Создание полимерных микросфер для биотехнологии с функционально-модифицированной поверхностью в широком интервале диаметров - Диссертация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. СОЗДАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОСФЕР ДЛЯ БИОТЕХНОЛОГИИ С ФУНКЦИОНАЛЬНО-МОДИФИЦИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ В ШИРОКОМ ИНТЕРВАЛЕ ДИАМЕТРОВ Научные руководители: доктор химических наук, профессор И.А. Грицкова. доктор химических наук С.М.БЭТ - метод Брунауэра-Эмметта-Теллера ВРК - водорастворимый карбодиимид ККМ - критическая концентрация мицеллообразования КО ПАВ - кремнийорганическое поверхностно-активное вещество ПАВ - поверхностно-активное веществоЭто инициирование полимеризации, формирование полимер-мономерных частиц и образование межфазного адсорбционного слоя, которые определяют агрегативную устойчивость реакционной системы, диаметр полимер-мономерных частиц и их распределение по размерам. При затравочной полимеризации мономеров необходимо предварительно получить полимерные суспензии малого диаметра с узким РЧР, что также является непростой задачей, а затем использовать их как затравочные для набухания мономером и проведения в них полимеризации. В этом случае образование полимер-мономерных частиц происходит по одному механизму из микрокапель мономера, а прочный межфазный адсорбционный слой формируется на поверхности ПМЧ на ранних стадиях полимеризации и определяет узкое распределение по размерам. Такие частицы прямым синтезом получить невозможно и в этом случае перспективна полимеризации на затравочных частицах в присутствии функциональных ПАВ. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: - Использовать различные методы проведения гетерофазной полимеризации с целью получения полимерных дисперсий, обладающих необходимым комплексом свойств: диаметром, РЧР, устойчивостью, наличием функциональных групп на поверхности частиц, способностью к иммоблилизации полупроводниковых нанокристаллов (КТ).В биотехнологии обычно применяют полимерные суспензии, содержащие на поверхности частиц функциональные группы, способные непосредственно реагировать с амино, карбоксильными или сульфгидрильными группами биомолекул. К числу функциональных полимерных суспензии первого типа относятся полимерные суспензии, частицы которых содержат на поверхности хлорметильные, хлорсульфоновые, альдегидные, эпоксидные и сульфгидридные группы[1-18].Их получают гомополимеризацией ненасыщенных альдегидов (акролеин, формилстирол) и их сополимеризацией с мономерами различной природы [63,64]. Полиакролеиновые микросферы с узким РЧР получают анионной осадительной полимеризацией в щелочных условиях, радикальной эмульсионной полимеризацией, а также радиационно-инициированной эмульсионной полимеризацией [64]. Полимеризацию проводят в водном растворе в темноте при комнатной температуре обычно при концентрации акролеина 10%об. При г - инициированой радикальной полимеризация акролеина процесс проводили в водном растворе смеси ионогенного (лаурилсульфата натрия) и неионогенного (полиэтиленоксид) ПАВ при дозе обучение 0,4 Мрад и комнатной температуре в течение 4 часов. Полиакролеиновые суспензии с размерами частиц от 0,04 до 8 микрон и коэффициентом вариации менее 10% авторам [56] удалось получить осадительной гомополимеризацией акролеина в щелочной среде (PH>11) при постепенном введении раствора щелочи в водный раствор акролеина только в присутствии специально синтезированного эмульгатора - продукта взаимодействия олигомеров полиглутарового альдегида с бисульфитом натрия.Получают такие полимерные суспензии осадительной и затравочной полимеризацией хлорметилстирола и хлорметилакрилата. Наиболее удобным способом синтеза полимерных суспензий с хлорметильными группами на поверхности оказалась затравочная сополимеризация хлорметилстирола со стиролом.Полимерные суспензии, частицы которых содержат на поверхности эпоксидные группы, получают, в основном, безэмульгаторной сополимеризацией стирола с глицидилметакрилатом [44-48]. В процессе синтеза стирол-глицидилметакрилатных сополимерных суспензий часть эпоксидных групп на поверхности частиц теряется вследствие гидролиза. Так, подвергая гидролизу эпоксидные группы на поверхности частиц суспензии при РН=2 и температура 50°С, получают частицы с гликолевыми группами, которые затем легко превращаются в альдегидные под действием йодной кислоты: Следует отметить, что в результате гидролиза удается получить до 60% гликолевых групп от теоретически возможного (исходя из концентрации эпоксидных групп на поверхности частиц суспензии), причем диаметр и РЧР исходных и модифицированных частиц практически не изменяется: 440 нм и КВ=3.9% для исходных и 475 нм и КВ=5.8% для модифицированных частиц.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Полимерные микросферы в биотехнологии. Основные подходы к синтезу

1.1.1 Полимерные суспензии с альдегидными группами на поверхности частиц

1.1.2 Полимерные суспензии с хлорметильными группами на поверхности частиц

1.1.3 Синтез полимерных суспензий с эпоксидными группами на поверхности частиц

1.1.4 Полимерные суспензии с карбоксильными группами на поверхности частиц

1.1.5 Синтез полимерных суспензий с амидными группами на поверхности частиц

1.1.6 Синтез полимерных суспензии с аминогруппами на поверхности частиц

1.2 Активация функциональных групп на поверхности частиц полимерной суспензии

1.2.1 Требования к методам активации функциональных групп на поверхности частиц полимерные суспензии

1.2.2 Карбоксильные группы

1.2.3 Гидроксильные группы

1.2.4 Амидные группы

1.3 Принципы модификации полимерных микросфер полупроводниковыми флуоресцентными нанокристаллами

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Исходные реагенты

2.2 Методы исследования

2.2.1 Измерение межфазного натяжения на границе раздела фаз методом Вильгельми

2.2.2 Дилатометрический метод исследования кинетики полимеризации

2.2.3 Определение размеров частиц полимерных суспензий методом электронной сканирующей микроскопии

2.2.4 Определение размеров частиц и дзета-потенциала методом фотонной корреляционной спектроскопии

2.2.5 Определение молекулярных масс полимеров методом вискозиметрии

2.2.6 Определение сухого остатка полимерных суспензий

2.2.7 Определение концентрации аминогрупп на поверхности полимерных частиц

2.2.8 Определение концентрации карбоксильных групп на поверхности полимерных частиц

2.2.9 Определение концентрации эпоксидных групп на поверхности полимерных частиц

2.2.10 Определение агрегативной устойчивости полимерных частиц

2.2.11 Определение краевого угла смачивания

2.2.12 Постановка реакции пассивной геммагглютинации (РПГА) и реакции пассивной латексной агглютинации (РПЛА)

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1 Полимеризация стирола в присутствии функциональных КО ПАВ

3.2 Дисперсионная полимеризация мономеров

3.2.1 Дисперсионная полимеризация стирола

3.2.1.1 Влияние объемного соотношения мономер/растворитель на конечный диаметр полистирольных частиц

3.2.1.2 Влияние температурного профиля на процесс полимеризации и свойства конечной дисперсии

3.2.2 Дисперсионная полимеризация глицидилметакрилата

3.3 Затравочная полимеризация

3.3.1 Затравочная полимеризация глицидилметакрилата

3.3.2 Анализ наличия функциональных групп

3.4 Затравочная полимеризация стирола

3.5 Модификация поверхности полимерных микросфер флуоресцентными нанокристаллами (КТ)

3.6 Выбор полистирольных микросфер для разработки диагностических тест-систем, работающих по принципу реакции пассивной латексной агглютинации

3.7 Работка нового типа частиц - носителей с развитой поверхностью

Выводы

Список литературы

Список сокращений