Сшитые криогели поливинилового спирта тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.06 ВАК РФ

На правах рукописи

ЖАВОРОНКОВ Сергей Николаевич ^^

СШИТЫЕ КРИОГЕЛИ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА

02.00.06 - Химия высокомолекулярных соединений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1996

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

Научный руководитель - доктор химических наук, профессор Штильман М.И.

Официальные оппоненты - доктор химических наук, профессор Ямсков И.А., доктор химических наук, профессор Паписов И.М.

Ведущая организация - Институт физической химии РАН

Защиуа состоится l< _ ЮЭ^-г.

в /4L часов на заседании диссертзшюнного совета Д 053.34.02, в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева по адресу: 125047, Москва, А-47, Миусская пл., Д.9, ауд ((рЦ£р -^ОА__

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева

Автореферат разослан ' t^C Л i 199^г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В последние годы в области химии и технологии высоко-молекулярных соединений сформировалось и активно развивается научное направление, связанное с созданием и исследованием полимеров медико-биологического назначения.

Одной из важнейших задач, решаемых в рамках этого направления, является создание высокоэффективных гетерофазных нерастворимых носителей, предназначенных для иммобилизации различных биологически активных веществ.

Такие полимерные носители широко используются в различных областях, связанных с биотехнологией, медициной, биоорганической и Оиоаналитической химией в качестве важнейших компонентов иммобилизованных биокатализаторов, аффинных и иммунносорбентов, реагентов для синтеза и анализа природных соединений.

Несмотря на наличие достаточно широкого круга известных'' в настоящее время носителей, для получения которых применялись различные, как природные, так и синтетические высокомолекулярные соединения, вопрос создания носителей, отвечающих всем предъявляемым к ним требованиям нельзя считать решенным. • .

Так наиболее распространенными недостатками известных, в том числе производимых промышленностью, полимеров-носителей являются, в частности, биодеструктируемость некоторых носителей под действием • микроорганизмов, низкий уровень осмотической устойчивости, наличие ■ неспеиифической сорбции белковых веществ на носителе, недостаточная стерическая доступность функциональных групп, расположенных в массе носителя, недостаточная реакционная способность груш носителя, не позволяющая проводить процессы активации носителя в мягких условиях, недостаточная механическая прочность матрицы носителя.

Вышеизложенное определяет постановку задачи разработки новых типов полимерных носителей, лишенных этих недостатков.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось созда- • ние нового типа полимерных носителей, обладающих низким уровнем неспеиифической сорбции, улучшенными гидродинамическими и механическими свойствами, на основе криогелей сшитого поливинилового спирта, предназначенных для иммобилизации различных биологически активных лигандов. Формирование таган носителей в криоуслсвиях в водной среди определяло их развитую макропористость, способствующую иммобилизации лигандов различной молекулярной массы.

- 4 - •

Для выполнения данной цели были поставлены следующие задачи:

- разработка методов синтеза сшитых криогелей поливинилового спирта, то есть методов, позволяющих зафиксировать химическими связями физическую структуру криогеля;

- исследование химического строения, микроструктуры, гидродинамических, механических свойств получаемых сшитых криогелей, их осмотических характеристик в различных средах;

- исследование возможности активации носителей различными методами и иммобилизации на них белков-

Обоснование выбора объектов исследования.

Для получения носителей, лишенных вышеуказанных недостатков, был выбран поливиниловый спирт, доступный водорастворимый синтетический полимер, выпускаемый в промышленности, образующий криогели с высокой гидрофильностью и устойчивостью к биодеструкции, обладающие хорошими механическими свойствами, наличием достаточно реакционно-способных гидроксильных групп.

В работе была рассмотрена возможность использования для фиксирования пористой структуры криогелей различных сшивающих агентов, в том числе эпихлоргидрина, реакция которого с поливиниловым спиртом обеспечивала высокую эффективность сшивки и позволяла реализовать легко технологически осваиваемый процесс получения гранулированных носителей.

Для активирования сшитых криогелей поливинилового спирта были использованы его реакция с глутаровым альдегидом, позволяющая вводить в носитель' высокореакционноспособные и стерически доступные альдегидные группы, а также взаимодействие с аллилглицидиловым эфиром, вводящее в носитель ненасыщенные группы, позволяющие активировать носитель прививкой на него реакционноспособных ненасыщенных мономеров.

В качестве модели иммобилизируемого высокомолекулярного лиган-да белкового типа в работе использовали бычьий сывороточный альбумин.

Научная новизна. В работе впервые синтезированы сшитые криогели поливинилового спирта, отличающиеся от несшитых аналогов поыь шенной термостабильностью и улучшеннными механическими свойствами.

■ Впервые осуществлен сравнительный анализ свойств сшитых криогелей, полученных с помощью различных сшивающих агентов.

Впервые сшитые криогели поливинилового спирта зктиьировэнн с помощью процессов привитой сополш^ризации и покозано, что полу-

ченше полимеры способны связывать значительное количество белковых макромолекул.

Практическая значимость работы. В работе синтезирован и охарактеризован новый тип полимерных носителей, сшитые криогелй поливинилового спирта, обладающие развитой пористостью, доступностью для высокомолекулярного лиганда, низкой неспецифической сорбцией и хорошими механическими свойствами. Показана принципиальная возможность создания на основе сшитых криогелей поливинилового спирта активированных носителей, пригодных для иммобилизации биологически активных соединений.

Апробация работы. Тезисы работы были представлены на 9-ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-9.

Публикации. По результатам работы имеется три публикации.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и списка используемой литературы.

Диссертация изложена на 115 страницах машинописного текста, включает в себя 23 рисунков и 10 таблиц. Список используемой литературы содержит 118 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

1. Методы получения сшитого криогеля поливинилового спирта.•

В данной работе было рассмотрено сшивание криогелей на основе поливинилового спирта в присутствии персульфата калия и с использованием в качестве сшивающих агентов глутарового альдегида и эпи-хлоргидрина. Эти методы привлекали простотой проведения и доступностью используемых реагентов.

1.1.Получения криогелей, сшитых глутаровым альдегидом (ГА).

В упрощенном виде реакция в данном случае протекает по следующей схеме:

.. .-СН^-СН-СН-з-СН-... + НОС- (СЕ-Лт-СОН ........ >

ь I - I -3

он он

2 Г - I о-сн-о

,23 о-сн-о I I

...-СН2-СН-СН0-СН-...

Обработку полимера глутаровым альдегидом проводили после стадии криоструктурирования полимера в гранулах в жидком азоте и обезвоживания их кипящим ацетоном. При этом предварительно гранулы выдерживали в 25%-ном растворе глутарового альдегида при 4°С в течение суток. Затем температуру раствора доводили до 40°С и реакцию вели в течение одного часа при рН=2,0 с последующей отмывкой гранул дистиллированной водой.

Несмотря на относительную простоту проведения реакции, применение глутарового альдегида при структурировании криогеля поливинилового спирта имеет существенные недостатки.

Так, после обработки полимера этим сшивающим агентом в системе остается некоторое количество альдегидных групп (до 0.4 мг-экв./г), недостаточное для того, чтобы использовать их для иммобилизации биологически активного вещества, но изменяющих свойства геля при высушивании гранул получаемого носителя или дальнейших его превращениях.

1.2.Получение криогелей, сшитых в присутствии персульфата калия (ПК).

Реакция в данном случае протекает по достаточно сложному механизму, включающему окисление вторичных спиртовых групп, отрыв Л'-■радикала от группы СН с образованием соответствующего радикала. Последний может участвовать во взаимопрививке цепей поливинилового спирта и структурировании системы:

БОд"' + . . .-СН(ОН)-. ..---» Н304~ ь .. . -О" (ОН ) - . . . .......

---> Сшитая гелевая структура

Кроме того, процесс сопровождается значительной дструкчие!» полимера.

При сшивке криогеля по этому методу перед самым началом крио-структурирования в нагретый до 60°С раствор ПВС добавляли персульфат калия. Инициирование разложения персульфата происходило при обработке полученного при замораживании геля в кипящем ацетоне с образованием свободных радикалов и дальнейшей передачей радикалов на полимерную цепь.

Несмотря на кажущуюся простоту проведения, как оказалось, этот метод также имел существенные недостатки. Накопление в полимере достаточного для сшивания полимера количества радикалов протекает после параллельного введения в него значительного количества кетон-ных групп и снижения степени полимеризации.

Вероятно, в результате этого гранулы полимерного криогеля, полученные с использованием персульфата, имели повышенную хрупкость, что возможно объяснялось резким снижением при обработке этим агентом содержания в полимере гидроксильных групп и падением его молекулярной массы, определяющих интенсивность межмолекулярного взаимодействия и прочность геля.

1.3. Сшитый криогель на основе поливинилового спирта, модифицированного эпихлоргидрином (ЭХГ).

Поэтому основное внимание в работе было уделено криогелям по- . лившшлового спирта, полученным с использованием в качестве сшивающего агента эпихлоргидрина.

Применение эпихдоргидрина в процессе образования сшитого криогеля поливинилового спирта позволило получить структуры, устойчивые не только при комнатной температуре, но и при температре до 100°С и не меняющие своих характеристик при неоднократном нагревании и охлаждении в водной среде.

Основные из протекающих при этом реакций показаны на схеме:

60°с, кон

м V/ - I 2 |

ОН О о он

2 , 2 он

КОН

110°С

- I 2 ,

о он

2 ^ ¡Ъ О

...-СН2-СН~...-СН2-СН-

0 I

сн, I 2 сн-он

он

СН2

о

..-СН2-СН-

Процесс состоял из 4 стадий. На первой стадии был получен поливиниловый спирт с введенными в него эпоксиднымии грушами. На второй стадии проводилось формирование криогеля при отрицательной температуре. На тр'етьей стадии структура криогеля фиксировалась экстракцией воды сухим ацетоном. На четвертой стадии проводилась сшивка зафиксированной структуры взаимодействием введенных в полимер эпоксидных груш с гидроксильными группамии при термообработке системы..

Реакцию поливинилового спирта с эпихлоргидрином проводили в водном растворе поливинилового спирта при рН=8-9 и при температуре 60°С в течение 4 часов при концентрации полимера 9-25 масс.Х.

Эти условия являются оптимальными для реакций данного типа. Кроме того, в работе был использован режим постепенного добавления раствора щелочи в реакционную смесь, что позволяло поддерживать значение рН на одинаковом уровне.

В ходе реакции сначала образовывалось хлоргидринное производное поливинилового спирта, которое затем в щелочной среде переходило в глицидаое производное. Помимо эпоксидных груш, количество которых определялось в ходе дальнейшего анализа, очевидно, полимер содержал некоторое количество звеньев с хлоргидринными и гидролизо-ванными. эпоксидными грушами.

Бри этом во всех случаях наблюдалась экстремальная зависимость количества эпоксидных груш, введенных в поливиниловый спирт при его реакции с ЭХГ, от количества последнего. Возможно это явление связано с отделением избыточного количества ЭХГ в отдельную фазу.

Количество хлоргидринных груш в полимере оценивалось по содержанию хлора в конечном продукте по данным микроанализа и было

незначительно. Так, даже для образца, полученного с наибольшим количеством ЭХГ содержание остаточного хлора было менее 1 масс.Ж.

После модификации поливинилового спирта ЭХГ реакционную смесь замораживали, добавляя по каплям в жидкий азот. При этом образовывалась система, содержащая кристаллы воды и распределенный между ниш концентрированный раствор полимера, в котором происходило ге-леобразование за счет большей возможности реализации межмолекулярных водородных связей.

Для фиксирования структуры криогеля образовавшиеся гранулы сначала обрабатывали сухим ацетоном при -4°С для удаления большей части воды. После этого остаток воды экстрагировали при кипячении гранул в том же растворителе.

Для структурирования полимера при нагревании была выбрана температура 110°С. Как показано 'данными дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК), оптимальным для структурирования полимера является температурный интервал 100-120°С. При более высокой температуре начинались процессы деструкции полимера.

Частично при структурировании могут протекать также алкили-рование гидроксильных груш хлоргидринными группами, не вступившим!! в циклизацию, и конденсация с участием самих гидроксильных групп при повышенной температуре.

После проведения реакции термического структурирования эпоксидные группы в полимере не обнаруживались.

Для определения оптимальных условий получения сшитой структуры криогеля в работе использовался ряд марок поливинилового спирта,' отличавшихся молекулярной массой, но во всех случаях содержащих невысокое количество остаточных ацетатных групп - 7/1 12 х 103, содержание ацетатных групп - 0.8-1.4 мол.Ж), 11/2 19 х 103, содержание ацетатных груш - 1.1-1.5 мол.%) и 40/2 65 х 103, содержание ацетатных груш - 1.3 мол.%).

Исследовалось также влияние различных условий проведения реакции - различных соотношений ПВС и ЭХГ и различных концентраций ПВО в исходном растворе.

В таблице 1 приведены качественные данные по устойчивости полученных криогелей эпоксидарованного поливинилового спирта после размораживания на стадии криоструктурирования и после кипячения в воде на конечной стадии получения сшитой матрицы. Как видно, в случае использования наиболее низкомолекулярного поливинилового спирта (мел.масе.ч 12000) устойчивый крисгель не образовывался, Еероятво

из-за недостаточного контакта макромолекул низкого молекулярного веса при их кооперативном взаимодействии.

В то же время в случае использования ИБС с молекулярной массой 19000 и 65000 образовывались достаточно прочные структуры, устойчивые при комнатной температуре. Системы, обладавшие устойчивостью до 60°С, но разрушавшиеся при кипячении образовывались при соотношениях ПВС / ЭХГ ниже 1/4 и выше 5/1.

Эффективность сшивания эпоксидированных образцов поливинилового спирта была оценена также по степени набухания полученных систем в различных средах - воде, 8М растворе мочевины и растворах Nací различной концентрации (1М.2М и ЗМ).

Сравнение степени набухания образцов, полученных в различных условиях, в воде, 8М растворе мочевины, блокирующей межмолекулярные водородные связи,- и в растворах хлористого натрия, что характеризует осмотическую устойчивость полученных систем, позволило выявить

Таблица 1

Устойчивость криогелей поливинилового спирта, сшитых эпихлоргидрином *

Количество

моль ЭХГ / 65 19 12

осн.моль ПВС Концёнтрация ПВС, масс.Ж

Молекулярная масса ПВС (Mw х 10

9 9 . 18 9 25

0,25 _ 0 0

: 0,75 + + + 0 0

1,50 + + 0 0

.3,00 + + 0 0

5,00 - - - 0 0

После стадии криоструктурирования и кипячения в воде. Обозначения: 0 - криогель не образуется,

+ - при кипячении структура устойчива, — криоструктура разрушается при кипячении.

определенные различия в характеристиках образовавшихся гелей.'

На рисунках 1 и 2 представлены зависимости количества эпоксидных групп (мол.Ж) и набухаемости в воде (мл/г) от соотношения исходных реагентов (моль ЭХГ / осн.моль ПВС) для различных режимов проведения реакции. "Эти данные представлены также в сводной табл.2.

Как видно, количество эпоксидных груш, зависящее от соотно- . шения исходных реагентов, влияет.на степень набухания сшитых крио-гелей. При этом при большем количестве эпоксидных групп в полимере наблюдалась меньшая степень набухания, что, очевидно, может быть объяснено образованием более плотной трехмерной сетки сшитого крио-геля.

Набухаемость, мл/г

о

¿у -

!_ )} _I_I_I__I_I_I_1--1_I-

0 5 10 15

Содержание эпоксидных групп, мол.Ж

Рис.1. Набухаемость гранул сшитого криогеля поливинилового спирта в зависимости от количества эпоксидных групп (М~= 65Х103 (1), 19Х103 (2) Концентрация полимера - 1 - 9, 2 - 18 масс.Ж).

Количество эпоксидных групп,мол%

Рис.2. /Количество'введеншх в полимер на первой , стадии синтеза эпоксидных групп в зависимости от концентрации ЭХГ.

(М^ 65х103 (1), 19x103 (2) Концентрация полимера - (1)-9 масс.%

- (2)-18 масс.%).

. Сравнение набухания образцов полимеров в растворах хлористого натрия различных концентраций в сравнении с их набухаемостыо в воде позволило оценить осмотическую устойчивость полученных сшитых полимерных криогелей.

Наименьшая разница в набухании, то есть наибольшая осмотическая устойчивость наблюдалась у наиболее сшитых гелей, полученных из поливинилового' спирта с наибольшим количеством эпоксидных групп (Например, образцы 65-ЭХГ-З, 19-ЭХГ-2 и т.п.).

Наилучшими характеристиками в этом отношении обладал образец 65-ЭХГ-З, полученный из поливинилового спирта с молекулярной массой •65 х 10°, содержащего наибольшее количество эпоксидных груш (13,8

мол.%); этот образец в большей мере отвечал требованиям, предъявляемым к биосорбентам и полимерным носителям, используемым для иммобилизации биологически активных веществ.

Таблица 2.

Набухаемость криогелей поливинилового спирта, сшитого эпйхлоргидрином в различных средах

мя X ГПВС], ЭХГ/ Содерж. Степень набухания, мл/г Шифр

10~3 масс.% ПВО, в ПВС Вода ем Р-р NaCl образ-.

моль/ эпокс. моче- 1М 2U ЗМ ¿¡ЯД ца

осн- групп вина

моль ' мол.% (а) (б) (в) (г) (Л)

65 g 0,75 4,7 6,0 8,2 5,4 4,3 4,0 от ио 65-ЭХГ-1

1,00 .8,1 4,9 5,8 4,6 4,2 3,7 24 65-ЭХГ-2

1,50 13,8 3,6 5,0 3,5 3,4 3,1 ' 14 65-ЭХГ-З

2,25 10,9 4,7 6,3 4,4 4,1 3,8 19 65-ЭХГ-4

3,00 4,7 4,9 7,1 4,8 4,4 4,0 18 65-ЭХГ-5

19 18 0,75 8,7 3,5 5,4 2,9 2,3 1,9 46 19-ЭХГ-1

1 ,50 И ,7 2,8 4,4 9 9 2,1 2,0 28 19-ЭХГ-2

2,25 10,9 3,2 5,0 3,0 2,3 2,3 43 19-ЭХГ-З

3,00 8,3 3,6 5,2 3,6 2,9 2,5 30 19-ЭХГ-4

19 9 0,75 8,6 7,7 9,0 7,1 6,4 5,2 32 19-ЭХГ-1*

1 ,50 9,4 4,4 5,2 3,6 2,9 2,5 43 19-ЭХГ-2*

3,00 о о и , О 7,9 9,1 7 6,5 5,6 29 19-ЭХГ-З*

¿Н - относительнее изменение набухэемости в воде и в ЗМ р-ре NaCl, выраженное в %.

2. Исследование свойств сшитого криогеля поливинилового спирта.

2.1. Электронномикроскопическое исследование.

Показано, что фазовое разделение полимерного раствора при его замораживании на- фазу кристаллов воды и концентрированную полимерную фазу определяет строение криогеля после размораживания и фиксирование его структуры. В полученных криогелях были обнаружены поры двух типов - более крупные (макропары 20 - 100 мкм) и поры меньших размеров (2-20 мкм). Такое многоуровневое распределение пор типично для различных пористых структур. -

.. Макропоры гранул имели радиальное расположение и были сообщающимися, что, очевидно связано с зарождением кристаллов на поверхности гранулы при ее попадании в жидкий азот с их последующим распространением к центру капли.

Структурно-морфологическими методами было показано, что не наблюдается существенных различий в морфологии между сшитыми ЭХГ и несшитыми криогелями на основе ПВС с одинаковым молекулярным весом, 'что свидетельствует о решающей роли в образовании систем пор кристаллов замерзающего растворителя.

2.2. Деформационно-прочностные характеристики набухших гранул поливинилового спирта.

Анализ зависимостей "нагрузка-деформация", найденные для низких значений' упругой деформации (до 10%) показывает, что гранулы из сшитого криогеля обладают в набухшем состоянии значительно большей упругостью при сжатии, чем гранулы из несшитого криогеля поливинилового спирта с молекулярной массой 65 ООО.

Измерения производились в области упругой деформации, что подтверждается практическим совпадением зависимостей, соответствующих нагруженшо и разгружению.

Эффективные относительные модули упругости пористых набухших гранул (Едфф), были рассчитаны по значениям модулей упругости гранул из сшитого криогеля (Есш) и гранул из несшитого ПВС (Е^щ), найденных в свою очередь по тангенсу угла наклона зависимостей нагрузка-деформация. При этом использовалось соотношение:

' Еэфф = Есш ( ^*нсш

Наибольшее значение ЕЭфф характерно для гранул, отверждениях глутаровым альдегидом, наименьшее - персульфатом калия. Гранулы,от-вержденные эпихлоргидрином, занимают промежуточное положение.

При расчетах учитывалось, что в высокоэластическом состоянии модуль упругости обратно пропорционален средней молекулярной массе полимерной цепи между узлами сетки геля (Мс). При знании отношения модулей упругости сшитого и несшитого криогеля (ЕЭфф) и параметров физической сетки для несшитого полимера (в качестве Мс использовался параметр флуктуационной сетки зацеплений, известный из литературных данных) оказалось возможным оценить параметр М„ для сшитого криогеля, который находился в пределах от 960 до 5550.

2.3. Термохимические свойства гранул сшитого поливинилового спирта.

Методом дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) были определены температуры стеклования сшитых криогелей, которые на 5-20°С выше температуры стеклования ПВС (85°).

Эти данные были использованы для расчета молекулярной массы отрезка полимерной цепи между поперечными связями (Мс). Расчет проводили по формуле Нильсена:

Тс - Тс°= 3,9 Х104 / Мс где Тс и Тс° - температуры стеклования сшитого и линейного полимера, соответственно. Сравнение полученных таким образоМ зйЗчений со значениями этих величин, найденных ранее с Использованием деформационно-упругих параметров образцов ' показало наличие определенного соответствия их абсолютных значений. Например, для образцов 65-ЭХГ-З и 65-ГА-1, используемых в дальнейшем при активации носителя, определенные по температурам стеклования значение Мс составили 2785 и 1300, а Мс по механическим свбйс'гёак - 2700 и 960 .

2.4. Кинетика набухания гранул сшитого криогеля.

В случае объемного набухания гранул криогеля можно различить несколько стадий. На первой стадии, сопровождающейся некоторым увеличением и массы образца, и его объема происходит' быстрое проникновение воды в наиболее крупные поры, сопровождающееся увеличением их диаметра, возможно за счет осмотического давления. На второй стадии происходит проникновение воды в систему пор криогеля, не сопровождающееся увеличением объема образца, сохраняемого за

счет наличия сильно сшитой изотропной полимерной фазы. При этом на этой стадии масса образца значительно увеличивается при постоянстве его объема. Наконец на третьей стадии наблюдается симбатное увеличение и объема и массы образца, что, очевидно, связано с набуханием уже изотропной полимерной фазы.

Таким образом, на первой и второй стадиях набухания происходит заполнение объема, занимаемого порами, а на третьей стадии - набухание изотропной полимерной фазы. Рассмотрение данных по весовому и объемному набуханию позволило сделать некоторые выводы по строению гранул на основе криогелей поливинилового спирта, и оценить такую важную характеристику гранул, как их пористость в набухшем состоянии. Так как в кинетике объемного набухания выделяется стадия проникновения воды в макропоры, не сопровождающаяся увеличением объема, то зная какая величина весового набухания соответствует моменту конца этой стадии можно рассчитать "пористость" набухших гранул как отношение весового набухания на стадии проникновения воды в поры к равновесной степени набухания.

.Для всех сшитых криогелей.вне зависимости от сшивающего агента пористость в набухшем состоянии находилась в пределах 60-70%, в 'то время как пористость в сухом виде, оцененная по плотности, варьировала от 30 до 75%.

2.5. Трансляционная подвижность молекул воды в набухших гранулах поливинилового спирта.

Гетерогенное состояние набухшего в воде сшитого криогеля было исследовано методом ЯМР(метод спин-эхо). Этот метод дает информацию о диффузии (самодиффузии) молекул. В качестве образца с известным коэффициентом самодиффузии была использована вода: Ка= 2,3x1О-9 м2/с при 20°С.

Первый полученный коэффициент самоди£фузии воды (1.7-2.4x1О-9) незначительно отличается от коэффициента самодиф|>узии воды и может быть отнесен к воде, находящейся в макропорах и практически не взаимодействующей с полимером.

Второй коэффициент диффузии, статистически достоверно определенный лишь для двух исследуемых образцов из-за высокой скорости обмена между фазами набухшего геля, на порядок меньший, чем первый, может быть отнесен к воде, находящейся в полимерной фазе геля, где диффузия затруднена ( к ,.;=!). 1x10"91Г/с )..

- 17 -3. Активация носителя.

Доступность порового пространства внутри гранул сшитого криогеля ПВС была подтверждена после набухания гранул в средах, содержащих красители (спиртовой раствор бриллиантового зеленого и водный раствор белка, окрашенного Кумасси).

Для активации носителей на основе сшитых криогелей поливинилового спирта по первому методу использовался глутаровый альдегид. Реакция активации проводилась после набухания гранул в 25%-ном водном растворе глутарового альдегида и велась в течение получаса при 40°С и рН=2.

Определение количества альдегидных групп, введенных в полимер, в зависимости от концентрации глутарового альдегида в исходном растворе показало, что в данных условиях удалось ввести в полимерный носитель до 5 мол% альдегидных груш, что, обычно бывает достаточно для иммобилизации высоких количеств белка.

Иммобилизация белка происходила при реакции Шиффа альдегидной группы носителя с аминогруппой аминокислотного остатка лизина, входящего в состав белковой молекулы альбумина.

По второму методу носитель активировался с помощью двух-стадийной реакции привитой сополимеризации. На первой стадии в полимер вводились ненасыщенные группы реакцией ПВС с аллил-глицидиловым эфиром " или глицидилметакрилатом в ДМФА в течение 2 часов. На второй стадии осуществляли процесс привитой сополимеризации ненасыщенного производного ПВС и ненасыщенных мономеров -глицидилметакрилата и диэтиламиноэтилметакрилата при инициировании реакции персульфатом калия в течение 1 часа.

В результате получались носители с реакционными эпоксидными группами или с ионногенными группами.

В опытах по иммобилизации альбумина показано, что явление неспецифической сорбции на носителях на основе сшитых криогелей ПВС не наблюдается.

ВЫВОДЫ.

1. Впервые синтезированы сшитые криогели на основе поливинилового спирта с молекулярной массой Мн= (12-65)х103, обладающие развитой пористостью, с использованием в качестве сшивающих агентов эпихлоргидрина,•глутарового альдегида и персульфата калия.

2. Электронномикроскопическими, термохимическими, гравиметрическими, динамическими методами показано, что сшитые криогели обладают лучшими механическими свойствами и термостаСильностью по сравнению с несшитыми аналогами, и установлено, что лучшими характеристиками обладают гели, сшитые эпихлоргидрином.

3. Изучена и оптимизирована первая стадия синтеза криогелей на основе поливинилового спирта, сшиваемого с помощью модификации и затем структурирования эпихлоргидрином.

4. Показано, что степень набухания криогелей сшитых эпихлоргидрином, уменьшается с увеличением количества эпоксидных груш, введенных в полимер на первой стадии синтеза.

5. Установлено, что лучшей осмотической устойчивостью обладают криогели, сшитые эпихлоргидрином на основе поливинилового спирта с молекулярной массой 65000 и наибольшим количеством введенных в полимер на первой стадии синтеза эпоксидных групп (ок. 14%).

6. Показано, что гранулированный носитель, полученный на основе такого сшитого криогеля обладает проницаемостью внутреннего порового пространства для высокомолекулярных лигандов и низким уровнем неспецифической сорбции.

7. На .примере бычьего сывороточного альбумина показано, что иммобилизация бежа на носителе из сшитого криогеля поливинилового спирта может быть осуществлена после активации его глутаровым альдегидом или прививки реакционноспособных мономеров (глицидил-метакрилат, диэтиламинозталметакрилат).

По результатам диссертации опубликовано три печатные, работы.

1. Жаворонков С.Н., Чалых Е.А., Ярмыш М.Ю. Сшитые криогели поливинилового спирта.// Тез.докл. 9-ой Мехд. Конф. Молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-95".- М., РХТУ им.Менделеева.-Ч.1.- с.118.

2. Штильман М.И., Жаворонков С.Н., Ярмыш М.Ю. Сшитые криогели поливинилового спирта. 1. Методы синтеза.// Деп.в ВИНИТИ Л 3031,21с.

3. Штильман М.И., Жаворонков С.Н., Чалых Е.А., Ярмыш М.Ю. Сшитые криогели поливинилового ■ спирта. 2. Исследование физико-химических

■СВОЙСТВ.// Д8П.В ВИНИТИ Я 3033-Е96, 41с.' ^