Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Полимерные суспензии медико-биологического назначения должны иметь заданный диаметр частиц, узкое распределение по размерам, содержать на поверхности частиц функциональные группы для химического связывания с функциональными группами биолиганда, сохранять устойчивость и индивидуальность частиц в слабых растворах электролитов, в которых проводят иммобилизацию биолигандов и иммунохимические реакции, не содержать остаточного мономера и сохранять устойчивость и свойства при хранении в течение 6 месяцев
К полимерным суспензиям с узким распределением частиц по размерам (РЧР) относят суспензии, содержащие индивидуальные частицы полимера сферической формы, коэффициент вариации диаметров частиц составляет 1-3% для частиц с диаметром 0 1-10 0 мкм и 10-30% для частиц с диаметром менее 0 06 мкм и более 10 0 мкм
Одинаковые по размеру частицы с равной поверхностной концентрацией связанных биолигандов обеспечивают равновероятное участие их в иммунохимических реакциях, высокую их чувствительность и имеют перспективу при развитии имму-нодиагностических тестов следующего поколения
Промышленностью России полимерные микросферы с требуемыми для биотехнологии свойствами не выпускаются и их закупают за рубежом
Выпускаемые различными фирмами частицы с узким распределением по размерам получают в условиях постепенного дозирования компонентов рецепта полимеризации в течение процесса, в отсутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) или затравочной полимеризацией Эти процессы трудно воспроизводимы и технологически неудобны из-за высокой чувствительности устойчивости реакционной системы к малейшему отклонению от режима проведения процесса полимеризации
В связи с вышеизложенным, разработка методов получения полимерных суспензий с узким распределением частиц по размерам и заданными свойствами остается чрезвычайно актуальной задачей Данная работа является обобщением исследований, проводимых в течение 15 лет
ЦЕЛЬ РАБОТЫ Разработка нового способа получения полистирольных суспензий с частицами различного диаметра и узким распределением по размерам, изучение их свойств и создание диагностических тест-систем для определения различных видов заболеваний
Предложен новый подход к получению полистирольных суспензий с разным диаметром частиц и узким распределением их по размерам в присутствии нерастворимых в воде ПАВ, определены критерии их выбора, изучены кинетические закономерности полимеризации, позволившие создать опытно-промышленные регламенты их производства
Впервые для получения полистирольных суспензий с узким распределением частиц по размерам использованы нерастворимые в воде поверхностно-активные вещества моноэфиры ароматических дикарбоновых кислот (МАФ-1,2,3), ди-п-толил-о-карбалкоксифенилкарбинол (ДТК) и кремнийорганические поверхностно-активные вещества различного строения Сформулированы критерии их выбора полная нерастворимость в воде, несовместимость с образующимся полимером, наличие функциональных групп и объемных заместителей для формирования на поверхности частиц структурно-механического и электростатического факторов стабилизации
Установлены особенности протекания полимеризации стирола в присутствии нерастворимых в воде ПАВ Это независимость размеров частиц от конверсии мономера и от концентрации инициатора, увеличение диаметра частиц при повышении концентрации ПАВ, высокая прочность межфазных адсорбционных слоев, устойчивость полимерной суспензии в процессе полимеризации, узкое распределение частиц по размерам, начиная с низких конверсии мономера
Установлено, что на распределение частиц по размерам влияет температура процесса и эффективность инициирования Чем выше эти параметры, тем быстрее протекает стадия формирования частиц и в их поверхностных слоях образование факторов устойчивости (структурно-механического и электростатического) и уже распределение частиц по размерам
Впервые показано, что нерастворимые в воде ПАВ и образующийся в поверхностном слое полимер формируют прочный межфазный слой, удерживающий полимерные микросферы от коалесценции (предельное напряжение сдвига, Prs, на порядок выше наблюдаемого в присутствии растворимых в воде ПАВ)
Проведен сопоставительный анализ коллоидно-химических свойств ПАВ различной природы, изученных в данной работе, и желатины, поливинилового спирта (ПВС) и алкилсульфоната натрия (Е-30), обычно используемых для синтеза полистирольных частиц такого размера Показано, что коллоидно-химические свойства ПАВ (межфазное натяжение, 0\_2, поверхностная активность, G, максимальная ад-
сорбция, Гтах) близки, однако устойчивость полимерных суспензий в процессе синтеза, полученных в присутствии нерастворимых в воде ПАВ, много выше, а распределение частиц по размерам намного уже
Показано, что при полимеризации стирола в присутствии нерастворимых в воде ПАВ образование полимерно-мономерных частиц (ПМЧ) происходит по одному механизму — из микрокапель мономера, образующихся при одновременно протекающих двух процессах эмульгирования мономера и инициирования полимеризации Диаметр ПМЧ зависит от объемного соотношения мономер/вода, концентрации ПАВ, природы инициатора и температуры ПМЧ имеют структуру типа «ядро-оболочка»
Определена оптимальная концентрация биолигандов на поверхности полисти-рольных частиц, при которой наблюдается максимальная чувствительность имму-нохимической реакции
Предложена методика получения диагностических тест-систем на ревматоидный фактор и экзогенный аллергический альвеолит и проведения реакции латекс-агглютинации
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ Разработаны опытно-промышленные регламенты на производство функциональных полимерных суспензий с диаметром частиц 0 45,05,0 7, 09и 12 мкм с различным содержанием сухого остатка в суспензии для использования в биотехнологии и выпущены опытные партии в НПО ВИЛАР и в ГНЦ «Антибиотики» Предложены новые типы поверхностно-активных веществ для получения полимерных суспензий с узким распределением частиц по размерам Определено их оптимальное строение, концентрации, режимы проведения полимеризации Созданы биотест-системы на экзогенный аллергический альвеолит и ревматоидный фактор, которые опробованы в Институте туберкулеза РФ и в институте ревматологии Республики Польша с положительными результатами Способы синтеза полимерных суспензий и создания тест-систем защищены патентами РФ и Республики Польша и подтверждены актами об использовании
Материалы диссертации использованы в учебных курсах по теоретическим основам синтеза полимеров и химической технологии синтеза полимеров
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ Новый подход к получению полимерных микросфер с узким распределением частиц по размерам и на их основе создание диагностических тест-систем
Опытно-промышленные регламенты на производство функциональных полимерных микросфер разного диаметра для диагностических тест-систем
Кинетические закономерности гетерофазной полимеризации стирола в присутствии нерастворимых в воде поверхностно-активных веществ
Реологические свойства межфазных адсорбционных слоев нерастворимых в воде ПАВ
Комплексный методологический и экспериментальный подход к выбору полимерных микросфер для использования в качестве носителей биолигандов
Методологию получения тест-систем на основе полимерных микросфер различного диаметра и их свойства условия иммобилизации биолигандов на полимерные микросферы, чувствительность, специфичность и устойчивость тест-систем при хранении
Результаты практического применения полимерных носителей для получения тест-систем
Результаты сопоставительного анализа коллоидно-химических свойств ПАВ и поли-стирольных суспензий, описанных в литературе и синтезированных, их принципиальные отличия
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции «Радикальная полимеризация», (Горький, 1989), IV Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов по физической химии «Физ-химия - 90», (Москва, 1990), 8 Всесоюзной конференции по латексам, (Воронеж, 1991), International Symposium "Polymers at the Phase Boundary", (Lviv, 1994), конференции «Коллоидная химия в странах - СНГ», (Москва, 1994), 9ой Научно-технической конференции МГТУ, (Мурманск, 1998), 10ой Научно-технической конференции МГТУ, (Мурманск, 1999), Всероссийской конференции «Кремнийорганические соединения синтез, свойства, применение», (Москва, 2000), Научно-технической конференции МГТУ, (Мурманск, 2000), XI Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности», (Москва, 2005), Международной научно-технической конференции «Наука и образование - 2006», (Мурманск, 2006)
ПУБЛИКАЦИИ По теме диссертации опубликовано 38 научных работ, в том числе в журналах, рекомендованных ВАК, - 15 статей, 1 международный патент, 2 авторских свидетельства на изобретения, 7 статей в сборниках международных конференций, 9 тезисов докладов и 4 учебных пособия
ЛИЧНОЕ УЧАСТИЕ АВТОРА являлось основополагающим на всех стадиях работы и состояло в формировании научного направления, постановке исследований, разработке экспериментальных и теоретических подходов при выполнении эксперимента и обобщении полученных результатов
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, литературного обзора, объектов и методов исследования, результатов работы и их обсуждения, выводов, списка использованной литературы и приложений Работа изложена на 289 страницах, содержит 106 рисунков, 45 таблиц Использовано 358 информационных источников
