Введение к работе
Актуальность темы.
В последнее время в химии и технологии полимерных материалов одним из актуальных направлений является создание полимерных суспензий, содержащих неорганические наночастицы. Сложность создания таких систем обусловлена агрегативной неустойчивостью суспензий, нежелательным увеличением их вязкости при высоких концентрациях наночастиц и отсутствием их равномерного распределения в полимере. Развитие исследований в этой области привело к созданию новых методов включения различных наполнителей со сверхмалым диаметром (менее 100 нм) в объем полимерной матрицы. Одним из перспективных приемов получения таких систем является полимеризация мономеров в высокодисперсных эмульсиях, дисперсная фаза которых уже содержит наночастицы различных материалов.
Интересы многих исследователей лежат в области создания полимеров, наполненных магнитными, полупроводниковыми частицами и др. При этом преследуются цели получения различных свойств материалов -антисептических, токопроводящих, светоотражающих и т.д. для их применения в различных современных технологиях, таких как каталитические процессы, создание газовых сенсоров, оптических прозрачных светофильтров, ультрафиолетовых фильтров, жидкокристаллических экранов, а также для создания материалов с антибактериальными свойствами для использования в биомедицинской технологии.
Цель работы. Синтез полистирольных микросфер, содержащих наночастицы оксида цинка на поверхности.
Научная новизна
Впервые разработана методология иммобилизации наночастиц оксида цинка в поверхностные слои полистирольных микросфер и доказано, что они обладают фотолюминесцентными и антимикробными свойствами.
Показано, что наночастицы оксида цинка, стабилизированные смесью ПАВ (олеиновая кислота, цетиловый спирт и додецилсульфат натрия), участвуют в формировании межфазного адсорбционного слоя полимерных микросфер, увеличивая его прочность и устойчивость полимерных суспензий в процессе синтеза.
Оценена морфология полимерных микросфер, полученных в присутствии наночастиц оксида цинка, и показано, что они имеют структуру «ядро (полистирол) - оболочка (наночастицы оксида цинка)».
Разработана рецептура синтеза полистирольных суспензий с антимикробными свойствами для использования в биотехнологии, частицы которых содержат в поверхностном слое наночастицы оксида цинка.
Практическая значимость работы. Полимерные микросферы с иммобилизованными на поверхности наночастицами оксида цинка испытаны на антибактериальную активность по отношению к Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Bacillus antracoides, Candida Albicans.
Проведенные в лаборатории кафедры Микробиологии Медицинского факультета РУДН микробиологические испытания образцов полимерных суспензий и пластин показали перспективность их использования в биомедицинской технологии по отношению к Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Bacillus antracoides.
Автор защищает:
Методологию проведения полимеризации стирола в присутствии наночастиц оксида цинка, позволяющую получить полистирольные микросферы с иммобилизованными на их поверхности наночастицами.
Условия получения устойчивых стирольных дисперсий наночастиц оксида цинка.
Новые представления о необходимости формирования на поверхности полимерных микросфер межфазного адсорбционного слоя, состоящего из смеси ПАВ и наночастиц оксида цинка, способного обеспечивать электростатический и структурно-механический факторы устойчивости.
Данные по апробации антибактериальной активности материалов, содержащих полистирольные микросферы с иммобилизированными на их поверхности наночастицами оксида цинка.
Личное участие автора являлось основополагающим на всех этапах работы и состояло в постановке цели исследования, разработке экспериментальных и теоретических подходов при выполнении эксперимента и обобщении полученных результатов.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XVII Всероссийской Менделеевской школе-конференции студентов-химиков (Самара, 2007), VII Всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи НТТМ-2007, научно-практической конференции (Москва, 2007), II Всероссийской молодёжной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии» (Москва, 2007), XVIII Всероссийской Менделеевской школе-конференции студентов-химиков (Белгород, 2008), XII Международной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии-2008» (Волгоград, 2008), Международном форуме по нанотехнологиям «Rusnanotech 08» (Москва, 2008), V Московском международном конгрессе: «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009), 1-ой Международной научной школе «Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах» (Москва, 2009), XIX Всероссийской Менделеевской конференции молодых учёных (Санкт-Петербург, 2009), III Молодёжной научно-технической конференции «Наукоёмкие химические технологии-2009» (Москва, 2009),
Международном молодёжном научном форуме «ЛОМОНОСОВ-2010» (Москва, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 4 статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК, 3 из них по теме диссертационной работы.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 102 страницах машинописного текста, включая 16 таблиц, 45 рисунков. Список литературы содержит 104 наименования.
