На правах рукописи

Аксенова Надежда Анатольевна

ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВОЙСТВ СОЛЮБИЛИЗИРОВАННЫХ

ПЛЮРОНИКАМИ ФОТОАКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ВВЕДЕННЫХ В

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТРИЦЫ

Специальность 02.00.21 –химия твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва-2010 www.sp-department.ru

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им. Н.Н.Семенова РАН

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор Соловьева Анна Борисовна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Зеленецкий Александр Николаевич доктор физико-математических наук, профессор, Баграташвили Виктор Николаевич

Ведущая организация: Химический факультет Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Защита состоится “22“ июня 2010 г. в 14.00 час. на заседании Диссертационного Совета Д 217.024.01 при ФГУП «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова» по адресу: 103064, г. Москва, ул. Воронцово поле, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химическом институт им. Л.Я. Карпова» по адресу: 103064, г. Москва, ул. Воронцово поле, д. 10.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 103064, г. Москва, ул. Воронцово поле, д.

10, Ученому секретарю Диссертационного Совета Д 217.024.01 к.ф.-м.н., Лакееву С.Г.

Автореферат разослан “ “ мая 2010 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета Д 217.024. Кандидат физико-математических наук Лакеев С.Г.

www.sp-department.ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Создание полимерных композиций на основе фотоактивных соединений (ФАС) с люминесцентными, фотохромными и фотосенсибилизирующими свойствами позволяет решать ряд задач, стоящих перед технологиями оптических и медицинских материалов, в частности, разрабатывать системы оптоэлектроники для преобразования света в различных участках спектрального диапазона, среды оптической памяти, устройства для обработки и передачи информации, лекарственные средства для фотодинамической терапии (ФДТ) и т.д.

Обычно для создания композитных полимерных материалов оптического применения (защитных покрытий для видимого и УФ-диапазона, оптических фильтров, фотолюмицесцирующих и фотохромных пленок) используют предварительное диспергирование ФАС (в случае неорганических соединений) ультразвуковой обработкой в растворе полимера, либо сорастворение полимера и ФАС с последующим отливанием пленки на подходящей поверхности. Эти методы применимы лишь для растворимых полимерных матриц (поликарбонат, полиметилметакрилат). В случае плохо растворимых термопластов (полиэтилентерефталат, поливинилхлорид) или пространственно-сшитых систем (акрилаты, эпоксиды) используют пропитку готовой полимерной пленки раствором фотоактивного соединения или введение раствора ФАС на стадии отверждения (для сшитых систем). В процессе удаления растворителя введенные ФАС в областях свободного объема полимера формируют разноразмерные агрегаты. При этом введение органических ФАС в прозрачную полимерную матрицу ограничено предельной концентрацией растворения ФАС в полимере. Материалы оптического применения иногда формируются при наполнении полимеров наночастицами (с размерами 50 нм и меньше), на поверхность которых предварительно наносятся ФАС. Введение таких модифицированных частиц в полимерные матрицы не уменьшает исходной оптической прозрачности матриц. ФАС можно непосредственно вводить в объем набухающей в растворителе матрицы, для чего используют дифильные растворители, прежде всего, пиридин и его алкильные производные, которые хорошо адсорбируются на поверхности частиц и способствуют их совмещению с полимерной матрицей. Однако все указанные методы не обеспечивают достаточно равномерного распределения частиц ФАС в полимерных матрицах.

В данной работе предложен новый подход к созданию полимерных материалов оптического назначения с введенными ФАС, который заключается в предварительном получении термодинамически стабильных супрамолекулярных ассоциатов ФАС с плюрониками (ПЛ) (тройными блоксополимерами этилен- и пропиленоксида), нетоксичными и обладающими поверхностно-активными свойствами, и последующем введении в полимерные матрицы таких ассоциатов, что способствует равномерному распределению «капсулированных» ФАС благодаря хорошей совместимости плюроников с полимерами различной природы.

В качестве ФАС использовали люминесцентные комплексы европия, фотохромные индолиновые спирооксазины и биосовместимые порфириновые основания. Используемые комплексы европия, в частности разнолигандные -дикетонаты, являются одними из наиболее эффективных люминофоров в практически важной «красной» области спектра.

Так, -дикетонаты европия незаменимы при изготовлении покрытий и устройств, преобразующих жесткое УФ-излучение в мягкий красный свет. Фотохромные индолиновые спирооксазины доступны синтетически, обладают большим разнесением полос поглощения исходной и фотоиндуцированной форм, высокой эффективностью фотопревращений и фотостойкостью, поэтому их используют в оптических системах регистрации и отображения информации, молекулярных переключателях. Биосовместимые порфириновые основания благодаря особенностям структуры - наличию ароматического 16-членного макроцикла с замкнутой системой сопряженных связей являются активными фотосенсибилизаторами генерации синглетного кислорода, что используется в процессах фотокаталитического окисления и в фотодинамической терапии онкологических заболеваний.

В качестве матриц для получения твердофазных полимерных систем, содержащих ФАС, использованы оптически прозрачные полимеры с линейной структурой, в том числе полиметакрилаты, полистирол, а также сетчатые полимеры с трехмерной структурой на основе олигометакрилатов. Для получения твердофазных фотокаталитических систем медицинского назначения использовали природный полисахарид - хитозан, обладающий биосовместимостью, биоразлагаемостью и бактерицидностью.

Цель работы состояла в установлении основных закономерностей взаимодействия фотоактивных соединений (люминесцентных комплексов европия, фотохромных индолиновых спирооксазинов и порфириновых фотосенсибилизаторов) с плюрониками и в выявлении факторов, определяющих функциональную активность солюбилизированных ФАС, введенных в полимерные матрицы разной природы.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

– определить характерные соотношения молярных концентраций ФАС/ПЛ, при которых ФАС полностью солюбилизированы;

– выявить влияние солюбилизации на функциональные свойства ФАС в полимерных матрицах и растворах (в случае комплексов европия – параметры фотолюминесценции, в случае индолиновых спирооксазинов – активность в процессах фотоокрашивания и темнового обесцвечивания, в случае порфиринов – активность в процессе фотокаталитического окисления триптофана).

– установить влияние степени гидрофобности плюроника и структуры матрицы на функциональные свойства ФАС, введенных в полимеры с линейной структурой и сшитые матрицы.

Научная новизна работы:

Впервые показано, что солюбилизация плюрониками позволяет увеличивать функциональную активность ФАС и их содержание в полимерных матрицах.

Показано, что степень солюбилизации плюрониками фотоактивных соединений различной природы,, определяемая как доля молекул ФАС, перешедших в полимерную или водную фазу в результате солюбилизации, зависит как от степени гидрофобности ФАС и ПЛ, так и от соотношения q их молярных концентраций. При этом характерные значения q, при которых ФАС различной природы полностью солюбилизированы, находятся в интервале 0.4Показано, что функциональные свойства солюбилизированных ФАС в полимерной матрице определяются совокупностью факторов – химической структурой и степенью агрегированности ФАС, степенью гидрофобности плюроника и пространственной структурой полимерных матриц.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы при создании оптически прозрачных полимерных композиций, содержащих фотоактивный наполнитель, в частности, при разработке порфиринсодержащих препаратов для фотодинамической терапии рака, значительно более эффективных, чем обычно используемые фотосенсибилизаторы, а также новых люминесцентных и фотохромных полимерных материалов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Установление особенностей формирования ассоциатов плюроников F-127 и F-108 c фотоактивными соединениями различной природы (люминофорами, фотохромами и фотосенсибилизаторами) в зависимости от соотношения молярных концентраций ФАС/ПЛ.

2. Результаты исследований функциональных свойств солюбилизированных ФАС, введенных в полимерные матрицы, в том числе данные по влиянию плюроников с разной степенью гидрофобности, а также природы полимерной матрицы на свойства солюбилизированных ФАС.

3. Полученные методом атомно-силовой микроскопии результаты по формированию на подложках наноструктурированных агломератов плюроник-ФАС в условиях кристаллизации из растворов (на примере систем плюроник–порфирин).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК, и 25 тезисов докладов на Международных и Российских симпозиумах и конференциях. В совместных работах автор принимал участие в подготовке и проведении экспериментальных исследований, в обсуждении и компьютерной обработке полученных результатов, написании и подготовке работ к печати.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на международных и российских симпозиумах и конференциях: Международный научнометодический Семинар «Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах» (Москва, 2003); VII и VIII Международые конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Санкт-Петербург, 2003; Казань, 2006); IX Международная конференция по химии порфиринов и их аналогов (Суздаль, 2003); IX Международная конференция по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры – 2005»

(Одесса, 2005); Малый полимерный конгресс (Москва, 2005); Юбилейные научные чтения, посвященные 110-летию со дня рождения проф. Н.А. Преображенского (Москва, 2006);

International conferences «Polymerwerkstoffe 2006», «Polymerwerkstoffe 2008» (Halle/Saale, 2006; Halle/Saale, 2008); XVIII Cимпозиум «Современная химическая физика» (Туапсе, 2006); четвертая Всероссийская Каргинская конференция (Москва, 2007); Симпозиум «Нанофотоника» (Черноголовка, 2007); XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Москва, 2007); VII Школа-конференция молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений (Одесса, 2007); XVIII и XIX Международные научно-техническая конференции «Лазеры в науке, технике, медицине» (Адлер, 2007; Адлер, 2008); International conference «Noise and Fluctuations in Photonics» (Florence, 2007); V International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (Moscow, 2008); 3rd International Conference on chemical Investigation & Utilization of Natural Resources (Ulaanbaatar, 2008); XII Международная научно-техническая конференция «Наукоемкие химические технологии – 2008» (Волгоград, 2008); XXII Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка, 2008); International conference СРР 5 (London, 2008); 18 International Laser Physics Workshop (Barselona, 2009); 11 Annual Conference YUCOMAT 2009 (Herci Novi, 2009); XVI Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (Черноголовка, 2009).

Структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, описания результатов и их обсуждения, выводов, списка цитируемой литературы.

Работа изложена на страницах, содержит рисунков, 3 таблицы и библиографических ссылок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В Литературном обзоре рассмотрены:

современные представления о химической структуре и фотофизических свойствах порфириновых фотосенсибилизаторов, -дикетонатов европия и индолиновых спирооксазинов;

факторы (химическая структура, природа растворителя, процессы ассоциации и концентрационного тушения, солюбилизация, природа полимерной матрицы, тип связывания фотоактивного соединения с полимером), определяющие функциональную активность ФАС в полимерных матрицах и жидкой фазе.

По результатам анализа научно-технической и патентной литературы сформулированы основные задачи исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.1.1. Фотоактивные соединения различной природы.

2.1.1.1. Органорастворимые смешанные комплексы европия (рис. 1):

фенантролин-трис(теноилтрифторацетонато)европий(III) (TTA-Фен-Eu);

фенантролин-трис(дибензоилметанато)европий(III) (ДБМ-Фен-Eu);

бис(трифенилфосфиноксид)-трис(дибензоилметанато)европий(III) (ДБМ-ТФФО-Eu).

TTA-Фен-Eu, ДБМ-Фен-Eu, и ДБМ-ТФФО-Eu (рис. 2, а, б, в) синтезированы в ИХФ РАН Н.Л. Зайченко, Л.С. Кольцовой, А.И. Шиенком и И.Р. Мардалейшвили.

Рис. 1. Структурные формулы TTA-Фен-Eu (а), ДБМ-Фен-Eu (б), ДБМ-ТФФО-Eu (в).

2.1.1.2. Органорастворимые индолиновые спирооксазины (рис. 2):

1,3-Дигидро-1,3,3-триметилспиро[2H-индол-2,3'-[3H]антро[2,1-b][1,4]оксазин] (САО);

1,2,8’-(3,5-дихлор-2-гидроксибензилиденимино)-1,3,3-триметилспиро2Н-индол-2,3/Ннафт2,1-b1,4оксазин] (СНО-6).

Гидрофобные САО и СНО-6 (рис. 2, а, б) одни из наиболее активных и стабильных фотохромов. Вещества синтезированы в ИХФ РАН Н.Л. Зайченко, Л.С. Кольцовой и А.И.

Шиенком.

Рис. 2. Структурные формулы САО (а) и СНО-6 (б).

2.1.1.3. Порфириновые фотосенсибилизаторы (рис. 3):

А. Органорастворимые ПФС:

мезо-тетрафенилпорфирин (ТФП);

мезо-тетра(п-метоксифенил)порфирин (ТМФП);

1,3,5,7-метил, 2,4,6,8-этилпорфирин – этиопорфирин (ЭП);

1,3,5,8-тетраметил, 2,4-дивинил, 6,7-ди(метоксикарбонилэтил)порфирин – диметиловый эфир протопорфирина IX (ДМЭПП);

Б. Водорастворимый ПФС:

2,4-ди(1-метоксиэтил), 6,7-ди(метоксикарбонилэтил)порфирин в виде динатриевой соли –. димегин (ДМГ).

Использовали ТФП, ТМФП, ЭП и ДМЭПП (рис. 3., 1-4) фирмы Merсk (Германия). ДМГ (рис. 3., 5) синтезирован в ГУ НИИ БМХ РАМН Г.В. Пономаревым.

H А H H А H H А H H А H

А = -C6H4OCH3; В = -(CH2)2COOCH3; С = -CH(OCH3)CH3; D = -(CH2)2COONa.

Рис. 3. Структурные формулы ТФП (1), ТМФП (2), ЭП (3), ДМЭПП (4) и ДМГ (5).

2.1.2. Солюбилизирующие агенты – амфифильные тройные блоксополимеры этилен- и пропиленоксида, плюроники (рис. 4., а): F-127, F-108, L-61 производства фирмы BASF (США). Характеристики плюроников представлены в Табл.:

2.1.3. Полимерные матрицы:

В качестве матриц для введения комплексов европия и индолиновых спирооксазинов были использованы:

полиметилметакрилат, ПММА, с Mw 5.0 х 105 производства фирмы BASF (США);

полистирол, ПС, с Mw 2.0 х 105 производства фирмы BASF (США);

сшитый олигокарбонатметакрилат (ОКМ-2) (рис. 4, б) с ММ межузлового блока 418, ОКМ-2 синтезирован в ИХФ РАН В.Т. Шашковой и Б.И. Западинским.

Матрицы для введения ПФС:

хитозан с Mw 2.0 х 104, 5.8 х 104 и 3.0 х 105 и степенью дезацетилирования 0.90, 0.80, 0.85, соответственно, ХТЗ20, ХТЗ58, ХТЗ300, производства ЗАО «Биопрогресс» (Россия);

H O C C O C C O C C OH

C R C O R C C

Рис. 4. Структурные формулы плюроников (а), и ОКМ-2 (б).

2.2. Методы получения полимерных композиций, содержащих солюбилизированные ФАС.

2.2.1. Солюбилизация ФАС (метод твердых пленок).

Для солюбилизации органорастворимых ФАС вначале получали совместный раствор фотоактивного соединения (3.6 х 10-6 – 8.0 х 10-4 моль/л) и плюроника 4 (5.0 х 10-6 – 5.0 х 10- моль/л) в хлороформе или диоксане. Сухой остаток (аддукт), полученный после удаления растворителя (в роторном испарителе), растворяли в дистиллированной воде для определения степени солюбилизации ФАС. определяли по электронным спектрам поглощения (ЭСП) водно-мицеллярных растворов. Для каждого типа ФАС (люминофоров, Название плюроников состоит из буквы (F, L или Р в зависимости от того, являются ли они твердыми (Firm), жидкими (Liquid) или пастообразными (Paste)) и цифр. Цифры указывают длину гидрофобного блока полимера, деленную на 5 (первые 1-2 цифры), и процентное по весу содержание ПЭО в молекуле, деленное на (последняя цифра).

Значения средней молекулярной массы предоставлены производителем (BASF, США).

Среднее количество звеньев ЭО и ПО рассчитано на основе молекулярной массы.

Концентрации всех полимеров приведены в расчете на ММ макромолекулы.

фотохромов, порфиринов) выбирали полосу в ЭСП 5, параметры которой (длина волны и коэффициент экстинкции) практически не менялись при солюбилизации. Так, в случае TTAФен-Eu использовали полосу = 267 нм, в случае САО – полосу = 421 нм, в случае ТФП – полосу = 514 нм. Для каждого типа ФАС параметр рассчитывали как отношение оптических плотностей выбранной полосы в ЭСП водно-мицеллярного и исходного (хлороформного или диоксанового) растворов: = D1/D2, где D1 и D2 – соответствующие значения оптических плотностей. В случае водорастворимого ДМГ степень солюбилизации оценивали по гиперхромному эффекту полосы Соре в ЭСП порфирина.

2.2.2. Методы введения ФАС в полимерные матрицы.

2.2.2.1. Системы на основе ПММА, ПС и хитозана, содержащие ФАС.

Пленки ПММА, ПС, содержащие TTA-Фен-Eu, СНО-6 и САО получали при испарении совместных растворов ФАС (4.0 х 10–4 – 1.2 х 10-3 моль/л) и полимера (8.0 х 10-5 моль/л) в хлороформе, в смеси диоксан/толуол или воде, нанесенных на целлофановую подложку. Для введения в матрицы ПММА и ПС солюбилизированных TTA-Фен-Eu и САО в раствор полимера добавляли совместный раствор ФАС и плюроников L-61, F-127 (6.3 х 10-5 моль/л), предварительно перемешиваемый в течение 10-20 мин. Для получения систем на основе ХТЗ20, ХТЗ58 и ХТЗ300, содержащих солюбилизированный ДМГ, водные растворы димегина (5.0 х 10-6 моль/л) и плюроника F-127 (концентрация менялась (в расчете на ММ звена) от 1. х 10-4 до 6.8 x 10-2 моль/л) предварительно смешивали в течение 40 мин при комнатной температуре, после чего их добавляли к раствору хитозана (1.2 х 10-6 – 1.2 х 10-2 моль/л (в расчете на ММ звена)).

2.2.2.2. Системы на основе сшитого ОКМ-2.

В полимерную матрицу сшитого ОКМ-2 солюбилизированные TTA-Фен-Eu и САО вводили на стадии отверждения. ФАС предварительно обрабатывали плюрониками L-61, Fпо 2.2.1., полученный твердый аддукт растворяли в жидком олигомере, далее проводили отверждение в инертной атмосфере при 80 0C в присутствии 1 % масс. 2,2`-азобис(изобутиро)нитрила.

2.3. Методы исследования функциональных свойств ФАС.

2.3.1. Исследование люминесцентных свойств растворов и полимерных композиций, содержащих комплексы европия, проводили, изучая зависимость интенсивности люминесценции 6 ( = 615 нм), I615, от концентраций TTA-Фен-Eu и плюроников (L-61, Fв растворах и полимерных матрицах (ПММА и сшитый ОКМ-2), а также влияние способа введения ФАС и природы матрицы на I615 люминесценции комплекса европия.

Длина волны возбуждающего света возб = 385 нм.

2.3.2. Исследование фотохромных свойств полимерных композиций, содержащих САО, проводили определяя константы скорости процессов фотоокрашивания и темновой релаксации фотоиндуцированной формы САО, введенного в ПС и сшитый ОКМ-2, в зависимости от способа введения ФАС и типа плюроника (L-61, F-127). За кинетикой процессов следили по изменению оптической плотности полосы ( = 605 нм) в ЭСП фотоактивного соединения. Облучение осуществлялось светом ксеноновой лампы без использования фильтров ( > 200 нм).

2.3.3. Исследование активности солюбилизированных порфиринов в процессе генерации синглетного кислорода с эмиссией в газовую фазу исследовали методом полупроводниковых сенсоров с использованием установки, разработанной в Лаборатории адсорбции активных частиц НИФХИ им. Л.Я. Карпова. Полупроводниковый детектор представлял собой поликристаллическую пленку оксида цинка, нанесенную на кварцевую трубку. Кинетические параметры генерации синглетного кислорода определяли в условиях ЭСП фотоактивных соединений в растворах и пленках снимали на спектрофотометрах GenesysTM- (ThermoSpectronic, США) и «OceanOptics».

Спектры люминесценции снимали на спектрофлуориметрах JY3 (Jobin Yvon, Франция) и Cary Eclipse (Varian, Австралия).

установившегося адсорбционного равновесия между оксидом цинка сенсора и триплетным кислородом. Скорость генерации синглетного кислорода, Vген (моль/см2 х с), порфиринсодержащими полимерными системами оценивали по величине постоянного сигнала полупроводникового сенсора, соответствующего стационарной концентрации 1О2, в условиях непрерывного освещения образца при разных температурах (200С, 300С и 400С).

Скорость генерации 1О2 в присутствии солюбилизированного ТФП измеряли относительно эталона (стандартного образца), представляющего собой пластину с напыленным ТФП (Спов = 1 х 10-10 моль/см2), в присутствии которого ранее было установлено значение Vген.

2.3.4. Исследование активности солюбилизированных порфиринов в процессе генерации синглетного кислорода в водной фазе проводили, используя реакцию окисления триптофана синглетным кислородом с образованием эндопероксида триптофана. Скорость реакции окисления измеряли по уменьшению оптической плотности полосы ( = 280 нм) в УФ-спектре поглощения триптофана. Были определены эффективные константы скоростей kэфф окисления триптофана в присутствии солюбилизированных порфиринов.

2.3.5. Исследование структуры поверхности полимеров методом атомно-силовой микроскопии проводили 7 в полуконтактной моде в режиме топографии.

2.3.6. Исследование структуры полимеров методом рентгеновской дифракции в больших и малых углах рассеяния проводили 8 «на просвет» при комнатной температуре.

Глава 3. Солюбилизированные ФАС: степень солюбилизации, функциональные свойства солюбилизированных ФАС в модельных условиях.

Существует два способа солюбилизации ФАС плюрониками, которые заключаются в растворении ФАС в растворителе, смешивающимся с водой, и дальнейшем введении такого раствора в водный раствор плюроника, и сорастворении ФАС и плюроника в общем растворителе, его удалении и дальнейшем растворении получаемой твердой пленки в воде.

Ранее на примере порфириновых соединений было показано, что метод солюбилизации, включающий в себя промежуточное получение твердых ассоциатов ФАС–плюроник (метод твердых пленок), позволяет добиваться наибольшей степени разагрегации фотоактивных соединений, что значительно улучшает их функциональные свойства.

Особенности солюбилизации фотоактивных соединений.

Комплексные -дикетонаты европия.

Комплексы -дикетонатов европия с ароматическими аминами, являются одними из наиболее эффективных люминофоров, поскольку в таких соединениях возможно усиление интенсивности люминесценции центрального иона, обусловленное влиянием лигандов.

Структура таких комплексов зависит от их окружения, т.к. центральный ион и его лигандное окружение могут взаимодействовать с молекулами среды. При таком взаимодействии, как правило, происходит изменение функциональных свойств комплексов европия.

При исследовании характера зависимостей = (q) в процессе солюбилизации люминофоров плюроником F-127 анализировались ЭСП и спектры люминесценции комплексов европия. При этом выяснилось, что в ходе солюбилизации при однотипных изменениях в ЭСП происходило ухудшение люминесцентных свойств некоторых комплексов, что свидетельствовало об изменении лигандного окружения центрального иона.

Так, при солюбилизации плюроником F-127 комплексы дибензоилметанатов европия с Фен и ТФФО (ДБМ-Фен-Eu и ДБМ-ТФФО-Eu) не проявляли люминесцентных свойств, что могло указывать на перекомплексование (т.е. включение молекул плюроника в лигандное Исследование структуры поверхности полимеров проводили на сканирующем зондовом микроскопе Solver P47 с использованием кремниевых кантилеверов серии NSG 11 (тип В, жесткость 40 Н/м, резонансная частота 150 кГц, радиус закругления 10 нм) (NT MDT, г. Зеленоград).

Исследование структуры полимеров проводили на автоматизированном дифрактометре с линейным координатным детектором, изготовленным в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна).

окружение Eu) в процессе солюбилизации. Учитывая, что наиболее лабильными являются связи центрального иона с электронейтральными лигандами, при таком перекомплексовании могло происходить замещение Фен и ТФФО на фрагменты молекул плюроника. Наиболее устойчивым оказался комплекс TTA-Фен-Eu, состав которого в ходе солюбилизации плюроником F-127 не менялся, о чем свидетельствовала неизменность положения полос в спектрах люминесценции люминофора в водно-мицеллярной фазе. На рис. 5 приведена зависимость = (q) для TTA-Фен-Eu. Из рис. 5 видно, что на зависимости = (q) можно выделить некоторое характерное значение qхар, (определяемое пересечением касательных к разным участкам зависимости) при котором происходит падение, связанное с образованием нерастворимых агрегатов ФАС. Как видно из рис. 5, для ассоциатов TTA-Фен-Eu–F- значение qхар 3. При q < qхар в системе ~ 1, при q qхар степень солюбилизации уменьшается монотонно, что, по-видимому, связано с достаточно большой степенью гидрофильности данного ФАС.

Индолиновые спирооксазины.

Интерес к индолиновым спирооксазинам (ИСО), прежде всего к САО, связан с широким диапазоном их светочувствительности – САО проявляет фотохромные свойства при действии на него света с длиной волны 440 нм, спиронафтоксазины меняют окраску при действии света с длиной волны 400 нм. Подобное отличие САО от других ИСО обусловлено тем, что полосы поглощения в его УФ-спектре в неокрашенной форме сдвинуты в красную область. Интерес к СНО-6, кроме того, вызван наличием у него, помимо фотохромизма, люминесцентных свойств, что может быть использовано при создании сложных оптических систем.

Для выявления влияния природы ИСО на степень солюбилизации в работе был проанализирован характер зависимостей = (q) при солюбилизации водонерастворимых фотохромов САО и СНО-6 плюроником F-127. Показано (рис. 6), что для САО и СНО- значения qхар 0.5 и 0.9, соответственно. При q qхар солюбилизация практически не происходит, что связано с меньшей (по сравнению с комплексами европия) гидрофильностью ФАС. При этом значение qхар для СНО-6 несколько превышает значения qхар для САО, что, возможно, связано с меньшей степенью агрегированности спиронафоксазина из-за наличия объемного заместителя.

Порфириновые фотосенсибилизаторы.

В последние годы в мировой практике для лечения онкологических заболеваний используется метод ФДТ. Механизм действия данного метода основан на способности порфириновых фотосенсибилизаторов (ПФС), локализующихся на мембранах органелл, в первую очередь митохондрий, при освещении генерировать высокоактивный синглетный кислород 1О2, который окисляет клеточные компоненты и инициирует гибель клетки. При этом наиболее эффективными фотосенсибилизаторами являются гидрофобные порфириновые соединения, так что формирование водорастворимых ассоциатов плюроник– ПФС позволяет значительно расширить спектр эффективных агентов дл ФДТ.

Для выявления влияния природы порфиринов на эффективность солюбилизации был проанализирован характер зависимостей = (q) при солюбилизации водонерастворимых порфиринов различной структуры плюрониками F-127 и F-108 (рис. 7). Для всех солюбилизированных плюроником F-127 порфиринов значения qхар не превышают 1, при q qхар степень солюбилизации падает, однако характер уменьшения с ростом q зависит от природы ПФС. Так, для ТФП и ТМФП при q qхар солюбилизация практически не происходит, а для ЭП и ДМЭПП во всем исследуемом диапазоне q qхар в водной фазе фиксировалось некоторое количество молекул порфирина, образовавших с полимером ассоциаты. Подобное различие в характере зависимостей, по-видимому, объясняется разным строением порфиринов – молекулы ЭП и ДМЭПП, имеющие плоскую пространственную структуру, вследствие эффективного межмолекулярного взаимодействия образуют более прочно связанные агрегаты с большим числом порфириновых циклов, чем тетрафенилпорфирины, имеющие неплоскую конфигурацию. При этом для более гидрофильного плюроника F-108 (по сравнению с плюроником F-127 (табл., стр. 8) соответствующее значение qхар сдвигалось в сторону более высоких концентраций порфирина, qхар 0.8.

Функциональная активность солюбилизированных ФАС в модельных условиях.

Для выявления влияния солюбилизации на процессы разагрегации были изучены функциональные свойства солюбилизированных ФАС в модельных условиях (в растворах).

Люминесцентные комплексы европия.

Для выявления влияния плюроника F-127 на люминесцентные свойства TTA-Фен-Eu в модельных условиях был проанализирован характер зависимостей интенсивности I615 полосы люминесценции ( = 615 нм) от концентрации F-127 (соотношения q) в диоксане для несолюбилизированного комплекса и в воде (при растворении солюбилизированного люминофора). Как видно из рис. 8, в диоксане I615 для TTA-Фен-Eu в присутствии плюроника возрастает незначительно (кривая I). В то же время интенсивность I люминесценции для солюбилизированного комплекса европия, растворенного в воде, возрастает по мере увеличения степени солюбилизации (рис. 8, кривая II). При этом в диоксане величина интенсивности люминесценции для комплекса в присутствии F-127 ниже величины I615 для солюбилизированного люминофора в воде (при полной его солюбилизации, рис. 8, кривая II, точки 2, 3). Это, по-видимому, связано с уменьшением эффекта «концентрационного тушения» – релаксации оптического возбуждения отдельных молекул по безызлучательным, «тепловым» каналам вследствие взаимодействия молекул люминофоров. В растворах такое «тушение» люминесценции может происходить как внутри агрегатов, так и при «столкновениях» молекул люминофора и их агрегатов. Наблюдаемое увеличение интенсивности люминесценции солюбилизированного комплекса европия в водной среде может быть обусловлено как протеканием процесса разагрегации, так и стабилизацией молекул люминофора и их агрегатов внутри мицелл плюроника.

I615, усл.ед.

Порфириновые фотосенсибилизаторы.

Влияние солюбилизации на фотосенсибилизирующие свойства ПФС изучали в модельных условиях в процессе генерации синглетного кислорода в жидкую фазу. В частности, изучали фотоокисление триптофана в присутствии ТФП, ТМФП, ЭП и ДМЭПП, солюбилизированных плюроником F-127, в воде. Для вышеперечисленных солюбилизированных ПФС было показано, что их фотокаталитическая активность возрастает в 2-5 раз с ростом концентрации плюроника (при полной солюбилизации порфиринов).

Таким образом, показано, что солюбилизация приводит к разагрегации ФАС, о чем свидетельствует улучшение их функциональных свойств, изученных в модельных условиях.

Глава 4. Функциональная активность солюбилизированных комплексов европия Комплексные -дикетонаты европия.

Для получения светоизлучающих полимерных композиций в качестве люминофора был использован комплекс TTA-Фен-Eu, а в качестве солюбилизирующего ПАВа при введении этого комплекса в полимерные матрицы был использован более гидрофобный, нежели Fплюроник L-61. Дополнительными опытами было показано, что плюроники P-85, L- и L-61 в большей степени совместимы с используемыми в работе полимерными матрицами, что связано с их гидрофобностью и сравнительно небольшой ММ. Оказалось, что интенсивность I615 люминесценции солюбилизированного плюроником L-61 TTA-Фен-Eu, содержащегося в плёнке ПММА (рис. 9, кривая 1), в 5 раз превосходит соответствующую величину при введении в полимерную композицию несолюбилизированного люминофора (рис. 9, кривая 2). При этом следует отметить, что положение полос в спектрах люминесценции комплекса, введенного в полимерные матрицы, не меняется по сравнению с положением полос в спектрах ФАС в растворах. Увеличение интенсивности люминесценции TTA-Фен-Eu при введении его в ПММА в присутствии L-61, по-видимому, происходит вследствие уменьшения размера агрегатов люминофора и уменьшения эффекта концентрационного тушения, обусловленного взаимодействиями молекул люминофоров внутри агрегатов. При введении в отвержденный ОКМ-2 солюбилизированного TTA-Фен-Eu (рис. 9, кривая 3) изменение интенсивности I615 люминесценции не происходит. Различие в значениях I615 солюбилизированного TTA-Фен-Eu в пленках ПММА и отвержденного олигомера может быть обусловлено особенностями структуры линейной и сшитой матриц.

По-видимому, в процессе отверждения ОКМ-2 плюроник, имеющий молекулярную массу 2090, «выдавливается» из густосшитой сетки (молекулярная масса межузлового блока 418), и происходит разрушение ассоциатов люминофор-плюроник. Поэтому большая часть комплекса европия в отвержденном ОКМ-2 должна находиться в несолюбилизированном виде.

I, усл.ед.

Как видно из рис. 9, значения интенсивности I615 люминесценции несолюбилизированного комплекса, введенного в ПММА (кривая 2) и сшитый ОКМ- (кривая 4), одинаковы, что свидетельствует о низкой растворимости TTA-Фен-Eu в таких матрицах. Однако использование процедуры солюбилизации позволяет повысить содержание ФАС в полимерах. Так, например, при солюбилизации комплекса TTA-Фен-Eu плюроником L-61 удавалось вводить в отвержденный ОКМ-2 до 3% масс при сохранении оптической прозрачности формирующихся композиций. Те же полимерные композиции при введении в них более 2% масс несолюбилизированного люминофора оказывались оптически непрозрачными.

Таким образом, обнаруженный эффект увеличения функциональной активности солюбилизированных люминесцентных комплексов европия, введенных в полимерные матрицы, связан с уменьшением размеров агрегатов ФАС при их солюбилизации плюрониками.

Индолиновые спирооксазины.

Фотохромизм исследуемых ИСО связан с переходом молекул под действием УФизлучения из «неокрашенной» формы (А) в «окрашенную» форму (В) (рис. 10). Форма А имеет полосы поглощения, лежащие в УФ-диапазоне спектра, а форма В поглощает свет в видимой области спектра (с B 605). При этом фотохромизм САО и СНО-6 обусловлен фотодиссоциацией спиросвязи С-О в молекулах ИСО в форме А с последующей цистрансизомеризацией и образованием формы В, характеризующейся плоской мероцианиновой структурой и сопряжением -электронов индолиновой и оксазиновой групп. Процесс темнового обесцвечивания В А протекает в обратном порядке – транс-цис-изомеризация и замыкание оксазинового цикла.

Рис. 10. Фотоиндуцируемый переход молекул ИСО из неокрашенной формы А в окрашенную форму В.

Фотохромные процессы, протекающие в растворе с высокими скоростями благодаря тепловому движению молекул, характеризуются константами скорости kАВ (фотоокрашивание) и kВА (темновое обесцвечивание). Однако скорость фотохромных процессов заметно снижается в случае введения ИСО в полимеры и проведения процессов при температурах, значения которых ниже значения температуры стеклования (Тс) полимеров.

В работе для получения фотохромных полимерных композиций САО и СНО- вводили в несолюбилизированном и солюбилизированном состояниях в ПС, ПММА и ОКМВ качестве солюбилизирующих агентов использовали F-127 и L-61. Оказалось, что при солюбилизации увеличивается эффективность окрашивания САО (т.е. увеличивается содержание окрашенной формы В) (рис. 11, а, б). Как видно из табл. 1, где приведены константы kАВ и kВА процессов фотоокрашивания и темнового обесцвечивания САО, увеличивается скорость как прямого (А В), так и обратного (В А) процессов. Однако скорость процесса фотоокрашивания увеличивается несколько больше, что сдвигает равновесие в сторону фотоиндуцированной формы. Эффект связан как с уменьшением размеров агрегатов фотохромов при их солюбилизации, так и с наличием плюроников, которые обеспечивают пластификацию полимерной матрицы и тем самым облегчают конформационные перестройки, происходящие в структуре фотоактивного соединения в условиях возбуждения и релаксации. Небольшие размеры молекул САО, и ассоциатов САОплюроник возможно определяют стабильность ассоциатов ФАС-плюроник в процессе отверждения и тем самым повышают функциональнуют активность солюбилизированного САО, введенного в сшитый ОКМ-2, в отличие от ассоциатов люминофор–плюроник, которые, как описано выше, разрушаются в процессе сшивки. Такое разрушение вызвано не только «выдавливанием» плюроника из полимерной сетки, но и, очевидно, большим размером молекул комплекса TTA-Фен-Eu.

Рис. 11. Фрагмент электронного спектра поглощения фотоокрашенной формы САО, введенного в ПС (а) и в сшитый ОКМ-2 (б) в отсутствие (1) и в присутствии плюроников F-127 (2) и L-61 (3) после облучения ( > 200 нм). Содержание фотохрома в ПС и отвержденном ОКМ-2 составляет 1% масс. Массовое соотношение ФАС/ПЛ составляет 1:2.

Табл. 1. Константы процессов фотоокрашивания (kАВ) и темнового обесцвечивания (kВА) окрашенной формы САО, введенного в ПС в отсутствие и в присутствии ПЛ.

Как видно из рис. 11, наибольшее влияние на эффективность содержание окрашенной формы САО, введенного в полимерные матрицы, наблюдается при использовании гидрофобного плюроника L-61, что связано с лучшей совместимостью его с полимерной матрицей. Как уже отмечалось, плюроники в данном случае играют роль пластификатора, повышающего эластичность матрицы и полимерного микроокружения фотохромов, что повышает скорости фотохромных процессов. Следует отметить при этом, что при солюбилизации САО плюроником L-61 в сшитую полимерную матрицу удается ввести до 3% масс фотохрома (в отсутствие плюроника вводится около 2% масс САО).

Эксперименты по введению СНО-6 в солюбилизированном и несолюбилизированном виде в матрицу ПММА показали, что в присутствии плюроника F-127 также наблюдается увеличение эффективности фотоокрашивания (рис. 12). Кроме того, солюбилизация ФАС плюроником F-127 позволяла вводить до 7% масс СНО-6 при сохранении оптической прозрачности формирующихся композиций. Те же полимерные композиции при введении в них более 2% масс несолюбилизированного фотохрома оказывались оптически непрозрачными.

Таким образом, обнаруженный эффект увеличения эффективности фотоокрашивания солюбилизированных САО и СНО-6, введенных в полимерные матрицы, связан как с уменьшением размеров агрегатов фотохромов при их солюбилизации, так и с влиянием плюроников на структуру полимерной матрицы. Очевидно, плюроники обеспечивают локальную пластификацию полимеров, облегчающую конформационные перестройки, происходящие в структуре фотоактивного соединения в условиях возбуждения и релаксации.

Глава 5. Фотокаталитическая активность солюбилизированных порфиринов в процессе генерации синглетного кислорода в газовую фазу и в системах на основе Интерес к солюбилизации порфириновых оснований связан, прежде всего, с использованием таких систем в процессах генерации синглетного кислорода, 1О2, широко используемых в последнее время при ФДТ новообразований, ран, ожогов, трофических язв.

Именно солюбилизация ПФС позволяет использовать такие системы в контактах с водными средами, иммобилизовать их на гидрофильных материалах, используемых в медицине, вводить в состав гелей. При этом сам процесс солюбилизации, как указывалось выше, способствует дезагрегированию ПФС. На справедливость последнего утверждения указывают эксперименты по прямой генерации 1О2 в условиях фотовозбуждения солюбилизированных плюроником F-127 твердых «слоев» ТФП, нанесенных на кварцевую подложку.

Процессы фотогенерации синглетного кислорода в газовую фазу в присутствии солюбилизированного ТФП.

Подобные твердофазные порфиринсодержащие системы, генерирующие 1О2 в газовую фазу, интересны тем, что позволяют непосредственно определить активность порфиринов и их устойчивость в условиях фотовозбуждения.

Полученные экспериментальные зависимости скорости генерации синглетного кислорода, Vген, в присутствии ТФП, солюбилизированного плюроником F-127, от поверхностной концентрации, Спов, порфирина и температуры представлены на рис. 13 и 14.

Как следует из рис. 13, рост скорости генерации синглетного кислорода, генерируемого слоями несолюбилизированного ТФП, наблюдается лишь в узком диапазоне поверхностной концентрации ПФС. Фиксируемое при Спов 3 х 10-10 моль/см2 падение величины Vген естественно связать с процессами агрегации молекул порфирина. В то же время для солюбилизированного ТФП не наблюдается падения скорости генерации синглетного кислорода при увеличении поверхностной концентрации. При этом диапазон Спов, при котором Vген максимальна, увеличивается и сдвигается в сторону больших значений Спов (рис. 13, кривая 2). Такая зависимость указывает на неизменность концентрации наноразмерных агрегатов ПФС в приповерхностном слое при увеличении значений Спов, т.е.

агрегаты ТФП с повышением его поверхностной концентрации (при постоянстве поверхностной концентрации плюроника 1.8 х 10-8 моль/см2) концентрируется в объеме образца.

Vген*10, моль/см х с Для исследования влияния температуры фотосенсибилизатора и структуры плюроника на активность солюбилизированного ТФП в процессах генерации 1О2 образцы прогревали до 40 0С (температуры предплавления плюроника). При увеличении температуры фотосенсибилизирующей системы наблюдали рост скорости генерации (рис. 14, кривые 1, 2, 3). Такая температурная зависимость может указывать на активационные перестройки структуры приповерхностного слоя пленки ТФП-плюроник, способствующие усилению генерации синглетного кислорода.

Vген*10, моль/см х с Структура поверхности плюроника и системы ТФП-плюроник по данным атомносиловой микроскопии и рентгеноструктурного анализа.

Используемые нами методики анализа структуры растворов (светорассеяние) не позволяли надежно зафиксировать формирование ассоциатов ПФС-плюроник в растворах.

Поэтому информация о реализующихся в таких системах взаимодействиях, приводящих к образованию ассоциатов ПФС-плюроник, была получена косвенным путем – при анализе структуры поверхности пленок, формирующихся на слюде при испарении хлороформных растворов плюроника F-127 в отсутствие и в присутствии ТФП методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).

В отсутствие порфирина структура поверхности пленки F-127 представляет собой совокупность дендритоподобных образований (рис. 15, а). При испарении хлороформного раствора, содержащего плюроник F-127 и ТФП (q=0.6), на поверхности слюды образуются островковые структуры с размерами ~ 500 нм (рис. 15, б).

Рис. 15. АСМ-изображения (в режиме топографии) поверхности плюроника F-127, кристаллизующегося на поверхности слюды из раствора в хлороформе в отсутствие (а) и в присутствии ПФС (б). Поверхностная концентрация плюроника составляла 1.1 х 10- моль/см2, поверхностная концентрация ТФП - 6.6 х 10-11 моль/см2).

При сопоставлении структуры поверхности пленок плюроника, представленных на рис.

15, а и б, можно заключить, что островковый характер пленки (рис. 15, б) указывает на существование взаимодействий, определяющих формирование ассоциатов ТФП-плюроник.

Для получения дополнительной информации о структуре ассоциатов формируемые пленки исследовались методом рентгеноструктурного анализа (РСА).

По данным РСА плюроник имеет аморфно-кристаллическую микроструктуру, представляющую собой совокупность чередующихся кристаллических и аморфных областей (степень кристалличности образцов составляла ~50%, период повторяемости слоев ~15.0 нм).

При этом кристаллические области (толщина ~12.0 нм) сформированы фрагментами полиэтиленоксида (ПЭО), поскольку дифрактограмма плюроника F-127 в больших углах полностью повторяет дифрактограмму ПЭО (рис. 16, а), а аморфные области (толщина ~3. нм) сформированы фрагментами ПЭО и полипропиленоксида.

Как следует из данных РСА, в присутствии ТФП аморфно-кристаллическая микроструктура плюроника F-127 не изменяется, однако небольшое снижение малоуглового рефлекса на дифрактограммах образцов порфирин-плюроник по сравнению с соответствующим рефлексом на дифрактограммах плюроника свидетельствуют о том, что при содержании ТФП, не превосходящем предела его солюбилизации плюроником (при q < qхар), весь порфирин концентрируется в аморфных слоях плюроника в некристаллическом мелкодисперсном виде (рис. 16, б). По-видимому, такие «капсулированные» ассоциаты порфирина и являются основными фотосенсибилизирующими элементами рассматриваемых систем. При увеличении содержания ТФП (q = 1.0, 1.8) наблюдается образование отдельной кристаллической фазы порфирина.

Рис. 16. Дифрактограммы плюроника F-127 в отсутствие (1) и в присутствии (2) ТФП в областях больших (а) и малых (б) углов. Пунктиром показана предположительная форма гало от аморфной фазы плюроника.

Процессы фотоокисления триптофана в водной фазе в присутствии систем порфирин-хитозан и порфирин-плюроник-хитозан.

фотосенсибилизирующую активность солюбилизированных ПФС, в том числе, в присутствии полимеров медицинского назначения, являются порфиринсодержащие системы на основе хитозана с различной Mw. Известно, что свойства хитозана во многом определяются его молекулярной массой: так, если высокомолекулярный хитозан используется главным образом в качестве сорбентов, комплексообразователей, а также ингибиторов некоторых микроорганизмов и вирусов, то олигомеры хитозана и низкомолекулярный хитозан проявляют также и регенерирующее, иммуностимулирующее и антитоксическое действие.

Для исследования влияния Mw хитозана на фотокаталитическую активность солюбилизированного и несолюбилизированного ДМГ были получены системы на основе ХТЗ300, ХТЗ58 и ХТЗ20.

Для систем водорастворимые ПФС-хитозан было показано, что их фотокаталитическая активность уменьшается с ростом концентрации хитозана с различной ММ, как это видно из рис. 17, где приведены зависимости kэфф от СХИТ для ДМГ. По-видимому, в присутствии аминосодержащего хитозана образуются комплексы ионного типа между протонированными 9 аминогруппами хитозана и карбоксилат-ионами водорастворимых ПФС, что, в свою очередь, приводит к агрегации порфиринов. Об агрегации молекул ПФС в присутствии аминосодержащих полимеров свидетельствуют уширение полосы Соре в ЭСП и уменьшение ее интенсивности.

Хитозан растворим в слабокислой среде (рН 5,5-6,5).

kэфф, л/моль х с Рис. 17. Зависимости константы Рис. 18. Зависимости константы скорости скорости фотоокисления триптофана, фотоокисления триптофана, катализируемого катализируемого ДМГ, в присутствии солюбилизированным ДМГ, в присутствии ХТЗ300 (1), ХТЗ58 (2) и ХТЗ20 (3) от ХТЗ58 (1), ХТЗ20 (2) и ХТЗ300 (3) от концентрации полисахарида. СПФС = 5.0 x концентрации F-127. СПФС = 5.0 x 10-6 моль/л, Однако предварительная солюбилизация ДМГ плюроником F-127 позволяет увеличивать фотокаталитическую активность ПФС в таких системах (рис. 18). Подобное повышение активности ДМГ возможно благодаря предотвращению процесса агрегации ПФС при его солюбилизации плюроником. При этом оказалось, что системы на основе низкомолекулярных ХТЗ58 и ХТЗ20 (рис. 18, кривые 1, 2) при СПЛ > 1.0 x 10-2 моль/л более активны, чем системы, содержащие высокомолекулярный ХТЗ300 (рис. 18, кривая 3).

Подобное различие в фотоактивности порфирина в тройных системах, по-видимому, связано с разной совместимостью ХТЗ300 и ХТЗ20 с плюроником. Так, в растворах ХТЗ300–F-127–ДМГ возможна дополнительная агрегация порфирина на границе раздела плохо совмещающихся полимеров хитозана (молекулярная масса 3 х 105) и плюроника (молекулярная масса 1.26 x 104). При этом в растворах ХТЗ20 и F-127 подобная микронеоднородность, очевидно, отсутствует, что и объясняет дальнейший рост фотоактивности ПФС в присутствии хитозана и плюроника.

Высказанные предположения о разной совместимости высокомолекулярного и низкомолекулярного хитозана с плюроником в водной фазе подтверждаются результатами изучения методом АСМ структуры пленок, полученных при испарении совместных растворов ХТЗ300 или ХТЗ20 с F-127 в отсутствие и в присутствии ДМГ (рис. 19 и 20). Видно (рис. 19, а), что из совместного раствора с плюроником ХТЗ300 кристаллизуется на слюде в виде глобул диаметром 100-400 нм, а плюроник образует на поверхности хитозана дендритоподобные структуры. Введение димегина в систему ХТЗ300–F-127 влияет только на структуру плюроника (рис. 19, б) таким образом, что он кристаллизуется на поверхности высокомолекулярного хитозана в виде островковых образований. Центрами кристаллизации плюроника в данном случае, по-видимому, являются агрегаты порфирина. Иная картина наблюдается при исследовании структуры систем низкомолекулярный хитозан–плюроник. В отсутствие плюроника ХТЗ20 образует на поверхности слюды дендритные структуры, а при испарении растворов ХТЗ20–F-127 оба компонента кристаллизуются на слюде в виде взаимопроникающих дендритоподобных структур (рис. 20, а). Отметим, что введение ДМГ в систему ХТЗ20–плюроник заметно не влияет на морфологию поверхности (рис. 20, б).

Вероятно, в данном случае помимо агрегатов порфирина существуют и другие центры кристаллизации плюроника F-127 – глобулы и дендриты низкомолекулярного хитозана.

Подобный характер кристаллизации систем ХТЗ20–F-127 в отсутствие и в присутствии порфирина возможен только при хорошей совместимости полимеров в растворах.

Таким образом, солюбилизация порфириновых фотосенсибилизаторов приводит к повышению их функциональной активности в процессе генерации синглетного кислорода, обусловленному разагрегацией ПФС.

Рис. 19. АСМ-изображения (в режиме топографии) поверхности пленок, полученных при испарении растворов F-127–ХТЗ300 (а) и ДМГ–F-127–ХТЗ300 (б). СХИТ = 9.9 x 10-3, СПЛ = 2.0 x 10-3, СПФС = 5.0 x 10-6 моль/л.

Рис. 20. АСМ-изображения (в режиме топографии) поверхности пленок, полученных при испарении растворов F-127–ХТЗ20 (а) и ДМГ–F-127–ХТЗ20 (б). СХИТ = 9.9 x 10-3, СПЛ = 2.0 x 10-3, СПФС = 5.0 x 10-6 моль/л.

ВЫВОДЫ

1. Предложен новый подход к созданию полимерных материалов оптического назначения, содержащих фотоактивные соединения (ФАС) - люминесцентные комплексы европия, фотохромные индолиновые спирооксазины и порфириновые фотосенсибилизаторы, заключающийся в предварительном получении термодинамически стабильных супрамолекулярных ассоциатов ФАС с плюрониками, и последующем введении их в полимерные матрицы.

2. Показано, что солюбилизация позволяет повысить содержание ФАС в полимерных матрицах при сохранении физико-химических и оптических свойств композиций. В частности, солюбилизация плюроником F-127 спиронафтоксазина СНО-6 позволяет вводить в ПММА 7% масс ФАС (в несолюбилизированном виде удается ввести 2% масс фотохрома).

3. Обнаружено возрастание функциональной активности солюбилизированных ФАС, введенных в полимерные матрицы. В частности, интенсивность люминесценции TTA-ФенEu, солюбилизированного плюроником L-61, в матрице ПММА в 5 раз выше интенсивности некапсулированного ФАС. Эффективность фотоокрашивания САО и СНО-6, введенных в ПС, ПММА и сшитый ОКМ-2 при солюбилизации плюрониками F-127 и L-61, возрастает в 1.5 раза. Эффект связан с уменьшением размеров агрегатов ФАС при солюбилизации, и с пластифицирующим влиянием плюроников на структуру полимерной матрицы.

4. Показано, что солюбилизация порфириновых фотосенсибилизаторов приводит к повышению их активности в процессе генерации синглетного кислорода 1О2. В частности, увеличивается эффективность генерации 1О2 с эмиссией в газовую фазу в присутствии твердофазных систем на основе солюбилизированного ТФП (расширяется диапазон концентраций, при которых ТФП активен). В присутствии солюбилизированного ДМГ в системах на основе хитозана возрастает скорость фотокаталитического окисления триптофана.

5. Показано, что метод атомно-силовой микроскопии может быть информативным при выявлении формирующихся ассоциатов ФАС-плюроник в растворе. В частности, показано, что степень совместимости хитозана и плюроника F-127 в растворе, определяющую степень разагрегации ДМГ и его функциональную активность, можно оценить при анализе структуры поверхности соответствующих твердофазных систем.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Твердофазное взаимодействие хитозана с карбоксилсодержащими порфиринами в условиях высокого давления и сдвиговых деформаций. Роговина С.З., Соловьева А.Б., Аксенова Н.А., Жаров А.А. ВМС, Серия А, 2004, Т. 46, №3, с.с. 421-425.

2. Солюбилизированные плюрониками порфириновые фотосенсибилизаторы в процессе окисления триптофана. Соловьева А.Б., Мелик-Нубаров Н.С., Аксенова Н.А., Глаголев Н.Н., Встовский Г.В., Бугрин В.С., Лузгина В.Н., Ольшевская В.А., Белкова Г.В.

ЖФХ, 2006, Т. 80, №1, с.с. 137-143.

3. Photocatalytic activity of water-soluble tetrapyrrole compounds in the presence of aminocontaining polymers. N.N. Glagolev, S.Z. Rogovina, A.B. Solov`eva, N.A. Aksenova, S.L. Kotova.

Russian Journal of Physical Chemistry, 2006, Vol. 80, Suppl. 1, р.р. S72-S76.

4. Влияние аминосодержащих полимеров на фотокаталитическую активность водорастворимых порфириновых сенсибилизаторов. Глаголев Н.Н., Аксенова Н.А., Роговина С.З., Соловьева А.Б. ДАН, 2007, Т. 416, №1, с.с. 57-59.

5. Рентгеновское дифракционное исследование структуры плюроника F-127 и его комплексов с тетрафенилпорфирином. Шаталова О.В., Кривандин А.В., Аксенова Н.А., Соловьева А.Б.. ВМС, Серия А, 2008, Т. 50, №4, с.с. 644–650.

6. Фотолюминесцентные характеристики полимерных композиций, содержащих солюбилизированные плюрониками -дикетонатные комплексы европия. Аксенова Н.А., Глаголев Н.Н., Шашкова В.Т., Зайченко Н.Л., Кольцова Л.С., Мардалейшвили И.Р., Шиенок А.И., Тимашев П.С., Западинский Б.И., Соловьева А.Б. ЖФХ, 2008, Т. 82, №9, с.с. 1759-1764.

7. Влияние плюроников на фотокаталитическую активность водорастворимых порфиринов. Жиентаев Т.М., Мелик-Нубаров Н.С., Литманович Е.А., Аксенова Н.А., Глаголев Н.Н., Соловьева А.Б. ВМС, Серия А, 2009, Т. 51, №5, с.с.757-767.

8. Development of novel formulations for photodynamic therapy on the basis of amphiphilic polymers and porphyrin photosensitizers. Pluronic influence on photocatalytic activity of porphyrins. Solovieva А.B., Melik-Nubarov N.S., Zhiyentayev Т.М., Tolstih P.I., Kuleshov I.I., Aksenova N.A., Litmanovich E.A., Glagolev N.N., Timofeeva V.А., Ivanov A.V. Laser Physics, 2009, V. 19, Iss.4, р.р. 817-824.

9. Параметризация хаотического рельефа поверхностей по данным атомно-силовой микроскопии. Мисуркин П.И., Аксенова Н.А., Тимашев П.С., Тимофеева В.А., Соловьева А.Б. Рос. Хим. ж. (Ж. Рос. Хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2009, Т. LIII, №6, с.с. 84-92.

10. Особенности фотокаталитических свойств и структуры порфиринсодержащих систем на основе хитозана. Н.А. Аксенова, В.А. Тимофеева, С.З. Роговина, П.С. Тимашев, Н.Н. Глаголев, А.Б. Соловьева. ВМС, Серия Б, 2010, Т. 52, №2, с.с.122-128.

Тезисы докладов:

1. Введение «паспорных параметров» для характеризации областей «отпечатков пальцев» в спектрах инфракрасного поглощения сложных молекул. Тимашев П.С., Белых Д.В., Аксенова Н.А., Котова С.Н., Соловьева А.Б. Материалы докладов Международного полупроводниковых приборах», Москва, 2003, c.c. 28-33.

2. Получение хитозан-порфириновых соединений в твердой фазе. Роговина С.З., Аксенова Н.А., Жаров А.А., Соловьева А.Б. Сборник статей VII Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана», СанктПетербург, 2003, с.c. 43-46.

3. Фотосенсибилизированное окисление антрацена в присутствии иммобилизованного на пористом кремнии тетрасульфофенилпорфирина. Аксенова Н.А., Соловьева А.Б., Глаголев Н.Н., Тимашев С.Ф. Материалы IX Международной конференции по химии порфиринов и их аналогов, Суздаль, 2003, c. 174.

4. Фотоактивные наноразмерные оптические материалы. Аксенова Н.А., Шашкова В.Т., Соловьева А.Б., Западинский Б.И. Тезисы докладов IX Международной конференции по химии и физикохимии олигомеров «Олигомеры – 2005», Москва-Черноголовка-Одесса, 2005, с. 187.

5. Создание сополимеров, стимулирующих проникновение порфириновых фотосенсибилизаторов через модельные липидные мембраны и мембраны живых клеток.

Мелик-Нубаров Н.С., Соловьева А.Б., Аксенова Н.А., Жиентаев Т.М., Бугрин В.С., Литманович Е.А., Глаголев Н.Н., Встовский Г.В., Иванов А.В., Филинова Е.Ю. Тезисы докладов Малого полимерного конгресса, Москва, 2005, с. 38.

6. Исследование каталитической активности порфиринов, иммобилизованных на хитозановых носителях. Роговина С.З., Глаголев Н.Н., Соловьева А.Б., Аксенова Н.А.

Сборник статей VIII Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана», Казань, 2006, с.с. 309-312.

карборанилпорфиринов. Белкова Г.В., Аксенова Н.А., Соловьева А.Б., Лузгина В.Н., Ольшевская В.А. Сборник тезисов юбилейных научных чтений, посвященных 110-летию со дня рождения проф. Н.А. Преображенского, Москва, 2006, с. 50.

8. The influence of polymeric carriers nature on catalytic properties of porphrins in the photooxidation of tryptophan. Aksenova N.A., Glagolev N.N., Rogovina S.Z., Solov’eva A.B.

Abstracts of the conference “Polymerwerkstoffe 2006”, Halle/Saale, p. 219.

карборанилпорфиринов. Белкова Г.В., Аксенова Н.А., Соловьева А.Б., Лузгина В.Н., Глаголев Н.Н., Ольшевская В.А., Суходольская Т.Н. Сборник тезисов XVIII Cимпозиума «Современная химическая физика», Туапсе, 2006, с. 243.

10. Влияние плюроников на фотоиндуцированную токсичность фотодитазина.

Жиентаев Т.М., Аксенова Н.А., Мелик-Нубаров Н.С., Соловьева А.Б. Тезисы докладов четвертой Всероссийской Каргинской конференции, Москва, 2007, Т. 2, с. 383.

11. Влияние солюбилизации на люминесцентные свойства -дикетонатов европия в полимерных матрицах. Аксенова Н.А., Глаголев Н.Н., Зайченко Н.Л., Западинский Б.И., Кольцова Л.С., Мардалейшвили И.Р., Соловьева А.Б., Тимашев П.С., Шашкова В.Т., Шиенок А.И. Тезисы Симпозиума «Нанофотоника». Черноголовка, 2007. с. 31.

12. Luminescence characteristics of the polymer composition containing nanoaggregates of solubilized by pluronics europium diketonates. Aksenova N.A., Glagolev N.N., Shashkova V.T., Zaichenko N.L., Kol`tsova L.S., Shiyonok A.I., Mardaleishvili I.R., Timashev P.S., Zapadinskyy B.I., Solovieva A.B. Тезисы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии.

Москва, 2007, Т. 5, с. 56.

13. Особенности солюбилизации порфириновых соединений плюрониками. Аксенова Н.А., Суходольская Т.Н., Лузгина В.Н., Белкова Г.В., Глаголев Н.Н., Тимашев П.С., Соловьева А.Б.. Тезисы VII Школы-конференции молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений. Одесса, 2007, с.с. 65-66.

14. Механизм воздействия амфифильных полимеров на активность порфириновых сенсибилизаторов в фотодинамической терапии. Соловьева А.Б., Аксенова Н.А., Иванов А.В., Мелик-Нубаров Н.С., Жиентаев Т.М., Тимашев С.Ф., Коноплянников А.Г. Тезисы XVIII Международной научно-технической конференции «Лазеры в науке, технике, медицине». Адлер, 2007. с. 82-85.

15. «Noise» in atomic force microscopy images, Timashev P.S., Aksenova N.A., Solovieva A.B., Timashev S.F., Noise and Fluctuations in Photonics, Quantum Optics and Comunications, edited by Leon Cohen, Proc. of SPIE, vol. 6603, 660322, Florence, Italy, 2007.

16. Atomic force microscopy as a tool for porphyrin – bioactive surfactant solubilization research. Souhodolskaya T.N., Solovieva A.B., Aksenova N.A., Timashev P.S., Glagolev N.N.

Abstracts of V International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines. Moscow, 2008. p. 565.

17. Photocatalytic systems chitosan-pluronic-porphyrin: property and structure. Aksenova N.A., Rogovina S.Z., Solovieva A.B., Timofeeva V.A., Timashev P.S., Glagolev N.N. Abstracts of the 3rd International Conference on chemical Investigation & Utilization of Natural Resources.

Ulaanbaatar, 2008, p. 39.

18. Study of the structure of chitosan-pluronic-porphyrin photocatalytic systems by AFM.

Aksenova N.A., Rogovina S.Z., Solovieva A.B., Timofeeva V.A., Timashev P.S., Glagolev N.N.

Abstracts of the conference “Polymerwerkstoffe 2008”, Halle/Saale, p. PII-50.

19. Фотокаталитические свойства и структура тройных систем хитозан-плюроникпорфирин. Аксенова Н.А., Соловьева А.Б., Роговина С.З., Тимофеева В.А., Тимашев П.С., Глаголев Н.Н. Тезисы докладов XII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии – 2008», Волгоград, 2008, с.с. 132-133.

20. Порфиринсодержащие комплексы на основе хитозана – возможные препараты для фотодинамической терапии. Иванов А.В., Аксенова Н.А., Роговина С.З., Глаголев Н.Н., Тимашев П.С., Соловьева А.Б. Тезисы XIX Международной научно-технической конференции «Лазеры в науке, технике, медицине». Адлер, 2008, с. 65.

21. Анализ процессов комплексообразования в системе хитозан-плюроник-порфирин по данным АСМ. Тимофеева В.А., Аксенова Н.А., Роговина С.З., Глаголев Н.Н., Тимашев П.С., Соловьева А.Б. Тезисы докладов XXII Российской конференции по электронной микроскопии, Черноголовка, 2008, с. 225.

22. The structure and fotocatalytic properties of chitosan-pluronic-porphyrin systems.

Timofeeva V.A., Aksenova N.A., Rogovina S.Z., Solovieva A.B., Timashev P.S., Glagolev N.N.

Abstracts of the conference СРР 5, London, 2008, p. 70.

23. Photocatalytic activity of the watersoluble porphyrins solubilized by pluronic F127.

Aksenova N.A., Glagolev N.N., Timashev P.S., Melik-Nubarov N.S., Solovieva A.B. Abstracts of the 18 International Laser Physics Workshop, Barselona, 2009, p. 239.

24. Functional characteristics of the polymer composition containing nanoaggregates of solubilized by pluronics europium diketonates and spirooxazines. Aksenova N.A., Glagolev N.N., Shashkova V.T., Zaichenko N.L., Kol`tsova L.S., Shiyonok A.I., Mardaleishvili I.R., Timashev P.S., Zapadinskyy B.I., Solovieva A.B. Abstracts of the 11 Annual Conference YUCOMAT 2009, Herci Novi, p. 172.

25. Фликкер-шумовая спектроскопия в параметризации нанорельефа поверхности композиционных полимерных систем в атомно-силовой микроскопии. Мисуркин П.И., Аксенова Н.А., Тимофеева В.А., Соловьева А.Б. Тезисы докладов XVI Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, 2009, с. 23.