На правах рукописи

ВОВК ДМИТРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

СИНТЕЗ ПОЛИМЕРНЫХ СУСПЕНЗИЙ

С ИОНАМИ МЕТАЛЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ

Специальности: 02.00.06 - высокомолекулярные соединения

02.00.11 – коллоидная химия и физико-химическая механика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

МОСКВА, 2007 2

Работа выполнена в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова на кафедре «Химия и технология высокомолекулярных соединений им.

С.С.Медведева»

Научные руководители: Заслуженный деятель науки РФ, доктор химических наук, профессор ГРИЦКОВА Инесса Александровна доктор химических наук, профессор ПРОКОПОВ Николай Иванович

Официальные оппоненты: Академик РАМН, доктор химических наук профессор ШВЕЦ Виталий Иванович доктор химических наук, профессор ЯРОСЛАВОВ Александр Анатольевич

Ведущая организация:

Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений (ВНИИ ВИЛАР)

Защита состоится в 15 ч. «20» сентября 2007 г. на заседании Диссертационного Совета Д.212.120.04 в Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова по адресу:

119571, г. Москва, пр. Вернадского, д.86, ауд.Т-410.

Отзывы на автореферат направлять по адресу:

119571, г. Москва, пр. Вернадского, д.86, МИТХТ им. М.В.Ломоносова

С диссертацией можно ознакомиться на сайте www.mitht.ru и в библиотеке академии по адресу:

119571, г. Москва, пр. Вернадского, д. 86, МИТХТ им. М.В.Ломоносова

Автореферат разослан «_» августа 2007г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Д.212.120. доктор химических наук, профессор Грицкова И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Одним из принципиально новых актуальных направлений при создании полимерных носителей с участками комплиментарно распознающих полимеров является синтез полимерных суспензий с ионами металлов в межфазном слое частиц. Несмотря на отдельные исследования, проводимые в направлении создания металлосодержащих полимерных подложек для захвата макромолекул за счет хелатирования или направленного связывания отдельных участков белков, в литературе практически полностью отсутствуют данные по направленному синтезу микросфер с ионами металлов, способных к селективному высокоспецифичному связыванию биолигандов.

Полимерные суспензии, частицы которых содержат ионы металлов в межфазном адсорбционном слое частиц, обладают определенными преимуществами по сравнению с обычными суспензиями, используемыми в иммунодиагностике. Прежде всего, следует выделить возможность непосредственного координационно-ионного связывания с биолигандом, а также, в ряде случаев, присоединения белка за счет комплексообразования. Это расширяет возможности использования полимерных суспензий в медицине и биохимии, поскольку в качестве активных центров сорбции биообъектов выступают ионы металлов, а не функциональные группы, способные только к ковалентному связыванию отдельных групп лигандов.

Цель работы - синтез полимерных суспензий, содержащих частицы с ионами металлов на поверхности, используемых в качестве носителей биолигандов.

Научная новизна • Определены способы синтеза полимерных суспензий, частицы которых содержат ионы металлов на поверхности, со свойствами, пригодными для их использования в качестве носителей биолигандов при создании тестсистем. Это сополимеризация стирола с метакрилатами металлов при добавлении металлосодержащих мономеров при высокой конверсии стирола; затравочная сополимеризация стирола, стиролсульфоната натрия и металлосодержащих мономеров; и химическое осаждение ионов металлов на поверхность полимерных микросфер из водных растворов солей этих металлов.

• Показано, что методом гомополимеризации металлосодержащих мономеров невозможно получить полимерные суспензии с индивидуальными сферическими микросферами с ионами металлов на их поверхности.

• Установлено, что при сополимеризации стирола и диметакрилата цинка, при добавлении последнего при конверсии стирола ~85%, концентрация металлосодержащего мономера не должна превышать 0,4% масс. в расчете на стирол.

• Определена оптимальная концентрация металлосодержащего сомономера (0,5% масс. в расчете на массу мономеров) при его затравочной сополимеризации со стиролом и стиролсульфонатом натрия, при которой сохраняется устойчивость реакционной системы.

• Показано, что устойчивость полимерной суспензии, степень сшивания полимера в частицах существенно зависят от способа ее получения.

• Разработан способ получения полимерных микросфер с ионами металлов на поверхности путем химического осаждения ионов из водных растворов солей металлов. Показано, что этот метод перспективен для получения полимерных микросфер с высокой концентрацией ионов металлов на поверхности.

Практическая значимость • Разработаны новые способы получения полимерных суспензий с ионами металлов на поверхности частиц. Подана заявка на патент РФ на изобретение способа синтеза таких полимерных суспензий.

• Разработана технология синтеза полимерных микросфер с ионами металлов в поверхностном слое частиц путем добавления металлосодержащих мономеров при высокой конверсии стирола. Опытно-промышленный регламент на производство таких суспензий утвержден в ОАО «Воронежсинтезкаучук».

• Созданы тест-системы на определение общего эндотоксина грамотрицательных бактерий путем аффинного связывания иммуноглобулинов человека классов IgG2a и IgG2b.

• Тест-система на выявление общего эндотоксина грамотрицательных бактерий прошла испытание с положительным результатом в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева.

Автор защищает:

1. Синтез полимерных суспензий с ионами металлов на поверхности частиц для использования в биотехнологии методами сополимеризации стирола с метакрилатами металлов при добавлении металлосодержащих мономеров при высокой конверсии стирола; затравочной сополимеризации стирола, стиролсульфоната натрия и металлосодержащих мономеров; химического осаждения ионов металлов на поверхность полимерных микросфер.

2. Коллоидно-химические свойства полученных в различных условиях полимерных суспензий, частицы которых содержат на поверхности ионы металлов.

3. Влияние концентрации металлосодержащего сомономера на устойчивость полимерной суспензии, диаметр частиц и их распределение по размерам.

4. Способы иммобилизации биолигандов на поверхность полимерных микросфер с ионами металлов на поверхности и условия получения высокочувствительных диагностических тест-систем.

5. Высокочувствительные тест-системы на общий эндотоксин грамотрицательных бактерий.

6. Опытно-промышленный регламент и технологию синтеза полимерных суспензий путем сополимеризации стирола и диметакрилата цинка.

Личное участие автора являлось основополагающим на всех стадиях работы и состояло в постановке задач и целей исследования, разработке экспериментальных и теоретических подходов при выполнении эксперимента и обобщении полученных результатов.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международных научнотехнических конференциях «Наука и образование» (Мурманск, МГТУ, 2004, 2005, 2007), научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (Москва, МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2005), международной конференции по химической технологии (Москва, ИОНХ РАН, 2007).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе из них 3 статьи, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, подана заявка на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложений. Материалы диссертации изложены на 154 страницах машинописного текста, включая 36 таблиц, 44 рисунка, приложения. Список литературы содержит 176 наименований.

Во Введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и сформулирована ее цель.

Глава I. В Литературном обзоре дан подробный анализ публикаций по синтезу металлосодержащих мономеров и полимеров на их основе, и их применению в медицине и биохимии, а также по синтезу и использованию полимерных микросфер в качестве носителей биолигандов.

Глава II. В Экспериментальной части описаны вещества и материалы, способы их подготовки и очистки, методы измерения поверхностного натяжения (сталагмометрия), скорости полимеризации (гравиметрия), методы исследования мономеров (ИК-спектроскопия) и полимерных дисперсий (электронная сканирующая микроскопия, фотон-корреляционная спектроскопия, спектрофотометрия, электронно-зондовый анализ) и другие, используемые в работе.

Глава III. «Результаты и их обсуждение».

Исследования были начаты с получения полимерных микросфер, содержащих на поверхности ионы металлов, способные образовывать координационные связи с биолигандами различной природы.

Их получали гомополимеризацией металлосодержащих мономеров, безэмульгаторной эмульсионной сополимеризацией стирола и металлосодержащих мономеров при единовременном введении всех компонентов рецепта, добавлением металлосодержащих мономеров на разных степенях конверсий стирола при его эмульсионной полимеризации в отсутствие эмульгатора, затравочной сополимеризацией стирола и металлосодержащих мономеров на предварительно синтезированных полистирольных микросферах и химическим осаждением ионов переходных металлов на поверхность полимерных микросфер.

Анализ литературных данных показывает, что металлосодержащие полимеры в основном получают методами растворной полимеризации или полимеризации в массе. Гетерофазная полимеризация таких мономеров практически в литературе не описана. В связи с этим, используя литературные данные по гетерофазной полимеризации виниловых мономеров, были выбраны рецепты синтеза полимерных суспензий металлосодержащих мономеров.

Ограниченная растворимость или же практически полная нерастворимость в воде большинства металлосодержащих мономеров накладывает существенные ограничения на их выбор для проведения полимеризации в водной фазе.

В силу вышеприведенных причин, в качестве металлосодержащих соединений выбраны метакрилаты щелочных металлов - лития, калия, натрия и переходных металлов – цинка, меди и кобальта.

Поскольку данные по растворимости диметакрилата цинка в воде и других полярных средах в литературе не представлены, была проведена серия опытов по получению раствора диметакрилата цинка в различных растворителях, которые могут быть в дальнейшем использованы в различных типах полимеризации, например, в дисперсионной полимеризации.

2СН2=С(СН3)-СООН + Zn(OН)2 СН2=С(СН3)-СОО-Zn-ООС-С(СН3)=СН2 + + 2Н2О Синтез диметакрилата цинка проводили при 10%-ном избытке метакриловой кислоты при нагревании до 50°С. Реакцию вели при дробном введении метакриловой кислоты и оксида цинка до насыщения раствора. Было показано, что наибольшая растворимость диметакрилата цинка наблюдается в наиболее полярном растворителе – воде. Растворимость диметакрилата цинка возрастает в ряду растворителей следующим образом: изопропиловый спирт