Новости

15 июля, 2021 16:38

Свойства медицинских микрогелей предложили контролировать через изменения температуры и кислотности среды

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

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.

Схема синтеза полимерного материала на основе микрогеля. Источник: Nasimova I. et al. / Polymers, 2021


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.

Структура микрогелей, синтезированных при разной кислотности среды: рН = 7 (а, b) и рН = 3 (c, d). Источник: Nasimova I. et al. / Polymers, 2021


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, исполнитель проекта по гранту РНФ.

30 июля, 2021
Гидробиологи выяснили, какие факторы среды наиболее важны для рачков из озер полигональной тундры
Российские ученые исследовали ракообразных Cladocera и Copepoda из термокарстовых озер в дельте ре...
23 июля, 2021
Паразиты из копролитов помогли впервые раскрыть диету неолитических собак Смоленской области
Археологи Государственного Эрмитажа совместно с французскими коллегами-палеонтологами проанализиро...