.A. Modeling of crystal dissolution of poly (vinyl alcohol) gels produced by freezing/thawing processes // Polymer.-2000.- V. 41.- P.6729-6739

32. Hernández R., Sarafian A., López D., Mijangos C. A reappraisal of the 'thermoreversible' gelation of aqueous polyvinyl alcohol) solutions through freezing-thawing cycles // Polymer.- 2002.- V. 43.- P. 5661-5663

33. Lee P.I. Novel approach to zero-order drug delivery via immobilized nonuniform drug distribution in glassy hydrogels // J. Pharm. Sci.- 1984.- V.73.-P. 1344-1347

34. Ijima H., Ohchi Т., Ono Т., Kawakami K. Hydroxyapatite for use as an animal cell culture substratum obtained by an alternate soaking process // Biochemical Engineering Journal.- 2004.- Vol. 20.- P. 155-161

35. D. Darwis, P. Stasica, M.T. Razzak, J. M. Rosiak. Characterization of poly(vinyl alcohol) hydrogel for prosthetic intervertebral disc nucleus // Radiation Physics and Chemistry.- 2002.- V. 63.- P. 539-542

36. Ruiz J., Mantecón A., Cadiz V. Synthesis and properties of hydrogels from poly (vinyl alcohol) and ethylendiaminetetraacetic dianhydride // Polymer.- 2001.- V. 43.- P. 6347-6354

37. Kim S.J., Park S. J., Kim S. I. Swelling behavior of interpenetrating polymer network hydrogels composed of poly (vinyl alcohol) and chitosan // Reactive & Functional Polymers.- 2003.- V. 55.- P. 53-59

38. Pereira A., Vasconcelos W., Oréfíce R. Novel multicomponent silicate-poly(vinyl alcohol) hybrids with controlled reactivity // Journal of Non-Crystalline Solids.- 2000.- V. 273.- P. 180-185

39. Rosiak J.M., Ulanski P. Synthesis of hydrogels by irradiation of polymers in aqueous solution // Radiation Physics and Chemistry.- 1999.- V. 55.- P. 139151

40. Park K. R., Nho Y. C. Synthesis of hydrogels by irradiation of polymers in aqueous solution // Radiation Physics and Chemistry.- 2003.- V. 67.- P. 361365

41. M. T. Razzak, D. Darwis, Z. Sukirno. Irradiation of polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone blended hydrogel for wound dressing. Radiation Physics and Chemistry.- 2001.- V. 62.- P. 107-113

42. Zhai M., Yoshii F., Kume T., Hashim K. Syntheses of PVA/starch grafted hydrogels by irradiation // Carbohydrate Polymers.- 2002.- V. 50.- P. 295-303

43. Yamamoto Y., Tagawa S. Radiolytically prepared polyvinyl alcohol) hydrogel containing a-cyclodextrin // Radiation Physics and Chemistry.- 2004.-V. 69.- P. 347-349

44. Yih-Wen Gung, Shyh Ming Kuo, Yng-Jiin Wang. Effect of PVA-AA on dentine bonding of HEMA // Biomaterials.- 1997.- V. 18.- P. 367-371

45. Martens P., Anseth K.S. Characterization of hydrogels formed from acrylate modified polyvinyl alcohol) macromers // Polymer.- 2000.- V. 41.7715-7722

46. Schmedlen R. H., Masters K. S., West J. L. Photocrosslinkable polyvinyl alcohol hydrogels that can be modified with cell adhesion peptides for use in tissue engineering //Biomaterials.- 2002.- V. 23.- P. 4325^1332

47. Gunanan C.M., Storie В., Smith P., Knight P.M // Polym.Mater.Sci.Eng.-1993.-Vol. 69.- P. 506-507.

48. Nuttelman C. R., Henry S. M., Anseth K. S. Synthesis and characterization of photocrosslinkable, degradable poly(vinyl alcohol)-based tissue engineering scaffolds. // Biomaterials.- 2002.- V. 23.- P. 3617-3626

49. Рихтер M., Аугустат 3., Ширбаум Ф. // Избранные методы исследования крахмала. Пер. с нем. М.: Пищ. пром-сть, 1975. С. 14 M.Richter, S.Augustat, F.Schierbaum Ausgewählte Methoden Der Starkchemie. Leipzig: VEB Fachbuchverlag, 1969.

50. Bringham J.E., Gidley M.J., Hoffmann R.A., Smith C.G. // Food Hydrocolloids. 1994. - V. 8, № 3/4.- P. 331-335

51. Tanaka R., Hatakeyama Т., Hatakeyama H. Formation of locust beam hydrogel by freezing-thawing // Polymer International.- 1998,- V. 45, № 1.- P. 118-121.

52. Lozinsky V.l., Damshkaln L.G., Brown C.R.T., Norton I.T. Study of cryostructruring of polymer system XIX. On the nature of intermolecular links in the cryogel oh locust bean gum // Polymer International.- 2000.- V. 49, № 11.-P. 1434-1442.

53. Рогожин C.B., Вайнерман E.C., Лозинский В.И. Образование пространственно-сшитых полимерных структур при замораживанииреагирующей системы //Докл. АН СССР.- 1982.- Т. 263, № . с. 115-121

54. Лозинский В.И., Вайнерман Е.С., Рогожин С.В. А. с. 1008214 СССР // Б.И.- 1983.-№ 12.-С. 1311-38

55. Лозинский В.И., Корнеева М.Н., Вайнерман Е.С., Рогожин С.В. Структурообразование при замораживании полимеризующейся системы, состоящей из винильного и дивинильного мономеров // Докл. АН СССР.-1983.- Т. 270, №1.-С. 101-103.

56. Lozinsky V.I., Korotaeva G.F., Vainerman E.S., Rogozhin S.V. Study of ciyostructumtion of polymer systems: Ш. Ciyostructuration in inorganic media // Colloid & Polymer Sci.-1984.- V. 262, № 8.- P. 617-622

57. Лозинский В.И. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта // Успехи химии.- 1998.- Т. 67, № 7.- С. 641.

58. Mori Y., Tokura Н., Yoshikawa М. Properties of hydrogel synthezed by freezing and thawing aqueous polyvinyl alcohol solutions and their applications // J. Materials Sci.- 1997.- У. 32, №2.- P. 491-498.

59. Lozinsky V.I., Damshkaln L.G. Study of cryostructuration of polymer systems. XVII. Polyvinyl alcohol) cryogels: Dynamics of the cryotropic formation // J. Appl. Polym. Sci.- 2000.- V. 77, №9.- P. 2017-2023.

60. Smith P., Pennings A.J. Eutectic crystallization of pseudobinary systems of polyethylene and high melting diluents // Polymer. 1974.- V. 15, № 7.- P. 413-419

61. Берлин А.А., Пенская Е.А. Об образовании активных молекул при криолизе водных растворов крахмала // Докл. АН СССР.- 1956.- Т. 45, № 4.-С. 585-591

62. Kuhn W., Majer Н. Normale und anomale Gefrierpunktserniederung // Angew. Chem.- 1956.- V. 68, № 10.- P. 345-349

63. Jellinek H.H.G., Fok S.Y. // Makromol. Chem.- 1967.- В. 104. № 1, S. 1824.

64. Барамбойм H.K. // Механохимия высокомолекулярных соединений. M: Химия, 1978. С. 275.

65. Bruice T.C., Butler A.R. Catalysis in Water and Ice. II. The Reaction of Thiolactones with Morpholine in Frozen Systems // J. Amer. Chem. Soc.- 1964.-V. 86, № 19.- P. 4104-4108

66. Pincock R.E., Kiovsky Т.Е. Kinetics of reactions in frozen solutions // J. Chem. Educ.- 1966.- V. 43, № 7.- P. 358.

67. Pincock R.E. Reactions in frozen systems //Ace. Chem. Res.- 1969.- V. 2, №4.- P. 97-109

68. Pincock R.E., Kiovsky Т.Е. Bimolecular reactions in frozen organic solutions // J. Amer. Chem. Soc.- 1965.- V. 87, №9.- P. 2072-2085

69. Сергеев Г.Б., Батюк B.A., Степанов М.Б., Сергеев Б.М. Кинетическая модель химических реакций в замороженных растворах // Докл. АН СССР.- 1973.- Т. 213, № 4.- С. 891-899

70. Вода и водные растворы при температурах ниже 0°С. / под ред. Франкса Ф., пер. с англ., Киев: Наукова думка, 1985. 387 с. Water and Aqueous Solutions at Subzero Temperatures. F.Franks editor. New York -London: Plenum Press, 1982.

71. Katayama S., Fujiwara S. NMR Study of the freezing/thawing mechanism143of water in Polyacrylamide gel // J. Phys. Chem.- 1980.- V. 84, № 18.- P. 23202327

72. Suzuki E., Nagashima N. // Bull. Chem. Soc. Japan.- 1982.- V. 55, №9.-P. 2730-2737

73. Gusev D.G., Lozinsky V.l., Vainerman E.S., Bakhmutov V.l. Study of the1. О nfrozen water-poly(vinyl alcohol) system by H and С NMR // Magn. Res. in Chem.- 1990-. V. 28, № 7.- P. 651-660

74. Kuntz I.D. Hydration of macromolecules. III. Hydration of polypeptides // J. Amer. Chem. Soc.-1971.- V. 93, № 2.- P. 514-522

75. Ogino К., Sato H. NMR characteriszation of styrene-divinylbenzene gel beads using freezing point depression of benzene // J. Polym. Sei., Polym. Phys.-1995.- V. 33, №3.- P.445-452

76. Horii F., Masuda K., Kaji H. CP/MAS ,3C NMR Spectra of Frozen Solutions of Polyvinyl alcohol) with Different Tacticities // Macromolecules.-1997.- V. 30, № 8.- P. 2519-2523

77. Masuda K., Horii F. CP/MAS I3C NMR Analyses of the Chain Conformation and Hydrogen Bonding for Frozen Polyvinyl alcohol) Solutions //Macromolecules.- 1998.- V.31,№ 17.- P. 5810-5818

78. Mikhalev O.I., Serpinski M., Lozinsky V.l., Kapanin P.V., Chkeidze I.I., Alfimov M.V. // Cryo-Letters.-1991.- V. 12, № 4.- P. 197-203.

79. Mikhalev O.I., Yakovleva I.V., Trofimov V.l., Shapiro A.B. // Cryo-Letters.- 1985.- V.6, № 4.- P. 245-255

80. Михалев О.И., Каплан A.M., Трофимов В.И., Тальрозе B.JI. Состояние воды в замороженных водно-солевых растворах полимеров // Докл. АН СССР.- 1986.- Т. 287, № 2.- С. 385-389

81. Mikhalev O.I., Karpov I.N., Kazarova Е.В., Alfimov M.V.The effect of crystallization of the dispersion phase in emulsions on the rate of interfacial reactions // Chem. Phys. Lett.- 1989.- V. 164, № 1.- P.96-102

82. Андроникашвили Э.Л. // Биофизика.- 1972.- Т. 17, № 6.- С. 1068-1074

83. Pouchly J., Biros J., Benes S. // Makromol. Chem.- 1979.- Vol. 180, №3.1441. P. 745-749

84. Nakamura K., Hatakeyama T., Hatakeyama H. Relationship between hydrogen bonding and bound water in polyhydroxylstyrene derivates // Polymer.- 1983.- V. 24, №7.- P. 871-876

85. Hatakeyama T., Nakamura K., Hatakeyama H. // Makromol. Chem.-1983.- B. 21, № 6. S. 1265-1274

86. Kamide K., Okajima K., Matsui T., Kobayashi H. // Polym. J.- 1984.- V. 16, №3.-P. 259-263

87. Kumagai H., Nakamura K., Fujiwara J. // Agric. Biol. Chem.- 1985.- V. 49, №11.- P. 3097-3099

88. De Vringer T., Joosten J.G.H., Junginger H.E. A study of the hydration of polyoxyethylene at low temperatures by differential scanning calorimetry // Colloid & Polymer Sei.- 1986.- V. 264, № 7.- P. 623-630

89. Ross Y.H. // J. Food Sei.- 1986.- V. 51, № 3.- P. 684-690.

90. Hatakeyama T., Yoshida H., Hatakeyama H. A differential scanning colorimetry study of the phase transition of the water-sodium cellulosesulphate system // Polymer.- 1987.- V. 28, №8.- P. 1282-1287

91. Lovric T., Pilizota V., Janekovic A. // J. Food Sei.- 1987.- V. 52, №3.- P. 772-780

92. Miyawaki O., Abe T., Yano T. // Agric. Biol. Chem. 1988. V. 52. №12. P. 2995-3001

93. Charoenrein S., Reid D.S. The use of DSC to study the kinetics of heterogeneous and homogeneous nucleation of ice in aqueous systems.// Thermochim. Acta.- 1989.- V. 156, №3.- P. 373-380

94. Simatos D., Blond G. // B kh.: Water Relationships in Food. / no,q pe^. Levine H., Slade L. New-York: Plenum Press.-1991.- P. 139

95. Kerr W.L., Ju J., Reid D.S. Enthalpy of Frozen Foods Determined by Differential Compensated Calorimetry // J. Food Sei.- 1993.- V. 58, № 3.- P. 675-681

96. Goff H.D. The use of thermal analysis in the development of a better145understanding of frozen food stability // Pure & Appl. Chem.- 1995.- V. 67, № 11.- P. 1801-1809

97. Tanaka R., Hatakeyama Т., Hatakeyama H. // В кн.: Gums and Stabilizers for the Food Industry. / под ред. Williams P.A., Phillips G.O. London: Publ. Royal Soc. Chem.- 1998.- P. 43.

98. Hatakeyama H., Hatakeyama T. Interaction between water and hydrophilic polymers // Thermochim. Acta 1998.- V. 308, №1/2.- P. 3-22

99. Tanaka N., Motomura Т., Ishii N., Shimura K., Onishi M., Mochizuki A., Hatakeyama T. Cold crystallization of water in hydrate poly(2-methoxyethyl acrylate) (PMEA) // Polymer International.- 2000.- V. 49, № 12.- P. 1709-1717

100. Podorozhko E.A., Kurskaya E.A., Kulakova V.K., Lozinsky V.I. Cryotropic structuring of aqueous dispersion of fibrous collagen: influence of the initial pH values // Food Hydrocolloids.- 2000.- V. 14, № 2.- P. 111-118

101. Huang L., Nishinari K. Interaction between poly(ethylene glycol) and water as studied by differential scanning calorimetry // J. Polym. Sci., Polym. Phys.- 2001 ,V.39, № 5.- P. 496-502

102. Khokhlov A.R., Khalatur P.O. Protein-like copolymers: computer simulation // Physica A.- 1998.- V. 249 № 2.- P. 249-255

103. Zheligovskaya E.A., Khalatur P.O., Khokhlov A.R. Properties of AB copolymers with a special adsorption-tuned primary structure // Phys. Rev. E.-1999.- V. 59, № 3.- P. 3071-3077

104. Лозинский В.И., Сименел И.А., Курская E.A., Кулакова В.К., Гринберг В.Я., Дубовик А.С., Галаев И.Ю., Маттиассон Б., Хохлов А.Р. // Докл. Акад. Наук.- 2000.- Т. 375, № 5.- С. 637-640

105. Kudela V. // In.: Encyclopedia of Polymer Science and Engineering. New York e.a.: J.Wiley & Sons.- 1987.- V. 7.- P. 783.

106. Tanaka Т. // В кн.: Structure and Dynamics of Biopolymers. / под ред. Nicolini С. M. Dordrecht e.a.: Martinus Nijhoff Publ.- 1987. P. 237.

107. Филиппова O.E. «Восприимчивые» полимерные гели. // Высокомолек. соед. А.- 2000.- Т. 42, № 12.- С. 23-28

108. Шиц А.А. // В кн. Энциклопедия полимеров. М.: Советская энциклопедия.- 1972.- Т. 1.- С. 594.

109. Иржак В.И., Розенберг Б.А., Ениколопян Н.С. // Сетчатые полимеры. М.: Наука.- 1974.- 248 с.

110. Роговина JI.3., Слонимский Г.Л. Природа студнеобразования, структура и свойства студней полимеров // Усп. Химии.- 1974.- Т. 43, №6.-С. 1102.

111. Flory P.J. // В кн.: Encyclopedia of Polymer Science and Engineering. New York e.a.: J.Wiley & Sons.- 1987.- V. 10.- P. 95

112. Kaetsu I., Okubo H., Ito A., Hayashi K. Radiation-induced polymerization of glass-forming system. I. Effect of temperature on the initial polymerization rate //J. Polym. Sci., Polym. Chem.- 1972.- V. 10, № 8.- P. 2203-2209.

113. Kaetsu I. Radiation synthesis of polymeric materials for biomedical and biochemical application // Adv. Polym. Sci.-1993.- V. 105.- P. 81-89

114. Kaetsu I, Ito A., Hayashi K. Radiation-induced polymerization of glass-forming system. VI. Polymerization rate at higher conversion in binary system //J. Polym. Sci., Polym. Chem.- 1973.-V. 11, №8.- P. 1811-1818

115. Yoshida M., Kumakura M., Kaetsu I. Immobilization of enzymes by radiation-induced polymerization of glass-forming monomers: 1. Immobilization of some enzymes by poly(2-hydroxyethyl methacrylate // Polymer.- 1979, V. 20.- №1, P. 3-8

116. Yoshida M., Kumakura M., Kaetsu I. Immobilization of enzymes by radiation-induced polymerization of glass-forming monomers: 2. Effects of cooling rate and solvent on porosity and activity of immobilized enzymes // Polymer.- 1979.- V. 20, №1.- P. 9-12.

117. Каргин В.А., Кабанов В.А. Полимеризация в структурированных системах // ЖВХО.- 1964.- Т. 9, № 6.- С. 602

118. Nambu М. // Kobunshi Ronbunshu.-1990.- V. 47, № 9.- P. 695.

119. Kaetsu I., Kumakura M., Yoshida M. Enzyme immobilization by radiation polymerization of 2-hydroxyethyl methacrylate at low temperature //147

120. Biotechnol. and Bioeng.- 1979.- V. 21, №5.- P. 847-850.

121. Fujimura T., Kaetsu I. // Z. Naturforsch.- 1982.- B. 37, № 2.- S. 102-107

122. Kumakura M., Kaetsu I. // J. Appl. Biochem.- 1983- V. 5, № 3.- P. 165171

123. Kumakura M., Kaetsu I. // J. Appl. Biochem.- 1983- V. 5, № 4/5.- P. 348355

124. Fujimura T., Kaetsu I. // Appl. Biochem. Biotechnol.- 1983.- V. 8, №2.-P. 145-150.

125. Kumakura M., Kaetsu I. // J. Chem. Technol. Biotechnol.- 1983.- V.33B, №2.- P. 95-102.

126. Kumakura M., Kaetsu I. Immobilization of microbial cells on cellulose-polymer surface by radiation polymerization // J. Appl. Polym. Sci.- 1983.-V. 28, № 12.- P. 3759-3763.

127. Kaetsu I., Kumakura M., Kikuchi S., Adachi S., Suzuki M. // Z. Naturforsch.- 1983.- B. 38, № 9/10.- S. 812-820

128. Fujimura T., Kaetsu I. // Int. J. Appl. Radiat. Isotop.- 1983.- V. 34, №6.-P. 929-935

129. Kumakura M., Kaetsu I. Behavior of enzyme activity in immobiled proteases // Int. J. Biochem.- 1984.- V. 16, № 11.- P. 1159-1164

130. Kumakura M., Kaetsu I. // Polymer J.- 1984.- V. 16, № 2.- P. 113-119.

131. Kumakura M., Kaetsu I. Immobilization of celluase using porous polymer matrix // J. Appl. Polym. Sci.- 1984.- V. 29, № 9.- P. 2713-2720

132. Kumakura M., Kaetsu I., Kobayashi T. Properties of thermolysin immobilized in polymer matrix by radiation polymerization // Enzyme Microb. Technol.- 1984.- V. 6, № 1.- P. 23-26

133. Kumakura M., Kaetsu I. Immobilization of enzymes masks their active site //Bioscience Reports.- 1984.- V. 4, № 3.- P. 181-189

134. Kumakura M., Kaetsu I, Nisizawa K. Cellulase production from immobilased growing cell composites prepared by radiation polymerization // Biotechnol. Bioeng.- 1984, V. 26, №1, P. 17-25

135. Kumakura M., Kaetsu I. // Process Biochem.- 1984.- V. 19, № 3.- P. 124131

136. Fujimura T., Kaetsu I. // Z. Naturforsch.- 1985.- B. 407, № 7/8.- S. 576580

137. Kumakura M., Kaetsu I., Nisizawa K. // Biotechnol. Appl. Biochem.-1986.- V. 8, №2/3.- P. 195-201

138. Kumakura M., Kaetsu I. // Process Biochem.- 1988.- V. 23, № 2.- P. 5162

139. Tamada M., Kasai N., Kaetsu I. Effect of structure of polymer support on the growth of Sporotrichum cellulophilum immobilized by polymerization inducted bygamma rays // Biotechnol. Bioeng.- 1988.- V. 32, №3.- P. 386-393

140. Kumakura M., Kaetsu I. Porous substances immobilizing enzymes with polymer matrix // J. Appl. Polym. Sci.- 1989, V. 37, № 8.- P. 2229-2236

141. Kumakura M. //J. Mol. Catal. B. Enzym.- 1995.- V. 1, № 1.- P. 11-15

142. Kaetsu I. Biomedical materials, devices and drug delivery systems by radiation techniques // Radiat. Phys. Chem.- 1996.- V. 47, № 3.- P. 419-425

143. Higa O.Z., Kumakura M. Preparation of polymeric urease discs by an alectron beam irradiation technique // Biomaterials.- 1997.- V. 18, № 9.- P. 697701

144. Kumakura M. Preparation method of porous polymer materials by radiation technique and its application // Polym. Adv. Technol.- 2001.- V. 12, №7.- P. 415-421

145. Sutani K., Kaetsu I, Uchida K. The synthesis and the electric-responsiveness of hydrogels entrapping natural poly electrolyte // Radiat. Phys. Chem.- 2001.- V. 61, №1.- P. 49-54

146. Fujimura T., Kaetsu I. Nature oh yeast cell immobilized by radiation polymerization // Biotechnol. Bioeng.- 1987.- V. 29, № 2.- P. 171-177

147. Kumakura M., Kaetsu I. // Makromol. Chem.- 1983.- B. 184, № 9.- P. 1831-1838

148. Yoshi F., Kaetsu I. // Appl. Biochem Biotechnol.- 1983, V. 8.- № 2.- P.149115.122

149. Kumakura M., Kaetsu I. Effect of the polymer matrix on the thermal stability of immobilized trypsin // J. Mol. Catal.- 1984.- V. 23, № 1.- P. 1-8

150. Kumakura M., Kaetsu I. // J. Chem. Technol. Biotechnol.- 1984.- V. 34B, №1.- P.39-44

151. Piskin K., Area E., Piskin E. // Appl. Biochem. Biotechnol.- 1984.- V. 10, №1.- P. 73-60

152. Shtilman M.I., Ostaeva G.Yu, Artyukhov A.A., Tsatsakis A.M., Kozlov V.S. Epoxy-containing porous hydrogels of acrylamide: the influence of synthesis conditions // International Polymer Science and Technology.- 2003.-V. 30, №1.- P. 47-52

153. Штильман М.И., Остаева Г.Ю., Артюхов А.А., Тсатсакис A.M., Козлов B.C. Эпоксидсодержащие пористые гидрогели акриламида: исследование влияния условий синтеза // Пластические массы.- 2002.-№.3.- С.25-28

154. Tighe В J. // В сб. Proceedings of the 3rd Internat. Conf. on Diffusion in Polymers, York, UK, 13-15 February.-1991 .- P. 11

155. Righetti P.O., Brost B.S.W., Snyder R.S. // J. Biochem. Biophys. Meth.-1981.- V. 4, №5/6.- P. 347-355.

156. Гордон А., Форд P. // Спутник химика пер. анг..- М: «Мир».- 1976,546 с.

157. Торутина Л.И., Позднякова Ф.О. // Спектральный анализ полимеров.- Л.: «Химия».- 1986.- 250 с.

158. Штильман М.И., Артюхов А.А., Козлов B.C., Тсатсакис А.М. Сополимеризация гидроксиэтилметакрилата в криоусловиях // Деп. ВИНИТИ.-2002. 1202 от 27.06.2002.- 26 с.

159. Штильман М.И., Остаева Г.Ю., Артюхов А.А., Тсатсакис A.M., Козлов B.C. Сополимеризация акриламида с эпоксидсодержащими соединениями в криоусловиях// Деп. ВИНИТИ.-2002. 1203 от 27.06.2002, 26 с

160. Козлов B.C. Эпоксидсодержащие криогели 2-гидроксиэтил-метакрилата // Дис. канд. хим. наук. М.: РХТУ, 2003, 136 с.

161. Артюхов А.А., Штильман М.И., Чалых А.Е., Семенчук О.В., Тсатсакис A.M. Криогели ионогенных мономеров // Пластические массы.-2006.-№2.- С. 21-25

162. Habbs P.V. // Ice physics.- Oxford, 1974.- 211 p.

163. Чалых A.E. // Структура, кинетика набухания и деформационно151прочностные свойства гранул ПВС.- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева.-1996.-81 с.

164. Артюхов А.А., Штильман М.И., Тсатсакис A.M., Козлов B.C., Остаева Г.Ю. Эпоксидсодержащие пористые гидрогели акриламида: исследование физико-химических характеристик // Пластические массы.-2002.-№9.-С. 32-37

165. Черонис Н.Д., Ma Т.С. // Микро- и полумикрометоды органического функционального анализа пер. с англ..- М.: «Химия»,- 1973.- 576 с.