Введение к работе
Актуальность проблемы. Адсорбция полиэлектролитов (полимеров с ионогенными группами) на противоположно заряженных твердых субстратах (стекле, полимере, металле) представляет собой простой и эффективный способ модификации поверхности. Этот прием позволяет придать поверхности нужную функциональность, упростить процедуру очистки конечного продукта, ковалентно связать на модифицированной поверхности биологически активные вещества, красители и проч. Последовательная адсорбция катионных и анионных полимеров позволяет получать полимерные слои контролируемой толщины, сохраняющие стабильность в широком интервале концентрации соли и рН раствора.
Между тем, существует целый ряд задач, для решения которых необходимы полимерные покрытия (моно и мультислойные), обратимо десорбирующиеся с поверхности при изменении внешних условий, например, концентрации соли и/или температуры. Высокая стабильность межфазных электростатических комплексов полиэлектролит-поверхность достигается благодаря множественным солевым связям, в образовании которых участвуют ионогенные группы обоих компонентов. Можно ожидать, что уменьшение количества заряженных групп в макромолекуле будет сопровождаться понижением устойчивости межфазного комплекса в водно-солевых средах. Такие «лабильные» (возобновляемые) покрытия представляют интерес для конструирования носителей лекарственных веществ, катализаторов, сорбентов для извлечения токсичных соединений, антикоррозионных и биоцидных пленок и проч.
Цель работы состояла в синтезе сополимеров с различной долей катионных звеньев в макромолекуле, в формировании комплексов сополимеров с анионными коллоидами, в исследовании стабильности комплексов в водно-солевых средах и миграции адсорбированных макромолекул между коллоидными частицами, и в изучении функциональных свойств белков, адсорбированных на межфазных полимерных слоях.
Для этого в работе необходимо было:
1) синтезировать
сополимеры с (а) катионными и (б) гидрофильными или гидрофобными группами;
2) исследовать
адсорбцию катионных сополимеров на поверхности анионных боросиликатных микросфер (БСМ),
стабильность комплексов поликатион-БСМ в водно-солевых средах;
кинетику перераспределения адсорбированных молекул поликатиона между микросферами;
формирование мультислойных чередующихся покрытий поликатион/ полианион на поверхности БСМ и каталитическая активность фермента
-химотрипсина (ХТ), иммобилизованного на полимерных мультислоях;
Научная новизна. Модификацией поли-4-винилпиридина бромистым этилом и бромуксусной кислотой впервые синтезированы две серии катионных сополимеров: 1) с катионными и гидрофобными звеньями и 2) с катионными и гидрофильными электронейтральными (цвиттер-ионными) звеньями. Впервые показано, что устойчивость комплексов катионных сополимеров с анионными гидрофильными коллоидными частицами (БСМ) в водно-солевых средах резко возрастает с увеличением мольной доли катионных звеньев в макромолекуле (). Продемонстрирована способность адсорбированных молекул поликатионов перемещаться между БСМ, сделана оценка эффективного коэффициента латеральной диффузии макромолекул DПК = 1,410-12 см2/с (при 20 С). Путем чередующейся адсорбции поликатиона и полианиона получены полимерные мультислои на поверхности БСМ; гидролитический фермент (-химотрипсин), иммобилизованный на полимерном мультислое, сохраняет около 50% своей каталитической активности.
Практическая значимость. Разработан и экспериментально проверен способ контролируемой десорбции поликатиона с анионной поверхности путем изменения концентрации соли в окружающем растворе. Описанная в работе электростатическая адсорбция ферментов на поверхности полиэлектролитного мультислоя может быть использована для получения высокоэффективных биокатализаторов и нанолекарств. Предложен способ нековалентной конъюгации белков с частицами вирусов растений через поликатионный спейсер, который может быть использован для получения биологически безопасных нановакцин.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 7-м Международном симпозиуме по полиэлектролитам “Polyelectrolytes 2008” (Португалия, Коимбра, 2008), Юбилейной научной конференции, посвящённой 80-летию Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (Россия, Москва, 2009), 5-ой Всероссийской каргинской конференции “Полимеры-2010” (Россия, Москва, 2010), 7-ом Международном симпозиуме ИЮПАК по молекулярной подвижности и порядку в полимерных системах (Россия, Санкт-Петербург, 2011), а также на XIV, XV и XVI-ой Международных конференциях «Ломоносов 2007, 2008 и 2009» (Россия, Москва).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 патента, 9 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков и 2 таблицы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы из 181 ссылки.
