Термо- и pH-чувствительные микрогели на основе взаимопроникающих сеток для создания покрытий и мембран для биомедицинских приложений.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-73-20167

НазваниеТермо- и pH-чувствительные микрогели на основе взаимопроникающих сеток для создания покрытий и мембран для биомедицинских приложений.

Руководитель Кожунова Елена Юрьевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-302 - Структура и свойства полимеров, многокомпонентных полимерных систем

Ключевые слова Термочувствительные полимеры, полиэлектролиты, микрогели, взаимопроникающие сетки, полимерные пленки, антибактериальные покрытия, микрофазное расслоение, компьютерное моделирование, синтез полимеров

Код ГРНТИ31.25.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние годы полимерные микрогели, в особенности термо- и pH-чувствительные, привлекают большое внимание в научном мире [1]. В первую очередь интерес вызван уникальными свойствами этих объектов: с одной стороны, микрогели способны формировать стабильный к агрегации раствор микрочастиц, каждая из которых, по сути, является сшитой одиночной макромолекулой; с другой стороны, эти частицы представляют собой достаточно хорошо охарактеризованный микроскопический объект, размером и свойствами которого можно управлять, меняя условия внешней среды. Такие свойства открывают широкие перспективы для создания функциональных объектов и материалов – суперабсорбентов, стабилизирующих поверхностно-активных добавок, носителей лекарственных препаратов, фотонных кристаллов. При этом применяемые методики синтеза микрогелей (осадительная полимеризация, эмульсионная полимеризация) в большинстве случаев относительно просты и могут быть достаточно легко масштабированы до опытного производства, а получаемые объекты имеют узкое распределение по размерам. С точки зрения возможных практических применений, перспективным представляется использование чувствительных к условиям внешней среды микрогелей для получения полимерных пленок и покрытий. Преимущество использования микрогелей перед макрогелями заключается в том, что в силу своих малых размеров микрогели обычно гораздо быстрее реагируют на внешние стимулы. Можно ожидать, что макроскопические материалы, созданные на основе компактно упакованных в пространстве микрочастиц, будут демонстрировать короткие времена отклика (по аналогии с пористыми материалами). Кроме того, это открывает широкие перспективы по управлению внутренней структурой материала и механическими свойствами. С точки зрения управления структурой и прочностью, полезно вспомнить о тех уникальных свойствах, которые были продемонстрированы макрогелями на основе двух взаимопроникающих сеток (ВПС). ВПС [2, 3] – это более или менее однородная система двух или более сшитых полимеров, которые удерживаются вместе благодаря формированию физических зацеплений без образования ковалентных связей между сетками. Преимущества таких систем обусловлены возможностью создания более равномерной структуры сетки и большей подвижностью субцепей каждой из подсеток, по сравнению с однокомпонентной сеткой с такой же объемной плотностью сшивок, что увеличивает доступное конформационное пространство. В этом проекте мы впервые предлагаем изучить возможность применения полимерных пленок и покрытий на основе микрогелей, состоящих из взаимопроникающих сеток, для создания материалов для биомедицинских приложений. Сосуществование в объеме одного микрогеля двух подсеток различной природы будет способствовать приданию пленкам и покрытиям механической прочности, и даcт дополнительные перспективы по иммобилизации в таких пленках различных веществ (например, лекарственных препаратов) и их управляемому высвобождению. Предлагаемые нами ВПС-микрогели будут состоять из сетки термочувствительного поли-N-изопропилакриламида (как гомополимера, так и сополимера с варьируемым содержанием ионогенных групп) и сетки полиакриловой кислоты. В данной системе при нагревании будет происходить коллапс термочувствительной подсетки, что будет способствовать выделению растворителя с функциональными веществами. При этом вторая сетка, образующая несущую матрицу пленки, практически не будет менять свое конформационное состояние и сохранит макроскопические размеры образца. Мы полагаем, что пленки на основе микрогелей с взаимопроникающими сетками более перспективны по сравнению с пленками на основе обычных сополимерных микрогелей, так как именно подобная структура позволяет влиять на свойства одной из сеток, практически не затрагивая свойства другой. Это будет способствовать сохранению механической стабильности материалов при внешних воздействиях. Важно отметить, что одновременно планируется проводить как экспериментальную работу, направленную на синтез и изучение структуры микрогелей на основе взаимопроникающих сеток, а также получению из них полимерных пленок и покрытий, так и вести исследования с помощью методов компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование синтеза микрогелей методом осадительной полимеризации в объеме и на поверхности методом диссипативной динамики частиц еще не проводилось. Дополнительная литература: 1. Ballauff M., Lu Y.; Polymer 2007, 48(7), 1815–1823. 2. Sperling L.H.; Interpenetrating Polymer Networks and Related Materials, Plenum Press: New York, 1981. 3. Gong J.P.; Science, 2014, 344(6180), 161–162.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кожунова Е.Ю., Джи Ч., Лабута Я., Насимова И.Р., Махаева Е.Е., Арига К. 1H NMR Study of thermo-induced collapse of polyelectrolyte microgels 12th International Conference on Physics of Advanced Materials Proceedings, pp. 131-132 (год публикации - 2018)

2. Вышиванная О.В., Насимова И.Р., Кожунова Е.Ю. Thermo- and pH-sensitive interpenetrating network microgels for coatings 82nd Prague Meeting on Macromolecules, 24th Polymer Network Group Meeting "Polymer Networks and Gels 2018" Proceedings, p. 210 (год публикации - 2018)

3. Рудяк В.Ю., Гаврилов А.А., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Shell–corona microgels from double interpenetrating networks World Polymer Congress "MACRO 2018" Proceedings (год публикации - 2018)

4. Насимова И.Р., Вышиванная О.В., Кожунова Е.Ю. Термо- и рН-чувствительные микрогели на основе взаимопроникающих сеток как составляющие для создания полимерных материалов Высокомолекулярные Соединения (Серия А) (год публикации - 2019)

5. Кожунова Е.Ю., Насимова И.Р., Вышиванная О.В., Рудяк В.Ю. THERMO- AND PH-SENSITIVE INTERPENETRATING NETWORK MICROGELS – MORPHOLOGY AND APPLICATIONS APME 2019 Proceedings (год публикации - 2019)

6. Кожунова Е.Ю., Вышиванная О.В., Насимова И.Р. "Smart" IPN microgels with different network structures: self-crosslinked vs conventionally crosslinked Polymer, том 176, с. 127-134 (год публикации - 2019)
10.1016/j.polymer.2019.05.037

7. Рудяк В.Ю., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Towards the realistic computer model of precipitation polymerization microgels Scientific Reports, vol. 9, article number 13052 (год публикации - 2019)
10.1038/s41598-019-49512-3

8. Насимова И.Р., Вышиванная О.В., Галлямов М.О., Кожунова Е.Ю. Thermo- and pH-Sensitive Microgels Based on Interpenetrating Networks as Components for Creating Polymeric Materials Polymer Science, Series A, том 61, № 6, с. 773-779 (год публикации - 2019)
10.1134/S0965545X19060063

9. Рудяк В.Ю., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Precipitation polymerization microgels: towards the realistic computer model simSAS Proceedings (год публикации - 2019)

10. Гаврилов А.А., Рудяк В.Ю., Чертович А.В. Computer simulation of the core-shell microgels synthesis via precipitation polymerization Journal of Colloid and Interface Science, Volume 574, Pages 393-398 (год публикации - 2020)
10.1016/j.jcis.2020.04.064

11. Рудяк В.Ю., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Simulations of Interpenetrating Networks Microgel Synthesis Soft Matter (год публикации - 2020)

12. Гринберг В.Я., Бурова Т.М., Гринберг Н.В., Буяновская А.Г., Хохлов А.Р., Кожунова Е.Ю., Вышиванная О.В., Насимова И.Р. Functionalized thermoresponsive microgels based on N-isopropylacrylamide: energetics and mechanism of phase transitions European Polymer Journal (год публикации - 2020)
10.1016/j.eurpolymj.2020.109722

13. Вышиванная О.В., Насимова И.Р., Кожунова Е.Ю. Polymeric Films based on Thermo- and pH-sensitive Interpenetrating Polymer Networks Microgels for Biomedical Applications Polymer Connect 2020 Abstract Book (год публикации - 2020)

14. Кожунова Е.Ю., Насимова И.Р., Вышиванная О.В., Рудяк В.Ю. Interpenetrating Polymer Networks Microgels: structure and properties in experiment and computer simulations The 100th Annual Meeting 2020 of CSJ Web Program (год публикации - 2020)

15. Гаврилов А.А., Рудяк В.Ю., Кос П.И., Чертович А.В., Кожунова Е.Ю. Double Interpenetrating Networks: Microphase Separation in Collapsed and Swollen States IUPAC-FAPS 2017 Proceedings, стр. 100 (год публикации - 2017)

16. Кожунова Е.Ю., Насимова И.Р. Thermo- and pH-sensitive Interpenetrating Network Microgels for Coatings and Membranes IUPAC-FAPS 2017 Proceedings, стр. 426 (год публикации - 2017)

17. Кожунова Е.Ю., Джи Ч., Лабута Й., Насимова И.Р., Махаева Е.Е., Арига К. 1H NMR study of thermo-induced collapse of polyelectrolyte microgels eXPRESS Polymer Letters, Vol.12, No.11, pp. 1005–1013 (год публикации - 2018)
10.3144/expresspolymlett.2018.87

18. Рудяк В.Ю., Гаврилов А.А., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Shell–corona microgels from double interpenetrating networks Soft Matter, Vol. 14. pp. 2777-2781 (год публикации - 2018)
10.1039/C8SM00170G

Публикации

11. Рудяк В.Ю., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Simulations of Interpenetrating Networks Microgel Synthesis Soft Matter (год публикации - 2020)

Публикации

11. Рудяк В.Ю., Кожунова Е.Ю., Чертович А.В. Simulations of Interpenetrating Networks Microgel Synthesis Soft Matter (год публикации - 2020)