Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Адгезивные препараты (клеи) находят все более частое применение в медицине в качестве альтернативы методике наложения швов для соединения тканей при повреждениях и разрезах. Использование таких адгезивов позволяет как ускорить процедуру закрытия разрезов, так и снизить травматизм и риск передачи инфекционных заболеваний, возникающих при применении шовных игл. В данном проекте предлагается создание клеев на основе катионных полипептидов и анионных полимеров различной архитектуры. В ходе выполнения работ первого года проекта группой ученых из коллектива МГУ с помощью современных методик синтеза была получена "библиотека" анионных полимеров различной архитектуры. При помощи методики полимеризации с обратимой передачей цепи по механизму присоединения-фрагментации (ОПЦ) проведен синтез целого ряда линейных сополимеров, в состав которых входят как анионные мономерные группы, так и гидрофобные. Были получены а) статистические сополимеры акриловой кислоты (АК) и N-изопропилакриламида (НИПАМ) трех различных молекулярных масс, б) статистические сополимеры НИПАМ и стиролсульфоната натрия (а также гомополимер стиролсульфоната натрия), в) статистический сополимер АК и стирола, г) ди- и три-блоксополимеры АК и стирола. Определены основные характеристики данных полимеров. Проведена методологическая работа по поиску подходов к синтезу разветвленных полимеров АК при помощи подхода Strathclyde. Протестирована успешность реакции в различных растворителях. Проведена характеризаци продуктов реакции, определена молекулярная масса и степень полидисперсности. Получены микрофотографии синтезированных разветвленных частиц ПАК. Проведен литературный анализ наиболее эффективных подходов к синтезу разветвленных полимеров, выявлено, что одним из перспективных подходов является использование стратегии PISA (polymerization-induced self-assembly). Результаты анализа опубликованы в виде обзора “Modern Trends in Polymerization-Induced Self-Assembly”. Методом осадительной термоиндуцированной радикальной полимеризации получены полимерные микрогели на основе сополимеров НИПАМ и АК и НИПАМ и внинлсульфокислоты. Показано, что полученные микрогели обладают термочувствительными свойствами, т.е. их размер изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Уделялось внимание и теоретическим работам. Проведено полноатомное компьютерное комплексов полиакриловой кислоты и полипептитда. Структурные элементы модели пептида – пентамеры – выбраны в соответствии с пептидами, используемыми китайской стороной проекта в лабораторных экспериментах. Показано, что электростатическое взаимодействие между заряженными группами является преобладающим и на порядок превышает взаимодействие между другими группами. Взаимодействие заряженных мономеров ПАК и гидрофобных аминокислот достигает максимума на расстоянии 1 нм. Проведено компьютерное моделирование комплексов поликатионов и полианионов огрубленным методом. С помощью методов броуновской динамики рассмотрены системы, содержащие поликатионы и полианионы с различной молекулярной массой, архитектурой и молярным соотношением. Показано, что после прихода систем в состояние равновесия в ячейке моделирования образовывался комплекс из полимеров. Определено, что ухудшение качества растворителя для нейтральных звеньев поликатионов вело к более плотным комплексам. Определено, что при изменении молярного соотношения поликатионов и полианионов в системе формировался комплекс, содержащий приблизительно одинаковое количество заряженных звеньев разного знака. Разработана методология изучения моделирования адсорбции равновесных комплексов на твердую подложку. Определено, что при уменьшении молекулярной массы полимерных цепочек комплекс становится менее плотным и, как следствие, лучше адсорбируется на поверхность. Отмечено, что что контурная длина полианиона сильнее влияет на плотность комплекса и его растекание по поверхности, чем контурная длина поликатиона. Комплексы с небольшим суммарным отрицательным зарядом показали лучшую чувствительность к изменению параметра, определяющего сродство подложки с нейтральными звеньями поликатионов. Методами компьютерного моделирования проведена оценка адгезионных и когезионных (прочности комплекса на разрыв) свойств комплекса. Определены значения минимальной силы, приложенной для разрыва комплекса, для разных значений длины полимеров и разной архитектуры. Выяснено, что при уменьшении длины полимеров комплекс становится менее плотным и легче разрывается. Изменение архитектуры поликатионов приводит к более прочным комплексам, т.к. в этом случае поликатионы образуют мицеллы внутри комплекса. Обнародование результатов: 1) Опубликована одна статья (обзор): “Modern Trends in Polymerization-Induced Self-Assembly” (Polymers 2024, 16, 1408. https://doi.org/10.3390/polym16101408). 2) Результаты работы представлены в виде двух докладов (устный и стендовый) на конференциях, материалы опубликованы в виде тезисов.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Адгезивные препараты (клеи) находят все более частое применение в медицине в качестве альтернативы методике наложения швов для соединения тканей при повреждениях и разрезах. Использование таких адгезивов позволяет как ускорить процедуру закрытия разрезов, так и снизить травматизм и риск передачи инфекционных заболеваний, возникающих при применении шовных игл. В данном проекте предлагается создание клеев на основе катионных полипептидов и анионных полимеров различной архитектуры. В ходе выполнения работ второго года проекта группой ученых из коллектива МГУ с помощью современных методик синтеза были получены анионные полимеры различной архитектуры, а их свойства охарактеризованы. Эксперименты по сополимеризации N-изопропилакриламида (НИПАМ) и стиролсульфоната натрия (ССNa) показали, что образцы имеют схожую молекулярную массу и низкую степень полидисперсности. Это свидетельствует о стандартном протекании механизма ОПЦ-полимеризации. Также было обнаружено, что увеличение доли ионогенных групп сдвигает нижнюю критическую температуру растворения, что важно для понимания фазовых переходов в растворах. Синтез амфифильных полимеров на основе стирола и акриловой кислоты показал, что статистические и блок-сополимеры имеют разные реологические свойства. Статистический полимер обладает низкой вязкостью даже при высокой концентрации, в то время как полимеры со блочной архитектурой демонстрируют значительно более высокие значения вязкости. Исследование разветвлённой полиакриламидной кислоты (ПАК) показало, что увеличение содержания агента передачи цепи подавляет образование сшитого полимера и уменьшает длину боковых ответвлений. Это также приводит к уменьшению молекулярной массы полимеров и снижению степени полидисперсности. В ходе исследований по формированию полиэлектролитных комплексов между полианоинными полимерами и хитозаном (ПЭК) было установлено, что интенсивность рассеянного света и размеры частиц ПЭК зависят от концентрации компонентов. Во всех случаях ПЭК формируются, однако опалесценция растворов начинается при разных значениях мольного соотношения между поликатионом и полианионом (z). Выявлено, что для комплексов с меньшей долей анионного компонента выпадение осадка или формирование крупных агрегатов происходит при меньших концентрациях. Это позволяет сделать вывод о том, что состав полимеров существенно влияет на агрегацию и осаждение ПЭК. Полученные данные могут быть полезны при оптимизации процессов получения полиэлектролитных комплексов с заданными свойствами. В результате исследования методом мезоскопического компьютерного моделирования было показано, что анионные сополимеры — диблок-сополимеры и триблок-сополимеры — могут самособираться в различные агрегаты в зависимости от доли заряженных звеньев и качества растворителя. Диблок-сополимеры в модели находились в режиме «стриженных мицелл» и образовывали разнообразные агрегаты, в то время как триблок-сополимеры демонстрировали меньшее разнообразие случаев самосборки. Формирование геля происходит из-за образования небольших кластеров из плохо растворимых блоков, которые действуют как физические сшивки. Это указывает на фазовое расслоение в системах триблок-сополимеров. Прочность комплексов на разрыв с сополимерами оказалась ниже, чем у систем с гомополимерами. Диблок-сополимеры показали лучшую прочность на разрыв по сравнению с триблок-сополимерами. При ухудшении качества растворителя для плохо растворимых блоков прочность комплекса на разрыв увеличивалась. В системах со звездообразными анионными полимерами и поликатионами образовывался единый комплекс. При увеличении числа лучей у звездообразных полианионов размер комплекса уменьшался, а плотность увеличивалась. Изменение доли заряженных звеньев заметно влияло на прочность комплекса: при уменьшении доли зарядов прочность уменьшалась. В 2025 году опубликованы две статьи в журналах из первого квартиля с указанием благодарности Проекту, работы велись в области компьютерного моделирования (https://doi.org/10.1039/d5py00104h, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.09.026). Результаты работ представлены в виде устных и стендовых докладов на крупных российских и международных конференциях, включая IUPAC-2025, тезисы опубликованы. Российская сторона коллектива международного проекта успешно передала серию образцов линейных анионных полимеров для изучения их взаимодействия с катионными полипептидами, которые разрабатывают китайские коллеги. Получены первые данные об адгезивных свойствах этих комплексов. Проводятся совместные онлайн-совещания. Весной 2025 года состоялся визит представителей российского коллектива в университет Цинхуа (Пекин). Сотрудники выступили с докладами по результатам проекта, обсудили планы дальнейшей работы.