Монослои, тонкие пленки и везикулы на основе статистических сополимеров и лецитина тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат химических наук Гусихина, Мария Сергеевна

• Гусихина, Мария Сергеевна
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Гусихина, Мария Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Самоорганизация липидов и липид-(со)полимерных систем.

1.1.1. Самоорганизация липидов на примере лецитина. Строение клеточной мембраны.

1.1.2. Самоорганизация макромолекул на границе раздела фаз.

1.1.3. Полимеризационный липидный монослой.

1.2. Методы исследования тонких пленок моно- и бимолекулярных слоев.

1.2.1. Метод смачивания.

1.2.2. Термодинамика поверхностного слоя.

1.2.3. Монослои Ленгмюра на основе полимеров и амфифильных сополимеров.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Исходные вещества и методики очистки.

2.1.1.Синтез полимеров и сополимеров.

2.1.2. Синтез фосфатидилхолина (лецитина яичного).

2.2. Методы исследования.

2.2.1. Методика получения монослоев Ленгмюра.

2.2.2. Измерение краевых углов смачивания.

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

3.1. Смачивание и термодинамические свойства тонких пленок амфифильных (со)полимеров и их смесей с лецитином.

3.1.1. Поверхностная и межфазная энергия Гиббса как мера сродства ВМС к полярным и липофильным биологически системам и средам.

3.1.2. Определение поверхностной энергии Гиббса сополимеров.

3.1.3. Определение межфазной энергии Гиббса и ее составляющих для гидратированных сополимеров.

3.1.4. Смачивание смесевых пленок "лецитин -сополимер".

3.2. Физико-химические закономерности формирования и свойства монослоев. Метод Ленгмюра.

3.2.1. Монослои амфифштьных сополимеров и их смесей с лецитином на водной субфазе.

3.2.2. Вязкость сильно разбавленных растворов сополимера Ст-МВПД.

3.2.3. Влияние характера растекания растворов на свойства монослоев.

3.2.4. Электронные спектры поглощения.

3.3. Амфифильные статистические сополимеры как компоненты мембраны фосфолипидных везикул (липосом).

3.3.1. Агрегативная устойчивость везикулярных систем.

3.3.2. Изучение адсорбции лекарственного препарата на поверхности.

3.3.3. Механизм введения лекарственного препарата во внутреннюю полость везикул.

ВЫВОДЫ.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Гусихина, Мария Сергеевна

выводы

1. Выполнен комплекс физико-химических исследований по модификации липидных мембран синтетическими амфифильными сополимерами, применительно к «наноконтейнерной» технологии транспорта лекарственных средств.

2. Осуществлен первичный выбор статистических сополимеров, как возможных компонентов липидных мембран методом смачивания. Измерены углы натекания и оттекания на поверхности раздела пленок сополимеров стирола с Ы-винилпирролидоном, 4-винилпиридином, метакриловой кислотой с воздухом, водой, неполярными жидкостями, найдены значения поверхностной и межфазной энергии Гиббса, их полярной и дисперсионной составляющих У^), У^м, У^о) • В соответствии с коллоидно-химическими критериями биосовместимости, в качестве оптимальных были выбраны сополимеры Ст-ЫВИД (ш2=0.5), Ст-4ВП т2=0.9) и Ст-МАК (т2=0.35) с минимальными значениями У^), У^0) > % ■

3. Методом смачивания и поверхностного сжатия монослоя ( анализ п-А изотерм с использованием пленочных весов Ленгмюра) изучены свойства тонких пленок лецитин-(со)полимерных композиций. Впервые выявлено два взаимосвязанных эффекта, вызванного малыми (1-5%) и сверхмалыми (0.1-1%) добавками амфифильных (со)полимеров:

• значительное повышение гидрофильности липидного бислоя;

• увеличение эстраполяционной величины удельной площади (я=0) липид-полимерного слоя по сравнению с липидным; А0(лецитин)=0.54±0.02 нм2; Ао(лецитин-(со)полимер) в I и во II областях соответственно равны (1.1±0.15)нм2 и (0.90±0.05)нм2. Высказана гипотеза, что оба явления связаны с локализацией на границе раздела двумерных макромолекулярных клубков.

4. Показана принципиальная возможность заполнения везикул лецитина, армированных амфифильным сополимером Ст-№ЗПД (т2=0.5), противоопухолевым лекарственным препаратом за счет эффектов сорбции на (со)полимере и эффекта Донана.

Методом Гиббса, а также сочетанием методов Гиббса и смачивания, измерена величина эффективной А^,ф и гиббсовской адсорбции на межфазной границе пленка-раствор Г^. Найдены близкие значения А-,фф=(3.7±0.1 )• 10'10моль-см"2, Г5.1=(4.0±0.1)* Ю"10 моль/см2.

С использованием данных электронной спектроскопии по реперной полосе доксорубицина Х=480нм рассчитано отношение концентрации лекарственного препарата, вовлеченного внутрь везикул к его концентрации во внешнем растворе после диализа, которое оказалось близким к Ю3.

5. Методом атомной силовой микроскопии доказано, что амфифильные (со)полимеры приводят к существенному возрастанию агрегативной устойчивости лецитиновых везикул. Так везикулы, полученные методом озвучивания водного раствора лецитин — (со)полимер Ст-4ВП (ш2=0.9) с 3% добавкой (со)полимера, имели размер в пределах 100-300нм и оставались агрегативно устойчивыми в течении недели. В отсутствии (со)полимера в течение указанного срока произошла практически полная коалесценция (слияние) везикул.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Гусихина, Мария Сергеевна, 2005 год

1. Зайцев С.Ю., Зубов В.П. Полимерные монослои и липосомы на основе липидоподобных мономеров // Биологические мембраны. Т.5. -№3. -1988. С.252-257.

2. Чупин В.В., Аникин А.В., Серебренникова Г.А. Полимерные липидные мембраны: получение, свойства и использование // Биологические мембраны.-1993 .-т. 10, №3 .-с.229-251.

3. Флавоновые гликозиды. Методы выделения, очистки, разделения и анализа: Методическая разработка/ ЛХФИ (Сост. Минина С.А., Шимолина Л.Л.).- Л.: Изд-во ЛХФИ, 1991. -28 с.

4. Георгиевский В.П. и др. Физико-химические и аналитические характеристики флавоноидных соединений / Георгиевский В.П., Рыбаченко А.И., Казаков А.Л. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1988.- 144 с.

5. Русанов А.И. Мицелообразование в растворах поверхностно-активных веществ. Санкт-Петербург.: Химия, 1992.

6. Щипунов Ю.А. Самоорганизующиеся структуры лецитина // Усп. хим. 1997. Т.66. №4. С. 328-352.

7. Small D.M. Handbook of lipid research. Physical chemistry of lipids: from alkanes to phospholipids. N. Y.: Plenum, 1986.-308 p.

8. Ter-Minassian-Saraga L. Hydration in two-dimensional systems. Fourth international conference on surface and colloid science, Jerusalem, 5-10 July, 1981 //Pure. And Appl. Chem. 1981. Vol. 53. №11. P. 2149-2166.

9. Hauser H. In water: A comprehensive treatise. / Ed. F. Franks. N.Y.: Plenum, 1975. Vol. 4. P. 209.

10. Общая органическая химия в 12-ти т..- М.: Химия, 1985. Т.9: Кислородсодержащие и серу содержащие и другие гетероциклы. -798 с.

11. Кемертелидзе Э.П., Георгиевский В.П. Физико-химические методы анализа некоторых биологически активных веществ растительного происхождения.-Тбилиси.: Мецниерева, 1976. -222 с.

12. Запрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений. -М.: Высш. школа, 1974. -213 с.

13. Барсуков Л.И. Липосомы.//Соросовский образовательный журнал.-1998. №10. С.2-9.

14. Макашева И.Е., Головкина М.Т. Взаимодействие кверцетина с ионами меди (II) в водно-спиртовых растворах // ЖОХ. 1973. Т. XLIII. Вып. 7. С. 1640-1645.

15. Brown J.Е., Khodr Н., Hider R.C., Rice-Evans С.A. Structural dependence2+of flavonoid interactions with Cu ions: implications for their antioxidant properties // Biochem. J. 1998. Vol. 330. P. 1173-1178.

16. Balogh-Hergovich E., Kaizer J., Speier G. Kinetics and mechanism of the Cu (I) and Си (II) flavonolate-catalyzed oxygenation of flavonol. Functional quercetin 2,3-dioxygenase models // J. Molecular Catalysis A: Chemical. 2000. Vol. 159. P. 215-224.

17. Беликов В.В., Точкова Т.В. Реакции комплексообразования в анализе флавоноидов // Фенольные соединения и их физиологические свойства: Мат-лы I Всесоюзного симпозиума по фенольным соединениям, 1966 г.-Алма-Ата: Наука, 1973.-С. 168-172.

18. Оганесян Э.Т., Гущин И.С., Першков С.Р., Сараф А.С. Исследование связи структура активность производных флавона, обладающих антиаллергической активностью // Хим.-фарм. журн. 1989. №10. С. 1238-1241.

19. Chu S.C., Hsieh Y.S., Lin J.Y. Inhibitory effects of flavonoids on Moloney murine leukemia virus reverse transcriptase activit.// J. Nat. Prod. 1992. Vol. 55. №2. P.179-183.

20. Измайлова В.Н., Ямпольская Г.М., Сумм Б.Д, Поверхностны явления в белковых системах.М.:Химия, 1988.-239 с.

21. Измайлова В.П., Ребиндер П.А. Структурообразование в белковых системах.М.: Наука, 1974.-268с.

22. P.Bahadur Block copolymers Their microdomain formation (in solid state) and surfactant behaviour (in solution) // Current Sci. Vol.80, N.8, 25 April 2001.

23. J-F.Nierengarten, J-F Eckert, Y.Rio // J.Am.Chem.Soc. 2001, 123, 97439748.

24. Арсланов В.В. Полимерные слои и пленки Ленгмюра-Блоджетт. Влияние химической структуры полимера и внешних условий на формирование и свойства организованных планарных ансамблей.// Успехи химии. 1994. -т.63, №1. -с.3-38.

25. De Gennes P.G. Scaling Concepts in Polymer Physics. Cornell Univ. Press, New York, 1979.

26. Singer S.J.//J.Chem. Phys., 1948. V.16. P.872.

27. Frisch H.L., Simha R. //J.Chem. Phys., 1957. V.27. P.702.

28. Crisp.D.J. Surface Phenomena in Chemistry and Biology. Pergamon Press, London, 1958.

29. Frysinger G.S., Barnoski A.A., Gaines G.L., Korenovvski G.M. Molecular Arrangement of a Poly (acrylonitdilr-co-4-vinilpyridine) Monolyer on Water // Langmuir, 1994. V.10, №7. P.2277-2280.

30. Goedel W.A., Ouali L., Schadler V., Peyratout C. Laterally Structured Monolayers of a "Polymer Brush". // 2nd International Workshop on Wetting and Self-Organization in Thin Liquid Films. Munich. Germany. - 1998. -Poster №26.

31. А.Адамсон. Физическая химия поверхностей. М.:Мир. 1979.

32. Aveyard R., Binks B.P., Carr N., Cross A.W. // Thin Solid Films, 1990. V.188. P.361.

33. Retting W., Kuschel F. //J.Colloid Interface Sci., 1990. V.140. P. 169.

34. Harkins W.D. The Physical of the Surface Films, Reinoholld, New York, 1952.

35. Goedel W.A., Heger R. Monolayers of a "Polymer Brush". // 2nd International Workshop on Wetting and Self-Organization in Thin Liquid Films. Munich. Germany. - 1998. - Poster №28.

36. In Vitro Methods in Cell Mediated Immunity / Eds Bloom B.R., Glade P.R.N.Y.: Acad. Press, 1971. P.242-243.

37. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. // J.Biol. Chem., 1951. V.193.№1.

38. Спирин A.C.//Биохимия. 1958. T.23. №4. C.658-662.

39. Чупин B.B., Аникин A.B., Серебренников Г.А. Полимерные липидные мембраны: получение, свойства и использование // Биологические мембраны. Т. 10. - №3. - 1993. С.229-251.

40. J.L.Gardon, Encyclopedia of Polymer Science and Technology (Mark, Gaylord, and Bikales; cds). Interscience, York, 1965. - V.3., P.883.

41. Rukenstein E., Lee S.H. Free interfase energy as criterion of biocompatibility // J.Colloid and Interfase Sci. 1987. V.120. №1. P. 153161.

42. Арсланов B.B. Полимерные монослои и пленки Ленгюра-Блоджетт. Политиофены // Успехи химии. 2000. - Т.69. - №10. - С.963-980.

43. Каргин В.А., Малинский Ю.М., Медведев С.С. Исследование мономолекулярных пленок полиакрилатов // Докл.АН СССР. 1954. -Т.96. - С.307-309.

44. Nakahara Т., Motomura К., Matuura R. Phase transition in poly-n-alkyl methacrylate monolayers 11 Bull.Chem.Soc.Jpn. 1967. - Vol.40. - P.495-501.

45. Elbert R., Laschewsky A., Ringsdorf H. Hidrofilic spacer groups in polymerizable lipid: formation of biomembrane models from bulk polymerized Lipids // J.Am.Chem.Soc. 1985. - Vol.107. - P.4134-4139.

46. Ringsdorf H., Schmidt G., Schneider J. Oriented ultrathin membranes from monomeric and polymeric amphiphiles: monolayers, liposomes and multilayers // Thin Solid Films. 1987. Vol. 152. - P.207-211.

47. Егоров B.B., Зайцев A.A., Клямкин A.A., Зубов В.П. Рфдикальная полимеризация катионных поверхностно активных мономеров в монослоях на границе вода азот // Высокомолек.сонд., Сер.А. - 1990. - Т.32. - №5. - С.949-954.

48. Кенигсберг Т.П., Арико Н.К., Агабеков В.Е. Свойства мономолекулярного слоя полимер галоген // ЖФХ. - 1996. - Т.70. -№7.-С. 1266-1270.

49. Кенигсберг Т.П., Арико Н.К., Агабеков В.Е. Адсорбция на мономолекулярных слоях поливинилстеарата // ЖФХ. 1996. -Т.71. -№7. - С.324-329.

50. Oguchi К., Yoden Т. Langmuir-Blodgett films of poly(vinyl alcohol)s Thin Solid Films. 1988. - Vol.161. - P.305-309.

51. Teerenstra M.N., Vorencamp E.J., Schouten A.J., Notle R.J. Langmuire-Blodgett mono- and multilayeres of poly(isocyanide)s with diferent side Chains // Thin Solid Films. 1991. - Vol. 196. - P. 153 - 160.

52. Nishikata Y., Kakimoto M., Morikawa A., Imai Y. Preparation and characterization of poly(amide-imide) multilayers films // Thin Solid Film. -1988.- VoU60.-P.15-22.

53. Nakahara H., Nakayama J., Hoshino M., Fukuda K. Langmuir-Blodgett films of oligo and polythiophenes with well-defined structure // Thin Solid Films. - 1988. - Vol. 160. - P.87-93.

54. Bubeck С. Reactions in monolayers and Langmuir-Blodgett films // Thin Solid Films. 1988.-Vol.160. - P.l-22.

55. Fukuda K.,Shibasaki Y., Nakahara H. Polymerizabilities of amphiphilic monomers with controlled arrangements in Langmuir-Blodgett films // Thin Solid Films. 1988. - Vol.160. - P. 43-59.

56. Pethica B.A. Experimental criterial for monolayers studies in relation to the formation of Langmuir-Blodgrtt multilayers // Thin Solid Films. 1987. -Vol.152.-P.3-8.

57. Блинов JI.M. «Ленгмюровские пленки» // Успехи физических наук. — 1988. Т. 155. - С.443-480.

58. Roberts G.G. An applied science of Langmuir-Blodgett films // Advances in Physics. 1985. - Vol.34. - №4. - P.475-512.

59. Гордон А., Форд P. Спутник химика. M.: Химия. 1976. - 541с.

60. Вайсбергер А., Проскауэр Е. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки. М.: Химия. 1958. - 518с.

61. Кирш Ю.Э., Карапутадзе Т.М., Шумский В.И. Повышение качества N-винилпирролидона // Физико-фармацевтический журнал. 1980. Т. 14. №1. С. 78-80.

62. Лабораторная техника органической химии / под ред. Кейна Б. (пер. с чешского). М.: Мир. 1966. - 751с.

63. Справочник по химии полимеров / под ред. Липатова Ю.С. и др. Киев: Наукова Думка. 1971. - 535с.

64. Свойства органических соединений. Справочник под ред. Потехина А.А.-Л.: Химия. 1984.517с.

65. Крешков А.П., Быкова Л.Н., Казерян Н.А. Титрование органических и органических соединений в неводных растворах. М.: Высшая школа. 1965.200 с.

66. Белозерский А.Н., Проскуряков Н.И. Практическое руководство по биохимии растений. М.: Советская наука, 1951.-388с.

67. Bork J.F. Coleman L.E. "Nitrogen-containing monomers. II. Reactivity ration of N-vinyoxazolidone and N-vinilpyrrolidone with vinyl monomers" // J.Polym.Sci. 1960. - V.28. - P.413-412.

68. Шатенштейн А.И., Вырский Ю.П., Правикова H.A. и др. Практическое руководство по определению молекулярных весов и молекулярно-массового распределения полимеров. М. - Л.: Химия, 1964.-188с.

69. Цянь Ж.Ю. Определение молекулярных весов полимеров: пер. с англ. М.: Иностр. Литература, 1962-236с.

70. Орлова Г.Л., Краснопольский Ю.М., Гольбец И.И. и др. // Химия и технология органических производств. Межвуз. сб. М.: МИХМ. 1979. Т.9, №3. с.86-91.

71. Швец В.И., сенников Г.А., Гольбец И.И. и др. // Фармацевтический журнал. 1977. №4. С.79-81.

72. F.C.Szoka, D.Papahadjopoulos. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, 4194 (1978).

73. A.Darszon, C.A.Vanderberg, M.H.Ellisman, M.Montal, J.Cell Biol., 81, 446(1979).

74. D.D.Lasic. J.Colloid Interface Sci., 124, 428 (1988).

75. D.D.Lasic, A.Belic, T.Valentincic. J.Am.Chem. Soc., 110, 970 (1988).

76. Абрамзон A.A., Бочаров В.В., Гаевой Г.М. и др. Поверхностноактивные вещества: Справочник // Под ред. Абрамзона А.А., Гаевого Г.Ь. Л.: Химия, 1979. - 376 с.

77. Ю.А.Ермаков. Равновесие ионов вблизи липидных мембран: электрический анализ простейшей модели. Коллоидный журнал, 2000, том 62, №4, с.437-449.

78. Gruen D.W.R., Marcelja S., Parsegian V. Cell Surface Dynamics / Eds Perelson A.S. et al. New York, Basel: Marcel Dekker, 1984, P. 59-91.

79. Good R.J. Solids: Contact Angles and the Surface Free Energy of Solids. -Book, N.Y., 1978, p.p. 1-28.

80. Some highlights in the field of polymer drag reduction. Hoyt Jack W. "Drag Reduct. 3rd Int. Conf., Bristol. 2-5 July, 1984." Bristol, 1984, I. 1-1/1. 1-8 (англ.).

81. Direct evidence that drag reduction is an effect of the elongation of the polymer molecules. Gyr Albert. "Drag Reduct. 3rd Int. Conf., Bristol. 2-5 July, 1984". Bristol, 1984, В 10/1-B 10/7.

82. Кирш Ю.Э., Батракова M.B., Галаев И.Ю., Аксенов А.И., Карапутадзе Т.М. // Особенности ионизационного равновесия аминогрупп в макромолекулах сополимеров N-виниламидов с аллиламином и виниламином в водном растворе. ВМС. Том (А). 1988. №2. с.365-368.

83. Б.Д.Сумм. Структура поверхностного слоя жидкости (гипотеза «сетки»). Российских химический журнал. 1994, т.38. №6, стр. 19-23.

84. А.П. Каплун, JTe Банг Шон, Ю.М. Краснопольский*, В.И. Швец Липосомы и другие наночастицы как средство доставки лекарственных веществ // Вопросы медицинской химии, №1, 1999.

85. Klibanov A.L., Maruyama К., Torchilin V.V., Huang L. (1990) FEBS Letters., 268, 235-237.

86. Отдельноеа M.B., Захарова Ю.А., Ивлева E.M., Касаикин В.А., Зезнн А.Б., Кабанов В.А. I/ Высокомолек. соед. А. 2003. Т. 45. № 9. С. 1524

87. Сумм Б.Д., Должикова В.Д. и др.//Вестник московского университета, сер. 2, т.29, № 4, стр 398-404, 1988

88. Бабак В.Г. Коллоидная химия в технологии микрокапсулирования. Свердловск, Изд. Урал, ун-та, 172 е., 1991.

89. Выражаю глубокую благодарность за неоценимый вклад в мою профессиональную подготовку и помощь при работе и написании диссертации научным руководителям д.х.н., профессору Юрию Денисовичу Семчикову д.х.н., профессору Нине Борисовне Мельниковой