Введение 3
1 Обзор литературы 5
1.1 Характеристика ПГА 5
1.2 Биосинтез ПГА 6
1.3 Мономерные звенья в полимерах 6
1.3.1 3ГБ мономер 7
1.3.2 4ГБ мономер 7
1.4 Сополимер П(3ГБ-со-4ГБ) 8
1.5 Получение сополимера П(3ГБ-со-4ГБ) 9
1.5. 1 Использование разных предшественников 9
1.5.2 Использование смеси субстратов 10
1.5.3 Использование мутантных штаммов 12
1.6 Синтнез и свойства П(3ГБ-со-3ГВ-со-4ГБ) 13
2 Материалы и методы 15
2.1 Культивирование бактерий 15
2.2 Измерение параметров процессов 15
2.3 Определение содержания е-капролактона в среде 15
2.4 Анализ структуры ПГА 16
2.5 Анализ молекулярного веса ПГА 16
2.6 Изготовление плёнок 16
2.7 Определение поверхностных свойств плёнок 16
4 Выводы 28
5 Список используемых источников 29
Полигидроксиалканоаты (ПГА) - термопластические полиэфиры,синтезируемые различными бактериями в качестве внутриклеточного запасного материала в условиях лимитирования роста питательными элементами (например, азотом, фосфором) и при избыточном содержании источника углерода. В последние годы изучению ПГА уделяется огромное внимание благодаря их потенциальному применению в различных областях - медицине, фармакологии, сельском и коммунальном хозяйстве, пищевой и косметической промышленности, радиоэлектронике и других сферах, так как по сравнению с обычными пластиками, получаемыми из нефти, ПГА разрушаются в аэробных/анаэробных условиях и являются биосовместимыми материалами.
Наиболее изученным является поли-3-гидроксибутират, но помимо П3ГБ, перспективны также и сополимерные ПГА, которые в зависимости от набора и соотношения мономеров имеют различные базовые свойства (степень кристалличности, температуры плавления и термической деградации, пластичность, механическую прочность и др.).
Наиболее распространенный мономер, полимеризующийся большинством ПГА-синтаз, является 3-гидроксимасляная кислота (3ГБ). Однако в результате, П3ГБ гомополимер имеет ограничения из-за жестких и хрупких свойств. Поэтому исследователи сосредоточили внимание на изучении ПГА сополимеров, содержащих такие мономеры, как 4-гидроксибутират (4ГБ), для создания различных типов ПГА с разными физико-химическими свойствами и широкими возможностями применения.
Различные виды ПГА могут быть произведены при включении различных мономерных единиц, и это зависит от используемого субстрата. От выбора предшественника зависит не только выход мономеров в полимере, но и зачастую накопление биомассы. В данной работе был впервые использован в качестве предшественника 4ГБ е-капролактон.
Сополимер П(3ГБ-со-4ГБ) является одним из биополимеров, который был признан многообещающим биоматериалом в медицине и фармацевтической промышленности. Это объясняется главным образом присутствием 4-гидроксибутирата (4ГБ) мономера, поскольку данный мономер не вызывает воспалительных реакций в тканях и способен повысить общую биосовместимость этих сополимеров.
Цель работы: Исследование роста бактерий Cupriavidus eutrophus B- 10646 и синтез полимера, содержащего 4-гидроксибутират.
Задачи:
1. Исследовать накопление биомассы и полимера бактериями С. eutrophus B-10646 в присутствии различных концентраций е-капролактона, как субстрата для синтеза мономеров 4-гидроксибутирата.
2. Исследовать накопление биомассы и полимера бактериями С. eutrophus B-10646 в присутствии валерата калия, как субстрата для синтеза мономеров 3-гидроксивалерата.
3. Изучить свойства двухкомпонентных поли(3-гидроксибутират/4- гидроксибутират) и трехкомпонентных поли(3-гидроксибутират/3-гидроксивалерат/4гидроксибутират) при росте на е-капролактоне и валерате калия.
1. Исследовано влияние е-капролактона в концентрациях 1-5 г/л на рост биомассы и синтез полимера. Показано, что концентрация е-капролактона выше 2 г/л ингибирует рост бактерий, однако не влияет на накопление полимера.
2. Показано, что дробная подача е-капролактона приводит к увеличению содержания 4ГБ мономера в сополимере. Максимальное содержание 4ГБ мономера составило 21,4% при общей концентрации капролактона 6 г/л.
3. Добавление валерата калия (1-2 г/л) и е-капролактона (4 г/л) приводит к синтезу трехкомпонентного полимера с содержанием 3ГВ (7-15%) и 4ГБ (21-23%).
4. Исследованы молекулярная масса и поверхностные свойства полимеров различного состава. Отмечено снижение молекулярной массы у сополимеров, содержащих 4ГБ.
5. Температуры плавления, стеклования и кристаллизации у двух- и трехкомпонентных полимеров ниже, чем у гомополимера П3ГБ. Температура деградации же практически не изменялась.
6. С увеличением содержания 4ГБ мономера увеличивается гидрофильность поверхностей плёнок двухкомпонентных полимеров. У плёнок трехкомпонентных полимеров гидрофильность выше там, где одновременно высокое содержание 4ГБ и низкое содержание 3ГВ.
