Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание "умных" композиционных материалов с наноконтейнерами на основе микрогелей.

Докладчик: Иванов Дмитрий Анатольевич

Должность: руководитель работ, зав. лабораторией, к.ф.-м.н.

Цель проекта:
Настоящий проект посвящен разработке подходов для создания новых наноструктурированных наночастиц гидрогелей (микрогелей), содержащих гидрофобные нанодомены с контролируемыми размером и пространственным распределением внутри этих частиц. В рамках этого исследования такие комплесные микрогели будут синтезированы путем модификации микрогелей амфифильными молекулами, содержащими комплементарные функциональные группы, которые будут образовывать с полимерным каркасом микрогелей нековалентные связи. По сравнению с большиством систем для доставки лекарственных препаратов на основе мицелл или дендритных полимеров со структурой «ядро- оболочка», данная система обладает повышенной вододиспергируемостью и стабильностью в физиологических средах. Ожидается, что достигнутый контроль над гидрофобно-гидрофильным балансом частиц, их морфологией и распределением гидрофобных нанодоменов станет решающим фактором в оптимизации функциональных свойств микрогелей. Разрабатываемые нанокомпозиты будут обладать различными функциональными свойствами, такими как функция нано-контейнеров, высвобождение веществ из которых будет легко контролироваться с помощью света и температуры.

Основные планируемые результаты проекта:
В рамках данного проекта будут созданы новые композиционные микрогели на основе N-винилкапролактама, содержащих гидрофобные нанодомены, стуктура и свойства которых могут быть изменены под внешними воздействиями.
На первом этапе, водные микрогели со статистическим распределением основных групп будут приготовлены осаждением продуктов сополимеризации N-винилкапролактама (VCL) (главный мономер) и основного сомономера, такого как винилимидазол (VIM), винилпиридин (VP) или 2-диметиламиноэтил метакрилат (DMAEMA) в присутствии бис-акриламида (сшивающее вещество). В свою очередь, будут синтезированы также микрогели с блочным распределением основных групп, что должно привести к морфологии типа ядро- оболочка, в которой функциональные группы локализованы исключительно в центре или исключительно на периферии полимерных коллоидов. На втором этапе синтеза раствор производных сульфоновой кислоты будет добавлен к дисперсии микрогеля. Эти молекулы проникают внутрь микрогелей и связываются с основными группами под действием кислотно-основного взаимодействия с группами сульфоновой кислоты.
Микрогели, модифицированные молекулами, содержащими группу азобензола, будут изменять внутреннюю структуру при облучении УФ-светом. При комнатных условиях азобензол существует в основном в более стабильной и более вытянутой транс-конформации. Облучение УФ-светом приводит к образованию большой доли цис-изомера, который может вернуться в транс-состояние при нагревании или при облучении видимым светом. Это изменение молекулярной геометрии будет, разумеется, влиять на фазовую структуру, плотность упаковки и внутреннюю структуру гидрофобных доменов в микрогелях, и последовательно, на адсорбционную способность микрогелей.
Микрогели, модифицированные амфифильными производными сульфоновой кислоты будут охарактеризованы разными физическими методами, таких как ИК-Фурье спектроскопия, методы микроскопии (ПЭМ, ПЭСЭМ, АСМ). С использованием лабораторных и синхротронных источников рентгеновского излучения методом мало- и большеуглового рассеяния (SAXS и WAXS) будут детально изучены исходные и модифицированные
микрогели. Ожидается, что эти исследования дадут наибольшую информацию о структуре микрогелей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Технологии производства нанокомпозитов, разрабатываемые в проекте, позволят сократить издержки производства систем доставки активных веществ различного типа. Отметим, что для синтеза микрогелей используется недорогое сырье, что позволит заметно снизить себестоимость производства микрокапсул, по сравнению с мировыми аналогами.
Увеличение эффективности таких систем очень важно для уменьшения содержания различных биологически активных веществ в окружающей среде. Кроме того, развитие данных технологий в перспективе позволит снизить экологическую нагрузку на окружающую среду в районах нефте- и газодобычи за счет удаления даже свехмалых концентраций вредных веществ из сточных вод.
К потенциальным потребителям разрабатываемых изделий относятся флагманы российской нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности (Роснефть, Лукойл), а также производители систем очистки сточных вод (СБМ-групп, Huber Technology и другие).

Текущие результаты проекта:
За отчетный период проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы.
Кроме того, проведены патентные исследования по разрабатываемому направлению в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
Для обоснования выбора направления исследований проведена сравнительная оценка эффективности различных возможных направлений исследований.
Начата экспериментальная работа по созданию "умных" композиционных материалов, в частности проведен синтез низкомолекулярных лигандов на основе амфифильных кислот.