ИСТИНА

Данное исследование направлено на создание новых функциональных полимерных покрытий, способных контролируемо связывать и выделять различные низко- и/или высокомолекулярные соединения, в том числе и биологически значимые. Для эффективной модификации поверхностей различной природы будут использованы новые полимерные объекты - стимулчувствительные полимерные микрогели, обладающие большой емкостью по отношению к связываемым соединениям. Наличие в составе подобных микрогелей термочувствительного и ионогенного компонента создает возможность для варьирования их гидрофильно-гидрофобного баланса при соответствующем изменении условий окружающей среды (температура, рН, ионная сила). Это позволяет эффективно модифицировать микрогелями поверхности различной природы (как гидрофильные, так и гидрофобные) и получать тонкие функциональные покрытия с высокой сорбционной емкостью, которые, как и исходные микрогели, проявляют чувствительность к изменению условий окружающей среды. Связывание полученными пленками микрогелей низко- и/или высокомолекулярных соединений (в основном за счет электростатического взаимодействия) приводит к формированию покрытий с высоким содержанием (био)активного компонента. Последующее контролируемое выделение (био)активного компонента из насыщенных им пленок микрогелей достигается в результате соответствующего изменения условий окружающей среды. Такое поведение пленок, сформированных стимулчувствительными полимерными микрогелями, создает предпосылки для успешной разработки высокоэффективных «умных» систем контролируемого и рационального (дозируемого) выделения биологически активных соединений (в том числе и лекарственных препаратов).

The study is aimed at design of novel functional polymer coatings that can bind and release in a controllable manner various low and/or high molecular weight compounds, including biologically significant ones. New polymeric objects, which are stimuli-sensitive polymeric microgels having high capacity toward compounds to be bound, will be used for modification of surfaces of different nature. A combination of thermosensitive and ionic components in the microgels allows for variation of their hydrophilic-hydrophobic balance upon the corresponding changes of the environmental conditions (temperature, pH, ionic strength). This makes effective modification of surfaces of different nature (both hydrophilic and hydrophobic) possible and enables to obtain thin functional coatings with high sorption capacity, demonstrating responsiveness to changes of the environmental conditions as original microgels do. The binding of low and/or high molecular weight compounds (mainly due to Coulomb interaction) by the obtained microgel films results in the formation of coatings with high loading of (bio)active component. The subsequent controlled release of the (bio)active component from the microgel films saturated by the payloads is realized by the corresponding changes of the environmental conditions. Such a behavior of films formed by stimuli-sensitive polymeric microgels provides prerequisites for successful development of highly efficient “smart” systems of controlled and rational (metered) release of biologically active compounds (including pharmaceuticals).

В рамках предлагаемого проекта будут систематически исследованы фундаментальные закономерности формирования функциональных покрытий стимулчувствительных микрогелей на поверхностях различной природы, определены их характеристики, а также изучено связывание ими различных (био)активных соединений (антибиотиков, белков, ферментов, полиэлектролитов) и последующее выделение этих соединений при соответствующем изменении условий окружающей среды.

Научный коллектив проекта в течение ряда лет активно ведет исследования физико-химических и биохимических свойств полиэлектролитов, биомолекул и их комплексов, формирующихся как в растворах, так и на межфазных границах. В частности, члены научного коллектива обладают обширным опытом исследования образования, строения и свойств комплексных макромолекулярных структур на основе полиионных объектов различной архитектуры, в том числе и на основе ионогенных микрогелей.

В ходе выполнения проекта методами потенциометрического титрования, динамического светорассеяния и лазерного микроэлектрофореза были определены характеристики стимулчувствительных (рН- и термочувствительных) микрогелей на основе поли-N-изопропилакриламида (основной компонент), содержащих в своем составе около 10 – 15% (мольн.) звеньев ионогенного (анионного или катионного) сомономера. Установлены диапазоны значений рН, отвечающие переходу микрогелей из полностью незаряженного состояния в полностью заряженное состояние. Определены гидродинамические размеры частиц микрогелей и выявлено влияние на них условий окружающей среды (в первую очередь температуры и рН). Основные закономерности адсорбции микрогелей на различных модельных инертных (гидрофобных или слабозаряженных) поверхностях и свойства адсорбированных на них микрогелевых частиц были определены с помощью комбинации методов исследования поверхностей: атомно-силовой микроскопии (высокоориентированный пиролитический графит) и пьезоэлектрического микровзвешивания с мониторингом диссипации (покрытый тонким слоем золота кварцевый резонатор). Установлены условия, отвечающие наиболее эффективной адсорбции частиц микрогеля на выбранных поверхностях, которая наблюдается, когда микрогель находится в гидрофобизованном (незаряженном и существенно дегидратированном) состоянии, и приводит к формированию вязкоупругих полимерных пленок. Методами пьезоэлектрического микровзвешивания с мониторингом диссипации и спектрофотометрии исследовано электростатическое связывание биоактивных соединений: доксорубицина (лекарственное вещество) пленками анионного микрогеля и ферментов с низкими изоэлектрическими точками (глюкозооксидаза, холиноксидаза, каталаза, тирозиназа) пленками катионных микрогелей. Обнаружено, что адсорбированные частицы микрогелей представляют собой высокоемкие контейнеры для подобных биоактивных соединений, причем последние сохраняют свои функциональные свойства в микрогелевых пленках. Выявлено (теми же методами) влияние ионной силы и рН, а также температуры окружающей среды на выделение биоактивных соединений из адсорбированных частиц микрогелей. Подобные микрогелевые пленки представляют собой значительный практический интерес для получения функциональных покрытий, в том числе и медицинского назначения, выделение (био)активных веществ из которых можно контролировать как соответствующим выбором составляющих такие покрытия компонентов, так и изменением условий окружающей среды, а также для создания компонентов разнообразных диагностических, в том числе и биосенсорных, систем.