Новости

20 июля, 2021 12:17

Предложен новый способ контроля свойств медицинских микрогелей

Источник: Газета.ру
Российские ученые выяснили, что, изменяя температуру и кислотность среды, можно управлять механическими свойствами синтетических материалов на основе микрогелей. Это позволит создавать системы с заданными свойствами, которые могут быть эффективны как в качестве антибактериальных покрытий, так и в качестве поверхностей для регенерации тканей. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Источник: Pixabay
Структура микрогелей, синтезированных при разной кислотности среды: рН = 7 (а, b) и рН = 3 (c, d). Источник: Nasimova I. et al. / Polymers, 2021
3 / 4
Источник: Pixabay
Структура микрогелей, синтезированных при разной кислотности среды: рН = 7 (а, b) и рН = 3 (c, d). Источник: Nasimova I. et al. / Polymers, 2021

Полимерные «умные» гели обладают высокой чувствительностью и могут менять объем и плотность в ответ на изменение условий окружающей среды, что делает их крайне перспективными для медицины. Например, их можно использовать в адресной доставке лекарств и создании матриксов для выращивания искусственных тканей. При этом наиболее быстро реагируют на внешние воздействия частицы гелей микронного размера (равного величине бактерий, а в некоторых случаях даже вирусов) — так называемые микрогели. И если на их основе создать каркас для материала, то он, по всей видимости, также сможет быстро изменять свои свойства.

Структура и физические характеристики микрогелей во многом зависят от того, из какого полимера они состоят. Используя для синтеза микрочастиц N-изопропилакриламид и полиакриловую кислоту, можно получить микрогели, чувствительные к температуре и уровню кислотности среды (рН).

Исследователи из Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (Москва) решили изучить, как влияют условия, в которых создаются микрогели, на строение и способность к набуханию материалов, получаемых на их основе. Ученые изменяли температуру и кислотность среды концентрированных растворов микрогелей, сушили их и подвергали отжигу при высокой температуре. В результате удалось получить материалы, отличающиеся между собой по физическим свойствам. Чтобы сравнить их, физики проанализировали способность образцов к набуханию. Оказалось, что пленки чувствительны и к температуре, и к кислотности среды. При этом изопропилакриламид обеспечивает восприимчивость к температуре, а полиакриловая кислота — к изменению уровня рН.

Эксперименты показали, что при всех комбинациях температур и кислотности образуются стабильные пленки, но их внешний вид, способность к набуханию и микроструктура различаются. При высокой температуре и рН формирующиеся материалы непрозрачные и более жесткие, также они на порядок хуже набухают в жидкости. Предложенная комбинация параметров позволяет получать образцы с более высокой прочностью, что подойдет для антибактериальных покрытий, препятствующих прохождению патогенов и агрессивных химических веществ. Если синтезировать микрогели при комнатной или повышенной температуре, но с нейтральной рН, они имеют губчатое строение и хорошо впитывают воду. Такая форма наиболее удобна для выращивания и регенерации тканей, поскольку обеспечивает хорошее распределение жидкости и питательных веществ в культурах клеток, которые активно проникают в толщу материла.

Причиной существенных различий физических свойств пленок из микрогелей оказалось то, что в разных условиях синтеза образуется разное количество межмолекулярных сшивок. Так, в гелях, синтезированных при высокой кислотности и температуре, звенья, по которым осуществляется сшивание, образуют большее количество связей, что обеспечивает более плотную и прочную структуру.

«Это в перспективе дает нам возможность получать полимерные материалы с контролируемой плотностью, внутренней структурой и реакцией на внешние условия окружающей среды, что открывает новые горизонты для широкого применения в медицине, микробиологии и цитологии», — рассказывает Ирина Насимова, автор статьи, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, одна из участников проекта по гранту РНФ.

30 июля, 2021
Молодой ученый КФУ разрабатывает метод детоксикации микропластика
Научный сотрудник НИЛ OpenLab Бионанотехнологии Института фундаментальной медицины и биологии Казанс...
29 июля, 2021
Ученые Центра Мешалкина создадут прототип искусственного клапана сердца для детской кардиохирургии
Самораскрывающийся протез клапана легочной артерии для транскатетерной имплантации будет обладать ...