Магнітні гідрогелі утворюють клас м'яких матеріалів з керованими властивостями, які привертають велику увагу завдяки їх застосуванню в біомедичній інженерії, включаючи інженерію тканин, доставку і вивільнення лікарських засобів, іммобілізацію ферментів і терапію раку.
Отримання гідрогелів проводили через конденсацію форполімерів – поліакриламіду з ММ= 40 кДа та полі-N-гідроксиакриламіду з ММ=60 кДа у водному розчині. За цим методом було одержано гідрогелі,з інкорпорованими наночастинками магнетиту (Fe3O4) або прекурсорами магнетиту – солями феруму. Досліджено вплив внесення в гідрогелеву систему частинок магнетиту або його прекурсорів на параметри набрякання гідрогелю. Встановлено, що внесення добавок впливає на динаміку формування гідрогелів, а їх характеристики залежать від співвідношення форполімерів. При співвідношенні поліакриламід: полі-N-гідроксиакриламід як 1 до 0,6 введення частинок магнетиту або його прекурсорів в часі структурування 12 год за температури 343К забезпечує досягенння сталих характеристик гідрогелю, які не залежать від присутності неорганічних компонентів в гелеутворюючій композиції.
Для синтезу дисперсій частинок гідрогелю наповненого магнетитом чи прекурсорами магнетиту (солями феруму) використовували диспергування водної композиції форполімерів з наповнювачами у олеофазі. Дослідження стабільності зворотніх емульсій розчину форполімерів у воді в різних органічних фазах (циклогексан, толуол, вазелінова олія) показало, що найбільш оптимальною олеофазою є суміш циклогексан:вазелінова олія, у співвідношенні 40:60 відповідно при використанні суміші поверхнево-активних сполук Tween 40:Span 80, як 20:80.
Введення добавок має різний вплив на процеси утворення дисперсій при структуруванні форполімерів у емульсії. Магнетит в складі гелеутворюючої композиції під час структурування частинок гідрогелю зменшує їх стабільність (утворюється значна кількість коагулюму), в той час як частинки отримані на основі композиції, яка містила солі феруму у водній фазі зберігають стабільність.
Отримані дисперсії з частинками гідрогелю розміром 5÷10 мкм у стані максимального набрякання, які наповнені солями феруму після обробки в парах аміаку проявляють магніточутливі властивості, що дозволяє легко вилучити їх з реакційного середовища. Частинки гідрогелю такого розміру можуть слугувати носіями ферментних препаратів і найбільш придатні для використання в процесах біотехнології.
1. Van Krevelen, D.V. (1976). Svoistva y khymy-cheskoe stroenye polymerov, M., Khymyia, 413 p.
2. Toroptseva, A. M., Belohorodskaia, K. V., Bondarenko, V. M. (1972). Laboratornyi praktikum po khimii i tekhnolohii vysokomolekuliarnykh soedinenii, L., Khimiia, 416 p.
3. Lavrova, Y.S. (1983). Praktykum po kolloydnoi khimii. Moskva, Vysshaia shkola, 216 p.
4. Tarnavchyk, I. Т., Samaryk, V. Ya, Voronov, A. S., Varvarenko, S. М., Nosova, N. G., Коhut, А. М., Voronov, S. A. (2008). Formuvannia hidrohelei pryshcheplenykh do polimernoi poverkhni dlia biomedychnykh zastosuvan. Dopovidi NAN Ukrainy, 8, 105-120.
5. Samaryk, V. Ya., Varvarenko, S. M., Tarnavchyk, I. T., Nosova, N. G., Puzko N. V., Voronov S. A. (2008). Formation of polymer nanolayers with special properties at Polymer surfaces. Macromolecular Symposia, 267, 113-117.
https://doi.org/10.1002/masy.200850721
6. Tarnavchyk, I. Т., Samaryk, V. Ya, Voronov, A. S., Varvarenko, S. М., Nosova, N. G., Коhut, А. М., Voronov, S. A. (2008). Formuvannia porystykh hidroheliv z rehulovanymy fizyko-mekhanichnymy vlastyvostiamy. Dopovidi NAN Ukrainy, 9, 101-113.
7. Samaryk, V. Ya, Varvarenko, S. M., Nosova, N. G., Fihurka, N. V., Musyanovych, A. V., Landfester, K. O., Popadyuk, N. Y., Voronov, S. A. (2017). Оptical properties of hydrogels filled with dispersed nanoparticles. Chem. Chem. Technol., 11(4), 449-453.
https://doi.org/10.23939/chcht11.04.449
8. Shanmuganathan S., Shanumugasundaram, N., Adhirajan, N., Ramyaа Lakshmi, T. S., Babu, M.(2008). Preparation and characterization of chitosan microspheres for doxycycline delivery. Carbohydrate Polymers, 73, 201-211.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.11.039
9. Jose, S., Fangueiro, J. F., Smitha, J., Cinu, T. A., Chacko, A. J., Premaletha, K., Souto, E. B. (2012). Cross-linked chitosan microspheres for oral delivery of insulin: Taguchi design and in vivo testing. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 92, 175-179.
https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2011.11.040
10. Rajesh R. Dubey, Rajesh H. Parikh. (2004). Two-Stage optimization process for formulation of chitosan microspheres. AAPharmSciTech, 5(1), Article 5.
https://doi.org/10.1208/pt050105
11. Peng H., Xiong H., Li J., Xie M., Liu Y., Bai C., Chen L. (2010). Vanillin cross-linked chitosan microspheres for controlled release of resveratrol. Food Chemistry, 121(1), 23-28.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.11.085
12. Rokhade, A. P., Shelke, N. B., Patil, S. A., Aminabhavi, T. M. (2007). Novel interpenetrating polymer network microspheres of chitosan and methylcellulose for controlled release of theophylline. Carbohydrate Polymers. 69(4), 678-687.
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2007.02.008
13. Saha, T. K., Ichikawa, H., Fukumori, Y. (2006). Gadolinium diethylenetriaminopentaacetic acid-loaded chitosan microspheres for gadolinium neutron-capture therapy. Carbohydrate Research, 341(17), 2835-2841.
https://doi.org/10.1016/j.carres.2006.09.016
14. Akamatsu, K., Ikeuchi, Y., Nakao, A., Nakao, S. (2012) Size-controlled and monodisperse enzyme-encapsulated chitosan microspheres developed by the SPG membrane emulsification technique. Journal of Colloid and Interface Science, 371, P. 46-51.
https://doi.org/10.1016/j.jcis.2011.12.078
15. Wang L.-Y., Gu Y.-H., Su Z.-G., Ma G.-H. (2006). Preparation and improvement of release behavior of chitosan microspheres containing insulin. International Journal of Pharmaceutics, 311(1-2), 187-195.
https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2005.12.033
16. Wei W., Ma G.-H., Wang L.-Y., Wu J., Su Z.-G. (2010). Hollow quaternized chitosan microspheres increase the therapeutic effect of orally administered insulin. Acta Biomaterialia, 6(1), 205-209;
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2009.06.005
17. El-Gibaly, I. (2002). Development and in vitro evaluation of novel floating chitosan microcapsules for oral use: comparison with non-floating chitosan microspheres. International Journal of Pharmaceutics, 249(1-2), 7-21.
https://doi.org/10.1016/S0378-5173(02)00396-4