Патент на изобретение №2252945

(54) ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЯ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области получения высокомолекулярных соединений, а именно к полимерным композициям, используемым для приготовления криогелей на основе поливинилового спирта. Заявляемая полимерная композиция, имеющая взаимосвязанные макропоры криогеля поливинилового спирта, содержит 3-25 мас.% поливинилового спирта, 0,001-1 мас.% ионогенного – катионного, анионного или амфотерного или неионогенного поверхностно-активного вещества и воду (до 100 мас.%). В ходе криогенной обработки указанной полимерной композиции получается макропористый криогель с размером взаимосвязанных макропор от 2 до 10 мкм, который может быть эффективно использован в качестве материала биомедицинского назначения. 1 табл.

Изобретение относится к технологии высокомолекулярных соединений, а именно к полимерным композициям, используемым для приготовления гелевых материалов. Более конкретно изобретение касается полимерных композиций для приготовления криогелей на основе поливинилового спирта (ПВС).

Известны способы увеличения размеров макропор в криогелях ПВС за счет введения в состав исходной композиции определенных водорастворимых добавок, например хлористого натрия или полиэтиленгликоля. Использование таких композиций ПВС – вода – водорастворимая добавка (взятой в определенной концентрации) позволяет получать более крупнопористые криогели ПВС, чем те, что образуются при одинаковых режимах гелеобразования из композиций ПВС – вода.

После получения раствора указанного состава и последующих трех циклов замораживания (-20°С/8 ч) и оттаивания (25°С/4 ч) получается криогель ПВС, обладающий в 1,2-1,5 раза более высокой объемной набухаемостью в воде по сравнению с контрольным образцом криогеля, полученного при тех же условиях, но без введения хлористого натрия в состав исходной композиции. Причиной указанного повышения объемной набухаемости является увеличение размеров макропор в полученном криогеле. Поскольку никаких данных о прямых измерениях пористости подобных криогелей в известной публикации приведено не было, авторами предлагаемого изобретения с помощью световой микроскопии были измерены размеры макропор в подобных криогелях ПВС, которые оказались всего на 30-50% больше в своем сечении, чем у криогеля без добавок хлористого натрия. Таким образом, полимерная композиция состава, отвечающего известному техническому решению, не позволяет получить криогель ПВС со значительно увеличенными макропорами. Кроме того, к недостаткам этого технического решения относится очень высокое содержание водорастворимой добавки – хлористого натрия (25% или примерно 4,7 моль/л) в составе полимерной композиции, поэтому после формирования криогеля необходимо промыть его большими объемами чистой воды, чтобы снизить ионную силу среды внутри геля до уровня физиологических значений (примерно 0,15 моль/л), если в дальнейшем криогель будет использоваться для работы с биологическими объектами.

После получения раствора указанного состава систему подвергают криогенной обработке (замораживание при -15°С в течение 24 ч и оттаивание при комнатной температуре в течение 3 ч), отмывают водорастворимые компоненты (в основном ПЭГ-600) чистой водой, а затем определяют характер пористости криогеля с помощью оптического конфокального лазерного сканирующего микроскопа. Согласно этим измерениям размеры макропор в криогелях ПВС, получаемых из этой известной композиции, лежат в пределах от 2 до 7 мкм, т.е. эти макропоры в 2-3,5 раза больше, чем у криогелей ПВС без добавок ПЭГ-600.

Данное техническое решение как наиболее близкое к заявляемому по достигаемому эффекту (размерам макропор в криогеле ПВС, формируемом из исходной полимерной композиции) принято за прототип. Прототип имеет следующие недостатки.

1. Расход водорастворимой добавки, вводимой помимо ПВС и воды в состав исходной полимерной композиции для получения криогеля ПВС, довольно высокий (8,3-8,9% или примерно 0,15-0,16 моль/л). То есть концентрация ПЭГ-600 соизмерима с концентрацией гелеобразующего полимера (ПВС), но расходуется более дорогой, чем, например, хлористый натрий, ПЭГ-600 (его стоимость согласно данным фирмы “ХимМед” (www.khimmed.ru) 62,4 руб/кг) лишь однократно; он не встраивается в структуру криогеля ПВС, последний после формирования отмывают от водорастворимых компонентов.

Задачей предлагаемого изобретения является полимерная композиция для получения криогелей ПВС с увеличенным размером макропор при сохранении взаимосвязанного характера пористости криогелей в целом.

Указанная задача решается тем, что в качестве водорастворимой добавки композиция содержит ионогенное – катионное, анионное, амфотерное – или неионогенное поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:

поливиниловый спирт 3-25;

указанное поверхностно-активное вещество 0,001-1;

вода до 100.

На основе полимерной композиции указанного состава готовится содержащий ПАВ раствор ПВС, который подвергается криогенной обработке в известных режимах замораживания, выдерживания в замороженном состоянии и оттаивания. Получаемый в результате макропористый криогель имеет макропоры размером от 2 до 10 мкм, при этом макропоры взаимосвязаны. Такой криогель может быть приготовлен любой геометрической формы: в виде блоков, пластин, дисков, гранул, частиц неправильной формы (получаются измельчением блока), трубок и др. При необходимости удаления ПАВ из сформированного криогеля последний промывается водой или разбавленным водно-спиртовым раствором, причем расход промывной жидкости невелик из-за малых концентраций ПВА в системе.

Выбор типа ПАВ (ионогенные – катионные, анионные, амфотерные/амфолитные – или неионогенные) определяется конкретным предназначением криогеля ПВС, сформированного в присутствии ПАВ, доступностью и стоимостью ПАВ. Оказалось, что для решения задачи изобретения – увеличения размеров макропор при сохранении взаимосвязанного характера пористости криогелей ПВС в целом – такой фактор, как тип применяемого ПАВ, не является определяющим, поскольку желаемый эффект достигается при использовании ПАВ любого из вышеуказанных типов. Это является неожиданным, ранее не известным феноменом, характеризующим новизну заявляемого технического решения не только в отношении состава полимерной композиции, но получаемого результата. Содержание же компонентов в заявляемой композиции выбрано на основании экспериментов.

Конкретные примеры заявляемых составов и характер пористости криогелей ПВС, получаемых из этих составов, приведены в таблице.

Заявляемое техническое решение имеет следующие преимущества перед прототипом.

1. Композиция для получения криогеля ПВС содержит существенно меньшие концентрации водорастворимой добавки, способствующей увеличению размеров макропор, чем в композициях, описанных в аналогах и прототипе. Поэтому при промывке криогелей, сформированных из заявляемых композиций, расходуется меньшее количество соответствующего растворителя.

2. Главное преимущество заявляемого технического решения заключается в том, что при использовании заявляемой полимерной композиции достигается эффект увеличения размеров макропор при сохранении взаимосвязанного характера пористости, свойственного криогелям ПВС, формируемым без использования водорастворимых добавок, т.е. просто из водных растворов данного полимера. В результате появляется возможность с помощью заявляемой полимерной композиции получать криогели ПВС с пористостью (размеры макропор и их взаимосвязанная морфология), отвечающей требованиям, предъявляемым к гелевым матрицам, предназначенным для работы с биологическими наночастицами.

3. Заявляемая композиция характеризуется высокой универсальностью, поскольку водорастворимая добавка, способствующая увеличению размеров макропор, т.е. ПАВ, может быть выбрана из широкого круга подобных соединений, относящихся и к ионогенным, и неионогенным поверхностно-активным веществам.

Поэтому наиболее эффективно заявляемое техническое решение может быть использовано при получении криогелей ПВС для биотехнологии материалов биомедицинского назначения.

Формула изобретения

Полимерная композиция для получения имеющего взаимосвязанные макропоры криогеля поливинилового спирта, содержащая поливиниловый спирт, воду и водорастворимую добавку, отличающаяся тем, что в качестве водорастворимой добавки композиция содержит ионогенное – катионное, анионное или амфотерное, или неионогенное поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас. %:

поливиниловый спирт 3-25

указанное поверхностно-активное вещество 0,001-1

вода до 100