Методом полімеризаційного наповнення синтезовано структуровані нанокомпозитні гідрогелі на основі поліакриламіду та модифікованих реакційноздатними полімерами мінеральних наночастинок (НЧ) гідроксиапатиту (ГАП), ZnO, ТіО2. Показано, що фізико-механічні характеристики отриманих нанокомпозитів значною мірою визначаються природою модифікатора мінеральних НЧ. Так, у випадку нанокомпозитів на основі НЧ ГАП найнижчу термо-механічну стійкість демонструє зразок на основі немодифікованого ГАП, тоді як нанокомпозит на основі НЧ ГАП, модифікованих пероксидовмісним кополімером не розм’якшується навіть при Т=405К, що свідчить про формування високо-структурованого і жорсткого нанокомпозитного матеріалу.
В результаті модифікації НЧ ТіО2 та ZnO пероксидвмісними модифікаторами отримано мінеральні наночастинки з тонким адсорбційним полімерним шаром, пероксидні фрагменти якого здатні ініціювати радикальні процеси. Модифіковані таким чином наночастинки було використано як наповнювач-ініціатор при синтезі наноструктурованих поліакриламідних гідрогелів. За відсутності додаткового зшиваючого агенту гель-фракція одержаних композитів є низькою, і структурований гідрогель, здатний до набрякання у воді, не утворюється. Тому при синтезі наповнених зшитих гідрогелів в реакційну суміш вводили додатковий зшиваючий агент – N,N'-метилен-біс-акриламід (МБА). В результаті, в залежності від природи модифікатора НЧ та вмісту МБА отримуються структуровані нанокомпозитні гідрогелі зі ступенем зшивки від 50% до 97%. Здатність до набрякання зразків, наповнених ZnO, є вищою, ніж для гідрогелів, наповнених ТіО2. Це, очевидно, пояснюється меншим розміром НЧ ТіО2, що, при однаковому масовому вмісті пероксидованого наповнювача, веде до зростання кількості центрів структурування, і, як наслідок, до формування гідрогелю з вищим ступенем зшивання. Результати досліджень фізико-механічних властивостей отриманих гідрогелів з вбудованими наночастинками ТіО2 та ZnO добре узгоджуюються з даними, отриманими при вивченні здатності гідрогелів до набрякання. Так, зі збільшенням концентрації МБА зростає міцність при розриві з одночасним зменшенням відносного видовження при розриві, що може пояснюватись збільшенням густоти зшивки і жорсткості полімерного гідрогелю. В той же час, навіть за відсутності МБА отримані гідрогелі характеризуються достатньо високими фізико-механічними властивостями.
1. Gaharwar A. K., Peppas N. A., Khademhosseini A. Nanocomposite hydrogels for biomedical
applications // Biotech & Bioeng. – 2014. – Vol. 111(3). – P. 441–453. 2. Ha Y., Shih H., Munoz Z.
141
et al. Visible light cured thiol-vinyl hydrogels with tunable degradation for 3D cell culture // Acta
Biomaterialia. – 2014. – Vol. 10. – P. 104–114. 3. Haraguchi K. Nanocomposite hydrogels // Current
Opinion in Solid State and Materials Science. – 2007. – Vol. 11 (3–4). – P. 47–54. 4. Haraguchi K.,
Takehisa T. Nanocomposite Hydrogels: A Unique Organic–Inorganic Network Structure with
Extraordinary Mechanical, Optical, and Swelling/Deswelling Properties // Advanced Materials. – 2002. –
Vol. 14 (16). – P. 1120–1124. 5. Merino S., Martín C., Kostarelos K. et al. Nanocomposite hydrogels:
3D polymer–nanoparticle synergies for on-demand drug delivery // ACS Nano. – 2015. – Vol. 9 (5). –
P. 4686–4697. 6. Satarkar N. S., Biswal D., Hilt J. Z. Hydrogel nanocomposites: a review of applications
as remote controlled biomaterials // Soft Matter. – 2010. – Vol. 6. – P. 2364–2371. 7. Schexnailder P.,
Schmidt G. Nanocomposite polymer hydrogels // Colloid Polym. Sci. – 2009. – Vol. 287. – P. 1–11.
8. Gaharwar A. K., Peppas N. A., Khademhosseini A. Nanocomposite hydrogels for biomedical
applications // Biotechnol. Bioeng. – 2014. – Vol. 111. – P. 441–453. 9. Thoniyot P., Tan M. J, Karim
A. A. et al. Nanoparticle–hydrogel composites: concept, design, and applications of these promising,
multi-functional materials // Adv. Sci. – 2015. – Vol. 2. – P. 1400010-1–1400010-13. 10. Курганс-
кий В. С., Пучин В. А., Воронов С. А., Токарев В. С. Синтез гетерофункциональных полимеров с
пероксидными и ангидридными группами // Высокомол. соед. – 1983. – Т (А) 25. – № 5. –
С. 997–1004. 11. Торопцева А. М., Белогородская К. В., Бондаренко В. М. Лабораторный практикум
по химии и технологии высокомолекулярных соединений. – Л.: Химия, 1972. – 416 с.