Физико-механические свойства хитозановых микротрубок



Дата09.08.2019
Размер0.62 Mb.
#127054

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХИТОЗАНОВЫХ МИКРОТРУБОК – АНАЛОГОВ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ

Т.С.Бабичева1, 2, Н.О. Гегель1, А.Б. Шиповская1, 2

1 Образовательный научный институт наностуктур и биосистем СГУ

2 Институт химии СГУ

E-mail: tatyana.babicheva.1993@mail.ru


В настоящее время для замещения дефектов кровеносных сосудов широко используют промышленно выпускаемые протезы из синтетических не биодеградируемых полимеров – политетрафторэтилена, полиэтилентерефталата и др. [1, 2], либо из биотканей, например, ксеноперикарда животных [3]. Однако данные протезы не биодеградируют естественным метаболическим путем и, следовательно, не могут быть использованы для кратковременного нахождения в организме. Между тем, применение протезов из биоразлагаемых полимеров позволит избежать повторного ремоделирования сосуда и особенно актуально в случаях протезирования детей, организм которых претерпевает физиологическое взросление. Так, протезы из биоразлагаемых полимеров со временем обрастают собственной соединительной и эндотелиальной тканью человека и, параллельно, биодеградируют естественным метаболическим путем и выводятся из организма. В итоге формируется новый живой орган – сосуд, который растет вместе с ростом пациента. Об успешной операции, проведенной в РФ по вживлению протеза сосуда из биодеградируемого материала (полученного от компании Euroderm GmbH) 12-летнему ребенку с врожденным пороком сердца сообщалось в [4]. В литературе имеются ограниченные сведения о методах получения таких протезов [5-7]. Для расширения ассортимента биодеградируемых имплантов кровеносных сосудов актуальным является поиск новых полимеров и методов для создания сосудистых протезов, биодеградируемых в организме естественным метаболическим путем с одновременным восстановлением клеточного состава сосудистой стенки in vivo.

Целью работы явилось получение микротрубок хитозана (аналогов кровеносных сосудов) и изучение их физико-механических свойств.

В работе использовали высокомолекулярный хитозан производства ЗАО «Биопрогресс» и 1.5%-ную гликолевую кислоту. Концентрация хитозана в формовочном растворе составляла С = 3.5–4.0 мас.%. Формование микротрубок проводили сухим способом, методика получения описана в [8]. Для перевода хитозана из солевой формы в нерастворимую в воде форму полиоснования и формирования внутренней и внешней стенок микротрубки использовали следующие реагенты: 50% триэтаноламин (ТЭА) – 5% NaOH; 50% ТЭА – 0.1М додецилбензосульфат натрия (ДДБСН) и 0.1М ДДБСН – 0.1М ДДБСН.

Упругопластические свойства определяли на разрывной машине одноосного растяжения Tinius Olsen H1KS со скоростью растяжения 50 мм/мин. Микротрубки разрезали вдоль, разворачивали и закрепляли в зажимах разрывной машины в виде пластин. Испытания каждого образца проводили не менее 5 раз. По полученным данным строили зависимость «нагрузка-удлинение» (σ = f(ε)). Разрывную нагрузку (σ, МПа) и удлинение при разрыве (ε, %) рассчитывали по стандартным методикам.



Разработанным методом сухого формования можно получать микротрубки хитозана различного диаметра и длины (рис. 1). Микротрубки не имеют швов и характеризуются гладкой поверхностью стенок без видимых дефектов.



Рис. 1. Образцы микротрубок, полученные из растворов хитозана в гликолевой кислоте.

Деформационные кривые σ = f(ε) образцов микротрубок хитозана, полученных с использованием различных реагентов перевода протонированных аминогрупп полисоли в основные аминогруппы полиоснования, представлены на рис. 2.



Рис. 2. Зависимость «нагрузка-удлинение» для образцов микротрубок, полученных из раствора хитозана с С = 3.5 (кривые 1, 2, 3) и 4.0 мас.% (кривые 4, 5, 6) в гликолевой кислоте с использованием: 50% ТЭА – 5% NaOH (1, 4); 50% ТЭА – 0.1М ДДБСН (2, 5) и 0.1М ДДБСН – 0.1М ДДБСН (3, 6).

Деформационная кривая образца микротрубки, полученного из раствора хитозана С = 3.5 мас.% с использованием в качестве реагентов перевода 50% ТЭА – 5% NaOH, имеет участок упругой деформации, величина которой составляет ~4–5%, и пластической деформации, которая протекает однородно без образования зуба текучести (рис. 2, кривая 1). Такие кривые σ = f(ε) являются типичным для вязкопластичных материалов. Зависимости «нагрузка-удлинение» образцов, полученных из этого же раствора, но с использованием 50% ТЭА – 0.1М ДДБСН (кривая 2) и 0.1М ДДБСН – 0.1М ДДБСН (кривая 3), а также растворов с С = 4.0 мас.% (кривые 46), показывают вынужденно-эластическую деформацию, характерную для вязкоупругих материалов. Данные образцы деформируются при растяжении с образованием шейки вследствие реализации эффекта текучести.

Необходимо отметить, что использование ДДБСН для формирования стенок микротрубки приводит к получению существенно более прочных образцов (рис. 2, кривые 2, 3, 5 и 6) по сравнению с использованием ТЭА и NaOH в качестве реагентов проведения химической реакции полисоль→полиоснование (кривые 1 и 4). При этом эластичность образцов практически не меняется и остается достаточно высокой, ~28–30% (кривые 3, 5 и 6). Максимальные значения σ = 11.5 МПа и ε = 29.5% наблюдаются для микротрубки, полученной из раствора хитозана С = 4.0 мас.% с использованием реакционной системы 0.1М ДДБСН – 0.1М ДДБСН (кривая 6).

Деформационно-прочностные характеристики микротрубок хитозана сопоставимы с аналогичными характеристиками кровеносных сосудов человека. Все образцы характеризуются практически равномерным распределением значений толщины стенок по длине образца. Полученные результаты позволяют рассматривать хитозановые микротрубки в качестве перспективных аналогов биодеградируемых протезов кровеносных сосудов.

Результаты работы получены в рамках выполнения государственного задания № 4.1212.2014/К Минобрнауки России.


Библиографический список
  1. Naderi G.H., Mehraban D., Kazemeyni S.M., Yahyazadeh S.R, Latif A.H. // Urology J. 2009. Vol. 6. No 1. Р.47-49.

  2. Ravi S., Chaikof E.L. // Regen Med. Jan. 2010. Vol. 5. No 1. Р.107-120.


  3. Chan K.M.J., Rahman-Haley S., Mittal T.K., Gavino J.A., Dreyfus G.D. // J. Thoracic Cardiovasc. Surg. 2011. Vol. 141. No 1. Р.276-283.

  4. Интернет-ресурс. http://www.1tv.ru/news/health/246940.

  5. Xu C.Y., Inai R., Kotaki M.,Ramakrishna S. // Biomaterials. 2004. Vol. 25. No 5. P.877-886.

  6. Bölgen N., Menceloğlu Y.Z., Acatay K., Vargel İ., Pişkin E. // J. Biomater. Sci., Polym. Ed. 2005. Vol. 16. No 12. P.1537-1555.

  7. Tran R.T., Choy W.M., Cao H., Qattan I., Chiao J.-C., Ip W.Y., Yeung K.W.K., Yang J. // J. Biomed. Mater. Res. Part. A. 2014. Vol. 102A. P. 2793-2804.

  8. Gegel N.O., Shipovskaya A.B., Vdovykh L.S., Babicheva T.S. 2014. // J. Soft Matter. Volume 2014. Article ID 863096. 9 p. http://dx.doi.org/10.1155/2014/863096.

Сведения об авторах

Бабичева Татьяна Сергеевна – магистр первого года обучения, дата рождения: 10.02.1993 г.

Гегель Наталья Олеговна – к.х.н., 09.09.1984 г.

Шиповская Анна Борисовна – д.х.н., профессор, 08.05.1968 г.


Вид доклада: устный.
Каталог: articles
articles -> в связи с получением основного общего и среднего общего образования
articles -> Вилена александровна развитие межкультурной компетенции студентов-лингвистов средствами
articles -> Технологии Raid – немного теории и практика использвания
articles -> Диетическая добавка к пище
articles -> Международная академия фундаментального образования
articles -> Методика исчисления и уплаты ндс сквозь призму официальной позиции налоговых и судебных органов России
articles -> Камышев Александр Михайлович
articles -> Темы, выбранные мною и мое понимание содержания этих тем


Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница