НАНОТЕХНОЛОГИЯ ПОЛИМЕРОВ: ИННОВАЦИОННЫЕ ПОДХОДЫ 

 

Рашидова С.Ш.

Научно исследовательский центр химии и физики полимеров при НУУ, Узбекистан

 

Nanotechnology polymers: innovative approaches

Полимерлар нанотехнологияси: инновацион ёндашув

 

Экономика 21 века – экономика, основанная на знаниях, создание которых связано с развитием инновационных технологий.

Мощным импульсом для развития инновационных технологий послужило Постановление Президента Республики Узбекистан «О дополнительных мерах по стимулированию внедрения инновационных проектов и технологий в производство», создавшее условия для трансфера новых технологий, в.т.ч. нанотехнологий, в сферу промышленности с целью развития экономики Узбекистана.

Приоритетами развития экономики страны, в.т.ч. химической и нефтегазовой промышленности, означенных главой государства на расширенном заседании Кабинета Министров РУз, посвященном итогам экономического и социального развития страны за 2015 год, определены «непрерывное технологическое и техническое обновление производства…, поэтапное увеличение глубины переработки отечественных сырьевых ресурсов минерального и растительного происхождения…, расширение объемов и номенклатуры производства продукции с высокой добавленной стоимостью».

Президент Республики Узбекистан отметил, что «… в результате выпуска продукции с высокой добавленной стоимостью объемы производства нефтегазохимической продукции могут быть увеличены с освоением новых её видов к 2030 году в 3,2 раза, …продукции химической промышленности … в 3,2 раза».

С июля 2014 года начал действовать Научно-исследовательский Центр химии и физики полимеров при НУУ, созданный на базе Института химии и физики полимеров, который течение более 30 лет функционировал в системе Академии Наук РУз.

Согласно Постановления Президента РУз «О мерах по дальнейшей оптимизации структуры Академии наук Республики Узбекистан и укреплению интеграции академической науки и высшего образования республики» следует обратить «особое внимание на нацеленность научных исследований на решение задач приоритетных направлений социально-экономического развития страны, усиления их практической направленности и результативности», причем с учётом «обеспечения широкого вовлечения в научно-исследовательскую деятельность профессорско-преподавательского состава, студентов ВУЗов, а также активного использования научных исследований и инновационных разработок».

Процесс интеграции образования, науки и производства активно реализуется в ряде отраслей промышленности и особенно в химической и нефтехимической отраслях.

В XXI веке во многих областях естественных наук, особенно в ее биологическом направлении, широко используется как один из видов новой технологии-нанотехнология.

С 2000 г. коллектив Института, в настоящее время Центра, уделяет внимание исследованиям в области нанотехнологий высокомолекулярных соединений.  Формирование и применение полимерных наноматериалов  широко востребовано в науке, промышленности, агропромышленном комплексе, биотехнологии и медицине в связи с возможностью добиваться существенного улучшения физико-химических, механических, барьерных свойств  полимеров и использовать их в качестве носителей лекарственных веществ, катализаторов, наполнителей, композиционных полимерных материалов с уникальными свойствами.

В настоящее время существует огромное количество исследований наноматериалов различной природы, структурных характеристик и свойств. Вместе с тем, получение наноструктур, наноразмерных систем и новых наноструктурированных материалов, в частности, на основе природных полисахаридов с заданными свойствами ставит определенные задачи.

Наноматериалы на основе хитозана имеют уникальные физические  и химические свойства, такие как высокая поверхностная площадь, пористость, предел прочности, проводимость, фотолюминесцентные cвойства, а также увеличенная механическая прочность по сравнению с исходным хитозаном.

В области наноматериалов наблюдается все возрастающий интерес к хитозану из-за его биологической совместимости, способности к разложению микроорганизмами, высокой проницаемости, рентабельности, нетоксичности и превосходной пленкообразующей способности. Кроме того, его способность увеличивать проникновение больших молекул через поверхность слизистой оболочки и признание хитозана как мукоадгезивного  препарата используется во всем мире для производства наночастиц. Благодаря  этим свойствам, хитозан находит  применение  в биомедицине для заживления ран, тканевой инженерии, трансгенезу, доставке лекарственных средств и биодатчиков.

Следует отметить, что основная масса работ по антибактериальной активности связана с хитозаном и почти нет работ по выявлению биологической активности нанохитозана и взаимосвязи между химической структурой хитозанового полимера и его биологическим эффектом на клетки микроорганизмов. Исходя из этого, видимо вполне очевидно, что понимание механизма подавления бактерий хитозаном и его наночастицами может привести к созданию более эффективных антибактериальных препаратов.

Нанохитозан. Синтез нанохитозана осуществлялся из очищенного хитозана  методом дробного осаждения  в присутствии и отсутствии модификатора поверхности. Экспериментальным путем были подобраны оптимальные концентрации раствора хитозана, соотношения осадитель- раствор хитозана, рН, соотношение раствор ХЗ- стабилизатор.

Проведены испытания на антибактериальную активность нанохитозана  в сравнении с хитозаном. Выявлено, что в отличие от хитозана нанохитозан оказал выраженное воздействие почти на все группы микроорганизмов, причем нанохитозан оказывает воздействие как на грам- положительную, так и на грамотрицательную флору (таблицы 1,2)

Показано, что  ХЗ оказал  антибактериальное действие на Prot.vulgaris. Следует отметить, что с увеличением концентрации ХЗ до 1 %  наблюдается антибактериальное действие на микроорганизмы Klebsiella и Ps.aerogenosa. Испытание  хитозана в концентрациях 0,1 % и 0,5 % показало, что препарат воздействует также на фунгицидные микроорганизмы: Aктиномицет (табл.1)

 

Таблица №1

Характеристика чувствительности микробов к некоторым

лекарственным препаратам в условиях invitro

 

tablitsa-1

 

 

Примечания: единицы приведены в мм задержки роста микробов. (мм)

 

Материалы проведенных микробиологических исследований, посвященных изучению антибактериальной активности нанохитозана Bombyx mori,  представлены в таблице № 2.

При проведении испытаний на  антибактериальную активность НХЗ выявлено, что препарат НХЗ оказал выраженное воздействие почти на все группы микроорганизмов: St.saprofiticus, Str.pyogens, Ent.faecalis, Esch. Coli ЛП, Esch. Coli ЛН, Prot.vulgaris, Klebsiella, Aктиномицет, независимо от концентрацииИз таблицы видно, этот препарат оказывает достоверно высокую степень антибактериального воздействия. При этом следует заметить, что НХЗ оказывает воздействие как на грамположительную, так и на грамотрицательную флору. Интересно отметить, что у этого препарата антибактериальная активность возрастает с увеличением его концентрации. Так, препарат с высокой концентрацией (1,0%) оказал антибактериальное влияние почти на все микробы, кроме культур энтерококка, грибов рода Candida и на Bac.subtilis.

Таблица № 2

Характеристика чувствительности микробов к НХЗ в условиях invitro

 

tablitsa-2

Таким образом, на основании проведенных микробиологических исследований по изучению антибактериальной активности: хитозана и нанохитозана можно сделать следующие выводы:

Использование нанохитозана Bombyx mori в качестве антибактериального препарата показало его большую активность по отношению как грамположительной, так и грамотрицательной флоры.

Использование хитозана, нанохитозана и их производных для применения в сельскохозяйственной практике связано с их росторегулирующей и бактерицидной активностью. Целесобразно применять эти препараты для предпосевной обработки семян, что обусловлено совокупностью их полезных физико-химических свойств: биодеградируемостью, гидрофильностью, способностью к комплексообразованию и набуханию и др.

Нами начаты экспериментальные исследования по капсулированию нанохитозаном (Нанохитосилк) опушенных и оголенных семян хлопчатника в лабораторных условиях. В данном направлении получены первые положительные результаты.

Изучено  влияние ХЗ и НХЗ на энергию прорастания и всхожесть (учет по энергии прорастания вели на 4 сутки, всхожесть на 12 сутки)., использованы семена хлопчатника сорта Султон (таблицы 3,4).

 

Таблица 3

Влияние растворов ХЗ и НХЗ на энергию прорастания и всхожесть

семян хлопчатника сорта Султон.

 

Варианты Энергия прорастания

4 день,

%

Всхожесть

12 день,

%

Опушенные семена хлопчатника
1 ХЗ — 0,5 % 88,0 90,0
2 ХЗ – 1,0 % 91,0 93,0
3 ХЗ – 2,0 % 93,0 95,0
4 НХЗ – 0,5 % 90,0 91,0
5 НХЗ – 1,0 % 91,0 94,0
6 НХЗ – 2,0 % 91,0 96,0
7 Контроль (сухие семена без обработки) 87,0 90,0
Оголенные семена хлопчатника
8 ХЗ — 0,5 % 92,0 95,0
9 ХЗ – 1,0 % 90,0 92,0
10 ХЗ – 2,0 % 89,0 90,0
11 НХЗ – 0,5 % 91,0 95,0
12 НХЗ – 1,0 % 90,0 94,0
13 НХЗ – 2,0 % 90,0 91,0
14 Контроль (сухие семена без обработки) 88,0 90,0

 

Выявлено, что опушенные семена, обработанные 2,0 % растворами хитозана и нанохитозана, дали наиболее высокий процент и по энергии прорастания, и по всхожести, в случае оголенных семян, наилучший показатель был получен при обработке 0,5% — ными растворами хитозана и нанохитозана.

Нами также изучено влияние нанохитозана на энергию прорастания и всхожесть семян пшеницы сорта “Таня” в лабораторных условиях (таблица 4).

Из данных, представленных в таблице 4 выявлено, что образец-3 НХЗ  (концентрация препарата 2,0%) проявил наилучший результат по сравнению с другими вариантами, энергия прорастания семян пшеницы составила 58,8% (на 18,5 % выше контроля), а всхожесть 88,0% (на 7 % выше контроля).

Исходя из проведенных лабораторных исследований, можно сделать вывод, что нанохитозан проявил наилучший результат, в дальнейшем эти образцы необходимо испытать также на других сортах хлопчатника и пшеницы.

 

 

 

Лабораторные данные по изучению энергии прорастания и всхожести семян пшеницы

Дата посева. 11.05.2015 г.Сорт пшеницы «Таня»

Таблица-4

Название препарата или образца Энергия прорастания,

на 3 сутки, в %

Средняя, в % Всхожесть,

на 7 сутки, в %

Средняя, в %
1 2 3 4 1 2 3 4
1 Контроль (без обработки) 35 40 42 44 40,3 85 80 78 81 81,0
2 Далтебу (эталон) 55 60 61 58 58,5 86 87 88 82 85,8
3 НХЗ 0,5% исход 51 49 48 52 50,0 82 81 83 79 81,3
4 Обр-1 НХЗ 52 53 51 49 51,3 79 78 77 79 78,3
5 Обр-2 НХЗ 48 49 47 50 48,5 71 72 73 72 72,0
6 Обр-3 НХЗ 59 61 58 57 58,8 88 87 88 89 88,0

 

 

Наполимерметаллокомплексы. На сегодняшний день на стыке химических наук образовался новый раздел химии — нанохимия, которая изучает основные закономерности и особенности синтеза, свойства и применения наночастиц, в том числе полимерных, а также исследует корреляцию между размерными эффектами и их свойствами.

Несомненно, в последнее десятилетие наблюдается повышенный интерес к фундаментальным и прикладным исследованиям, связанным с синтезом наночастиц биогенных металлов (кобальт, медь, марганец, цинк и др.), изучением их свойств и практическим применением в различных отраслях народного хозяйства. Роль полимерстабилизованных металлических ионов и наночастиц в живой природе известна давно. Металлосодержащие белковые системы (ферменты, включающие в свой состав Fe, Co, Cu, Mn, Mo) играют важную роль в биокатализе и метаболизме. Для регулирования ферментативной активности применяют металлобелковые препараты. Получение наноструктурированных систем биогенных металлов, стабилизированных природными и синтетическими полимерами, открывает новые возможности их применения в различных отраслях народного хозяйства. Восстановление ионов металлов в среде полимера создает возможность получать наносистемы с равномерным распределением НЧ в объеме матрицы и обеспечивать их максимальную стабилизацию, что способствует расширению их области применения.

В последние годы интерес к изучению и получению наноразмерных частиц существенно возрос. Это связано с тем, что открылись новые перспективные возможности использования наноматериалов в различных областях, в частности, для получения эффективно действующих бактерицидных и фунгицидных полимерстабилизированных металлических наночастиц (НЧ), для создания новых медицинских препаратов.

Так как хитозан обладает ценными свойствами — биосовместимостью, биодеградируемостью и нетоксичностью, применение его в качестве матрицы для формирования и стабилизации НЧ, а также в качестве макролиганда при получении координационных соединений, изучение особенностей стабилизации НЧ и комплексообразования хитозана с ионами металлов, поиск путей реализации их уникальных свойств в практику является актуальной.

Структурная организация и стабилизация наноразмерных частиц — серьезнейшая проблема, без решения которой трудно определить и оптимизировать области их практического использования. Использование НРЧ металлов переменной валентности в качестве наполнителя в полимерных матрицах позволяет получить принципиально новые материалы со спектром механических, физико-химических и медико-биологических свойств. Металлические дисперсные наполнители улучшают бактерицидность, фунгицидность, тепло- и электропроводность, магнитную восприимчивость, теплоемкость и другие свойства полимерных материалов. Использование в качестве стабилизатора металлических наночастиц природного полисахарида – хитозана Bombyx mori с собственными биологически активными свойствами может стать эффективным и технологичным методом создания уникальных наноразмерных материалов широкого спектра действия.

Получены хитозанстабилизированные наночастицы меди и кобальта путем химического восстановления и исследованы их биологически активные свойства. Химическим восстановлением Со2+ в растворе природного полисахарида — хитозана Bombyxmori, получены его нанокомплексы с кобальтом. Результаты электронно-микроскопических исследований свидетельствуют, что для образцов металлокомплексов характерны наночастицы сферической формы от 8 до 40 нм. Микрофотография более высокого разрешения позволяет видеть, что даже для большей части кажущихся сферическими частицами наблюдается четкая морфология: «ядро–оболочка», состоящая из металлосодержащего ядра, находящегося в виде наностержней, шириной 8 нм и длиной 16÷40 нм. Как отмечено, НЧ Со микрокапсулируются макромолекулой ХЗ. По электронно-микроскопическим снимкам построена гистограмма и определена функция распределения наночастиц для этих образцов.

Экспериментальные данные показывают, что для образцов нанокомплекса хитозана Bombyxmori функция распределения наночастиц металла имеет ассиметрический и полимодальный характер, где наибольшая часть металлических наночастиц имеют размер от 5 нм до 15 нм. Возможно, это связано с условиями получения наночастиц.

Также получены наноструктурированные комплексы хитозана Bombyxmori синтезом свободных металлических НЧ с последующим введением их в матрицу. УФ-спектроскопические исследования показывают, что на спектре полимерной матрицы — хитозана имеются полосы поглощения, которые связаны с сопряженными связями ацетамидных групп при λ=237,8 нм. В наноструктурированных полимерных металлокомплексах помимо этого появляется полоса поглощения при λ=300 нм, которая свидетельствует об энергии расщепления d-орбиталей металлов. Также, для ионов кобальта характерный пик появляется при 500 нм, а при их восстановлении пик сдвигается до 216 нм, который хорошо согласуется с литературными данными.

Все методы получения НЧ металлов и их оксидов вызывают интерес для получения нанокомпозиций на основе синтетических и природных полимеров с различными структурами и свойствами. Данные методы позволяют синтезировать узкодисперсные полимерстабилизированные металлические НЧ с различными свойствами. Варьирование условий синтеза и соотношения реагентов, также изменение природы полимерной матрицы создает широкие возможности получения и применения НЧ.

В основе псевдоматричного синтеза нанокомпозитов полимер-металл лежит образование устойчивого комплекса частица металл-макромолекула при восстановлении ионов металла в растворах полимеров. Когда создаются условия для псевдоматричного механизма формирования таких композитов (макромолекулы имеют минимальную необходимую длину и находятся в большом избытке), продукты синтеза представляют собой устойчивые к окислению коллоидные дисперсии частиц металла, стабилизированные полимерным экраном.

Получены наноструктурированные металлокомплексы хитозан-кобальт путем химического восстановления ионов металлов алканолами. Обнаружено, что, варьируя соотношения полимер-металл, а также концентрации алканола, можно регулировать размер наночастиц. Установлено, что стабилизация металлических наночастиц происходит по лиофильному механизму, т.е. хемосорбцией металла к функциональным группам полимера. Поскольку в полимерной цепи хитозана существуют электронодонорные группы, стабилизация НЧ с этим биополимером, вероятно, протекает по лиофильному механизму. С целью выявления природы взаимосвязи хитозан:металл в комплексе проведено компьютерное моделирование конформационных и геометрических характеристик молекулярного комплекса хитозан-кобальт.

 

ximiya1

Электростатический потенциал комплекса хитозан — металл

ximiya2

 

 

Предварительный механизм стабилизации наночастиц металла макромолекулами хитозана в его растворе для различных конформаций цепей: а – фрагмент цепи статистического клубка; б – фрагмент цепи спиральной конформации

Также установлено, что переход от статистического клубка к конформации спирали хитозана позволяет сформировать систему наночастиц металла с более узким распределением по размерам, максимум которого смещен в сторону меньших размеров. Показано, что процесс сорбции наночастиц металлов происходит в макромолекулярных полостях частиц хитозана посредством его функциональных групп, т.е. протекает по лиофильному механизму.

В отсутствии стабилизатора — хитозана получены НЧ меди и кобальта в среде алканола. Полученные порошки идентифицированы электронно-микроскопическим и РФА-методами. Результаты сканирующей электронной микроскопии свидетельствуют, что наноразмерные частицы имеют кубическую форму (кубический шпинель), соответствующий оксиду кобальта. По элементному анализу нанопорошка установлено, что кобальт и кислород присутствуют в весовом соотношении 26.9:69.03, который соответствует эмпирической формуле – Со3О4 (СоО·Со2О3). Также микрофотографии и рентгенофазовые дифрактограммы нанопорошков меди показывали, что порошок представляет собой мелкодисперсные частицы сферической формы. По спектру и элементному анализу порошка обнаружено, что он содержит Сu и О в весовом соотношении 77.17:22.83, которое соответствует эмпирической формуле — CuO. Авторами установлено, что отсутствие полимера в системе приводит к окислению металлических НЧ меди и кобальта.

Исследован процесс формирования наночастиц серебра в присутствии пропанола-2 в матрице хитозана Bombyxmori и изучено влияние соотношений хитозан-Ag+ на размер образующихся НЧ Ag. Как показывают результаты, путем варьирования соотношения реагентов можно регулировать размер НЧ, т.е. увеличение в системе соотношений ХЗ:Ag+ от 5 до 30 приводит к уменьшению размеров металлических наночастиц от 140 нм до 20 нм, соответственно. Исследование биологически активных свойств образцов ХЗ и ХЗ:Ag0показало, что ХЗ при концентрации 0.5% проявляет бактериостатическое свойство, в  то время как 0.04% раствор ХЗ:Ag0 бактерицидное свойство.

Также нами получены стабилизированные наночастицы серебра цитратным методом в присутствии хитозана Bombyx mori. Размер металлических наночастиц варьировался в зависимости от концентрации восстановителя. Следует отметить, что в предлагаемом методе образуются относительно однородные по форме и размеру НЧ серебра. Результаты исследований показывают, что с увеличением концентрации восстановителя размера частиц соответственно уменьшаются до 15 нм, т.е. варьирование концентрации восстановительного агента является важным инструментом для регулирования размера металлических частиц (Рис.1,2).

 

ximiya3

 

Рис.1. АСМ-снимок, гистограмма распределения НЧ серебра в полимерной матрице и шероховатость поверхности образца

 

Видно, что в выбранных условиях синтеза образуются НЧ в интервале 10÷20 нм, средний размер НЧ равен 15 нм и по дифференциальному распределению это составляет 20 %.

 

 

ximiya4

Рис. 2. АСМ-снимок, гистограмма распределения НЧ серебра в полимерной матрице и шероховатость поверхности образца

 

Снижение концентрации восстановительного агента – цитрата натрия в системе приводит к увеличению размера хитозанстабилизированных НЧ серебра. Как показывает гистограмма распределения НЧ в полимерной матрице, частицы имеют размер в диапазоне 15÷30 нм, средний размер НЧ равен ~26 нм.

С целью изучения медико-биологических активностей растворов хитозанстабилизированных наночастиц серебра по отношению к различным микроорганизмам in vitro проведены испытания в Ташкентской Медицинской Академии Республики Узбекистан на кафедре микробиологии, вирусологии и иммунологии (Табл.5).

Таблица 5

Характеристика чувствительности микробов к растворам хитозанстабилизированных наночастиц серебра в условиях in vitro*

 

Микроорганизмы 1% ХЗ 2% Уксусная кислота 0.5% ХЗ-Ag0 15 нм 0.5% ХЗ-Ag0 30 нм
1 Staph.aureus 7.0±0.1 5.0±0.1 15.0±0.2 15.0±0.2
2 St. saprofiticus 0 5.0±0.1 15.0±0.2 17.0±0.3
3 Esch. Coli ЛП 0 0 15.0±0.2 17.0±0.3
4 Klebsiella 12.0±0.2 5.0±0.1 20.0±0.4 15.0±0.2
5 Актиномицет 5.0±0.1 7.0±0.1 20.0±0.4 15.0±0.2

*единицы приведены в мм зоны задержки роста микробов.

 

Известно, что ХЗ и уксусная кислота обладают собственно биологически активными свойствами. В связи с этим, проведено сравнительное исследование растворов ХЗ, уксусной кислоты и ХЗ-Ag0 с различным размером. Результаты показывают, что бактерицидные свойства растворов ХЗ-Ag0 в несколько раз больше, чем полимерной матрицы — ХЗ и растворителя — уксусной кислоты.

Таким образом, цитратным методом получены наносистемы ХЗ-Ag0 с выраженной бактерицидной и фунгицидной активностями. Поскольку системы ХЗ-Ag0 мягко действуют на фитопатогенные микроорганизмы, растворы этих систем представляют прикладной интерес для их применения в качестве бактерицидного препарата.

Наноцеллюлоза. Создание композиционных материалов, содержащих наполнители наноразмерного уровня дисперсности, является новым и перспективным направлением в развитии материаловедения. Один из многообещающих вариантов этого направления – использование природных полисахаридов, имеющих ярко выраженное фибриллярное строение, для улучшения физико-механических свойств различных полимеров, ускорения их биоразлагаемости по истечении срока службы, получения полимерных материалов со специальными свойствами (например, разделительных мембран) и т.д. Лимитирующими факторами в создании композитов такого рода становятся диспергирование фибрилл полисахаридов до наноразмерного уровня и сохранение при этом их стержнеобразной конфигурации с высоким соотношением длины к диаметру.

Проведение научных исследований по выявлению возможности получения наноцеллюлозы (НЦ) новыми подходами, позволяющие регулировать размер, структуру и свойства наноцеллюлозы, выделение и формирование наноцеллюлозы, а также ее производных, оценка их структуры и свойств  физико-химическими и физическими методами представляет, несомненно, большой научный и практический интерес.

Проведенные исследования показали, что в зависимости от концентрации кислоты возможно получение наноцеллюлозы игольчатой формы размерами 50-300х10-40 нм, а также  эллипсоидальной (сферической) формы с широким распределением размера (от 50 до 300 нм) (рис. 3 а, б).

ximiya5

 

Рис. 3. ПЭМ снимки образцов наноцеллюлозы 

игольчатой (а) и сферической (б) формы.

 

Также важную роль имеет соотношение (модуль) раствора кислоты и целлюлозы. Было найдено, что оптимальным соотношением является целлюлоза : раствор кислоты = 1:10.

АСМ–исследованиями выявлено, что по распределению большое количество наноцеллюлозы имеет размерность от 110 до 143нм. (рис 4).

Кроме того, проведенные расчеты по данным АСМ-исследований показали, что НЦ имеет высокие показатели Модуля Юнга (до 135GPa).

 

 

graf

 

graf2

Рис. 4. АСМ-снимки образцов наноцеллюлозы игольчатой (а) и сферической (б), а также их распределение по размерам.

ИК- спектроскопические исследования показали (рис. 5), что для наноцеллюлозы характерны пики, типичные для хлопковой целлюлозы, однако, интенсивность пиков более высокая.

В области 3400 см–1 ИК-спектра проявляются валентные колебания гидроксильных групп, вовлеченных соответственно в межмолекулярные и внутримолекулярные водородные связи.

ximiya14

Рис. 5. ИК-спектры наноцеллюлозы

 

Валентные колебания С-Н – связей  в метиленовых и метиновых группах целлюлозы проявляются в области 2895см-1, в области 1635см–1 колебания молекулы адсорбированной воды. Полосы поглощения в области 1420см-1, 1335-1375см-1, 1202см-1, 1075-1060см–1  относятся деформационным колебаниям – СН, -СН2, -ОН, -СО и валентным колебания С-О, цикла, кольца.

В процессе получения НЦ возникает проблема агломерации частиц, вследствие действия когезионных сил. Агломерация является побочным эффектом, ухудшающим качество готового продукта за счет укрупнения частиц НЦ. Нами проведены исследования возможности предотвращения процесса агломерации частиц НЦ посредством получения их полимер-полимерных смесей.

В настоящее время одним из интересных направлений является исследования возможности применения наноматериалов в фармацевтической и медицинской промышленности, где они могут быть использованы как наполнители, носители лекарственных веществ, пролангаторов, эмульгаторов для целевой доставки лекарств и как конструкционные материалы (композиты, покрытия, клеи и т.д.).

Решением проблемы специфического транспорта и проникновения лекарств в целевые клетки, в последние годы, считается создание нового поколения лекарственных полимеров с использованием в качестве носителей наноструктурированных или наночастиц биоразлагаемых полимеров.

При разработке лекарственных полимеров к полимеру-носителю предъявляется ряд требований, к которым относятся растворимость в воде, нетоксичность, способность к биоразложению, совместимость с кровью, антигенность, наличие реакционно-активных функциональных групп, гетероцепность, определенные значения молекулярной массы и молекулярно-массового распределения.

Были проведены исследования по определению биоразлагаемости наноцеллюлозы в организме,  хотя однозначно установлено, что при введении целлюлозы животным подкожно и внутримышечно, независимо от сроков их нахождения, они не подвержены биоразложению и рассасыванию.

В Медицинской Академии РУз проведены медико-биологические испытания синтезированных  наночастиц целлюлозы с целью выявления их биоразлагаемости и рассасываемости в организме посредством введения их суспензий под кожу белых крыс путем инъекций. Гистологические исследования ультратонких срезов тканей белых крыс во времени проведены в Республиканском патолого-анатомическом центре МЗ РУз.

                                                  ximiya15.pngximiya16

а                                                                                          б

а – после 1 дня инъекции; б – после 30 дней инъекции.

Рис. 6 Снимки ультратонких срезов тканей белых крыс

во времени

Было изучено состояние и характер тканевой реакции стенки мышц и подкожной клечатки. Электронно-микроскопические  исследования показали, что НЦ гомогенна, имеет округлую форму, окрашена в розовый цвет, видны начальные этапы краевого рассасывания (рис. 6 а). После 30 дней на тканях животных наличие НЦ не обнаружены (рис. 6 б) и в период исследований не были случаи летального исхода белых крыс даже после 6 месяцев инъекций.

На основании полученных результатов впервые показана возможность биоразложения наночастиц целлюлозы при введении животным подкожно в течении 30 дней. Следовательно, можно предположить, что на основе наночастиц целлюлозы могут быть созданы новое поколение биологически активных пролонгированных препаратов с новыми, уникальными свойствами, в частности, биоразлагаемых полимерных лекарственных препаратов и медицинских изделий с наноструктурой, обладающих заранее заданными эксплуатационными свойствами.

В области  нанотехнологий трудно найти более актуальной и важной задачи, чем создание полимерных нанокомпозиционных материалов на базе крупнотоннажных термопластичных конструкционных полимеров (полиолефинов, полиамидов, полистирола, полиакрилатов, поли-этилентерефталата и др.) и наноразмерных функциональных наполнителей разных классов, в том числе слоистых силикатов. Интерес этот объясняется  уникальными комплексами отличных от простой аддитивности свойств (механических и функциональных) таких материалов по сравнению с исходными полимерами и традиционными, содержащими дисперсные наполнители полимерными композициями.

Полиолефины представляют собой уникальный пример технологического и коммерческого продвижения расширения рынка в истории полимерных материалов. Это подтверждается постоянным улучшением физических и механических свойств этих полимеров и появление новых материалов на их основе в результате непрерывного совершенствования технологий производства и переработки.

Композиционные материалы на основе полиэтилена и полипропилена  находят применение в приборостроении, машиностроении, электротехнической промышленности и производстве изделий общегражданского назначения — для изготовления специальных покрытий, упаковочных пленок с пониженной газопроницаемостью, деталей автомобилей и электронных устройств.

Получена серия нанокомпозитов на основе полиэтилена и полипропилена при различных концентрациях наноразмерного наполнителя и компатибилизатора. Испытания полученных материалов показали повышение упруго-прочностных (на 50-70%) и термических (на 90ºС) характеристик. Композиты характеризовались значительно низким коэффициентом дымообразования (на 70%) при горении и тлении, скоростью распространения пламени, скоростью тепловыделения (на 80%) и повышенным кислородным индексом (на 30%), а также значительно низкой проницаемостью к жидким средам. Стоит подчеркнуть, что подобные свойства присущи нанокомпозитам, содержание наполнителя в которых не превышает 3-5 массовых процента.

Проблема усиления огнестойкости и термостойкости полимеров является сложной и комплексной задачей и тем более данная проблема первостепенна для полиолефинов (полиэтилена, сополимеров этилена с α-олефинами, полипропилена), эксплуатирующихся в Республике Узбекистан.

Анализ информации позволяет подобрать необходимый состав антипирена для большинства гомо — и сополимеров этилена  пропилена. Ограниченная совместимость полиэтилена в отличие от многих других полимеров затрудняет выбор оптимального антипирена или синергического состава для него. В качестве антипиренов для разных типов полиолефинов (ПЭ и ПП) могут быть использованы и оксид сурьмы (III), монтмориллонит, полифосфат аммония, пентаэритрит, терморасширяющийся графит, красный фосфор, вермикулит, гидроксид магния и гидроксид алюминия, борат цинка при различных массовых соотношениях компонентов.

Получена серия нанокомпозитов на основе полиэтилена, наполненного различными антипиренами и синергическими составами антипиренов: хлорированным парафином с оксидом сурьмы (III), полифосфатом аммония с пентаэритритом, декабромдифенилоксидом с оксидом сурьмы (III), модифицированным монтмориллонитом с невспученным вермикулитом, не вспученным вермикулитом с полифосфатом аммония и пентаэритритом, не вспученным вермикулитом с красным фосфором;

Установлено, что введение в нанокомпозиты на основе полиолефинов минеральных антипиренов (например, таких как полифосфат аммония с пентаэритритом, гидроксида алюминия, невспученного вермикулита и многих других) способствует значительному снижению скорости распространения пламени и скорости тепловыделения, а также позволяет достичь самозатухающих свойств, регламентируемых европейскими стандартами.

По результатам анализа кислородного индекса и стойкости к горению ряда полимерных составов разработана и наработана серия синергических рецептур и опираясь на известные механизмы действия каждого из используемых антипиренов, выдвинуты предложения о механизме (совокупность механизмов) замедления горения для составов с системой антипирен-синергист, в которых обнаружен синергизм.

Нанотехнология полимеров, будучи одной из современных технологий получения уникальных нанопродуктов, способствует созданию действенных подходов к развитию и трансферу в процессы модернизации и технологического обновления химического и нефтегазохимического производства результатов фундаментальных и прикладных исследований, а также  инновационных разработок, способствующих прогрессу экономики Узбекистана.

 

blog lam dep | toc dep | giam can nhanh

|

toc ngan dep 2016 | duong da dep | 999+ kieu vay dep 2016

| toc dep 2016 | du lichdia diem an uong

xem hai

the best premium magento themes

dat ten cho con

áo sơ mi nữ

giảm cân nhanh

kiểu tóc đẹp

đặt tên hay cho con

xu hướng thời trangPhunuso.vn

shop giày nữ

giày lười nữgiày thể thao nữthời trang f5Responsive WordPress Themenha cap 4 nong thonmau biet thu deptoc dephouse beautifulgiay the thao nugiay luoi nutạp chí phụ nữhardware resourcesshop giày lườithời trang nam hàn quốcgiày hàn quốcgiày nam 2015shop giày onlineáo sơ mi hàn quốcshop thời trang nam nữdiễn đàn người tiêu dùngdiễn đàn thời tranggiày thể thao nữ hcmphụ kiện thời trang giá rẻ