Тема: ТЕРМОДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ ГУАРА, ГЕЛЛАНА И ПОЛИАКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ С ВОДОЙ И ДРУГ С ДРУГОМ

В последнее время большой интерес проявляется к полимерным гелям с точки зрения их использования в биотехнологиях и медицине. Перспективным материалом являются рН-чувствительные гели на основе полиакриловой кислоты, которые применяются в фармацевтике.[1-4]. Одним из способов улучшения и расширения возможностей гелевых композиций, придания им биосовместимости, является создание сложных комбинированных структур на основе смесей синтетических и биополимеров, в частности природных полисахаридов.
Благодаря уникальным свойствам - способности к биоразложению и биологической совместимости с живыми тканями полисахариды находят широкое применение в медицине и фармацевтической промышленности.[5-7] Они используются в адресной доставке лекарств, в качестве основы для изготовления лекарственных форм, стабилизируют и пролонгируют действие лекарственных препаратов. [6,8] Эти соединения также способствуют заживлению ран и регенерации тканей, повышают устойчивость организма к инфекциям.
Одними из применяемых природных полисахаридов для различных биоме­дицинских целей являются гуар и геллан. Гуар - это привитой сополимер, в кото­ром от основной цепи, состоящей из звеньев маннозы, отходят боковые звенья га­лактозы. Причем, одно звено галактозы приходится на два звена маннозы.[6-8] Геллан представляет собой анионный внеклеточный бактериальный гетерополиса­харид линейного строения.|5|. Эти полисахариды используются не только индиви­дуально, но и в композициях с другими полимерами, в том числе и с полиакрило­вой кислотой. Так, в течение последних лет разрабатываются методы получения мультислойных пленок геллан-ПАК биомедицинского назначения, которые предо­ставляют возможность включения между слоями физиологически активных белков и ферментов[9,10].
При изготовлении материалов на основе двух или большего числа полимеров важно получить устойчивые системы, обладающие стабильным высоким уровнем свойств. В этом случае основную роль играет термодинамическая совместимость смешиваемых компонентов. Она определяет термодинамическую устойчивость образующейся системы, а также ее структуру, и таким образом влияет на ее свой­ства.
В литературе работ, посвященных термодинамике смесей полимеров, крайне мало, а работы, посвященные исследованию термодинамики взаимодействия ком­понентов в системах, содержащих полисахариды, практически отсутствуют.
На протяжении ряда лет на кафедре органической химии и высокомолеку­лярных соединений Уральского федерального университета им. Первого Прези­дента России Б.Н. Ельцина исследуется термодинамика взаимодействия различных синтетических полимеров и природных полисахаридов. Данная работа является продолжением этих исследований и посвящена исследованию термодинамики вза­имодействия природных полисахаридов - гуара и геллана и синтетического поли­мера - линейной полиакриловой кислоты (ПАК) с водой и друг с другом.
Купить

1. Изучена равновесная сорбция паров воды пленками ПАК, гуара, геллана и смесями ПАК-гуар, ПАК-геллан разного состава, приготовленными при 25°С и 70°С.Рассчитаны разности химических потенциалов воды Др1, полимерных компонентов Др2, средние удельные энергии Гиббса взаимодействия полимеров и смесей с водой Д дт и друг с другом Ддх.
2. Показано, что повышение температуры приготовления пленок изменяет их сорбционную способность по отношению к воде. Для полисахаридов она возрастает во всей области относительных давлений, для ПАК - при высоких значениях Р/1 когда основную роль играет сродство. При обеих температурах наибольшую сорбционную способность имеют полисахариды. Сорбционная способность смесей меняется немонотонно с составом. Расположение кривых средних удельных энергий Гиббса смешения изученных систем с водой коррелирует с расположением изотерм изученных систем.
3. Обнаружено, что энергии Гиббса смешения и гуара и геллана с полиакриловой кислотой отрицательны при всех соотношениях компонентов (Ддх< 0). При этом для пленок, приготовленных при 70°С, энергии Гиббса смешения больше по абсолютной величине по сравнению с пленками, полученными при 25°С, что свидетельствует о большем термодинамическом взаимодействии компонентов.
4. Установлено, что для систем ПАК-гуар при обеих изученных температурах вторая производная энергии Гиббса по составу д2д/д®22 имеет разные знаки, и в широкой области концентраций смеси она отрицательна. Это свидетельствует об отсутствии совместимости и образовании двухфазных коллоидных систем. Для систем ПАК-геллан д2д/д®22 положительна в изученной области составов при 25°С и 70°С, что свидетельствует о совместимости компонентов.
5. Полученные различия в поведении систем ПАК-гуар и ПАК - геллан обусловлены разными возможностями образования водородных связей в этих парах полимеров и разной структурой полисахаридов в водных растворах. Геллан образует истинный раствор, и его макромолекулы могут взаимодействовать с молекулами ПАК. В противоположность этому надмолекулярные ассоциаты гуара, устойчивые к повышению температуры, хуже взаимодействуют с молекулами ПАК и, как следствие, образуют отдельную фазу.
Купить