Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН


Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Лаборатория твердофазных химических реакций

Руководитель лаборатории

Доктор химических наук

Акопова Татьяна Анатольевна


Исследовательская деятельность

Основными объектами проводимых исследований являются производные, привитые сополимеры, композиционные полимерные материалы и наноматериалы на основе синтетических полимеров и полисахаридов; полупроводниковые композиционные материалы с эффектом гигантской магнито-резистивности (ГМР - эффектом).

Основные цели – разработка и проведение твердофазного синтеза производных, привитых сополимеров, композиционных полимерных материалов и гибридных систем на основе синтетических и природных полимеров; разработка и проведение механохимического синтеза металлоорганических полимеров, обладающих магнитно-резистивными (спинтронными) свойствами; исследование структуры, физико-химических и механических свойств разрабатываемых материалов. В соответствии с целями проводимых исследований работа проводится по следующим направлениям:

  • Разработка новых способов модифицирования полимерных матриц с целью увеличения адгезии между полимерами и наполнителями, в том числе и наноразмерными; увеличения адгезии между полимерами и металлами для создания прочных покрытий и слоистых упаковочных материалов
  • Твердофазный синтез биоразлагаемых полимерных систем и нанокомпозитов на основе полисахаридов и изучение их свойств
  • Механохимический синтез полупроводниковых магнитно-резистивных полимеров; получение кластеров CoQ, GdQ(QH) (Q-семихинон) в полимерных матрицах

Наиболее интересные результаты последних лет

Реализован новый подход к получению производных и сополимеров хитозана, развитый в ходе систематического изучения твердофазных реакций хитозана с рядом органических мономеров и полимеров различных классов при воздействии на твердые реакционные смеси давления и сдвиговых напряжений. Такой подход предполагает возможность разработки экологически чистых безрастворных технологий, позволяет реализовать широкий спектр химических превращений органических реагентов и обеспечивает высокий выход продуктов при существенном сокращении продолжительности процессов в отсутствие катализаторов и инициаторов, что является важным фактором при создании безопасных материалов биомедицинского назначения. Доказана эффективность разработанного подхода для создания новых биологически активных материалов в виде пленок, микро- и нановолокон, микрогранул, макропористых губок, микрокапсул и перспективность их применения для разных разделов медицины и биотехнологии.

Впервые осуществлены процессы прививки на хитозан фрагментов природных и синтетических полимеров: полисахаридов (галактоманнан, целлюлоза), поливинилового спирта, полиэтилена, алифатических сложных полиэфиров (полилактид, полилактид-со-гликолид, природных белков (казеин), олигомеров лактида, олигомеров акриламида; впервые получены и исследованы комплексы хитозана с ферментами (трипсин), новые полимерные соли хитозана и гидроксикарбоновой кислоты и его ацилированные производные, рассмотрены механизмы и условия сополимеризации, проведено комплексное исследование структуры и свойств синтезированных продуктов. Полученные сополимеры хитозана с галактоманнаном и поливиниловым спиртом растворимы в нейтральных водных средах при содержании в структуре до 50 мас. % хитозана; сополимеры хитозана с полилактидом, содержащие в структуре до 60 мас. % хитозана, дисперсионно устойчивы в органических растворителях (размер частиц 200-400 нм), прочность материалов из таких сополимеров сопоставима с показателем для высокомолекулярного полилактида; конъюгаты хитозана и природного белка казеина, дисперсионно устойчивы в кислых водных средах (размер частиц 80 нм); при взаимодействии хитозана и 2,2-бис-(гидроксиметил)пропионовой кислоты получены производные со степенью замещения аминогрупп 0.16 - 0.43; степень конверсии акриламида и лактида при твердофазной сополимеризации с хитозаном составляет 60-90%, средняя степень полимеризации мономеров в привитых цепях 3-10, степень прививки до 160%; впервые показано, что при пластическом деформировании под давлением трипсин взаимодействует с полисахаридом на молекулярном уровне, сохраняя биокаталитическую активность при значительной пролонгации его выделения. Обнаружено повышение сорбционных, биологических и механических характеристик синтезированных твердофазным способом сополимеров и производных по сравнению с материалами из гомополимеров, показана их способность служить стабилизаторами водных дисперсий неорганических наночастиц и биологически активных субстанций в отличие от гомополимеров и смесевых систем того же состава, не проявляющих подобных свойств. Благодаря улучшенной растворимости модифицированного в условиях твердофазного синтеза хитозана из водных и органических сред получены матриксы для регенеративной медицины (пленки, макропористые гидрогели, микро- и нановолокна, сферические клеточные микроносители) с применением технологий, переработка по которым исходного хитозана невозможна. Обнаружена зависимость скорости ферментативной деградации матриксов за счет варьирования молекулярного строения модифицированного хитозана. Сформованные материалы характеризуются повышенной (более чем в 2 раза) биосовместимостью по сравнению с материалами из гомополимеров. Оценка цитотоксичности стерилизованных УФ-излучением материалов показала отсутствие токсичности по отношению к фибробластам и возможность использования разработанных материалов для создания биодеградируемых имплантатов.

С использованием оригинального твердофазного метода синтеза разработаны новые подходы к получению стабильных в физиологических условиях супрамолекулярных систем на основе природных полисахаридов для использования в качестве материалов биомедицинского назначения. Совместным деформированием твердых соединений при давлении и сдвиге получены полимолекулярные комплексы гиалуроновой кислоты и полиборатов. Такой подход является продуктивной альтернативой известным в борнейтронозахватной терапии (БНЗТ) синтетическим подходам вследствие высокого выхода по изотопу 10В (изотоп с большим сечением захвата нейтронов), простоты получения и отсутствия токсичных компонентов при синтезе. Проведенные исследования кинетики распределения в ткани мишенного препарата показывают его селективное накопление в опухоли с максимальным содержанием бора 55 мкг/г, что является революционным прорывом для эффективной реализации БНЗТ. Исходя из низкой токсичности обоих компонентов и высокого содержания бора в препарате, можно прогнозировать хорошие перспективы применения супрамолекулярных комплексов боратов и ГК в практике БНЗТ. Для целей и задач фотонзахватной терапии в водном растворе получена линейка биоактивных нанокомпозиций, состоящих из полимерной матрицы ГК и наночастиц золота, с применением различных комбинации в матрице ГК систем восстановитель – стабилизатор.

Отработана методика механохимического синтеза полупроводникового композиционного материала с магнитно-резистивным эффектом (около 40% при 300K) в системе: гексогидрат окиси бария, гексогидрат хлорида гадолиния, ацетилацетонат марганца, элементная сера, полианилин (Ba(OH)2·8H2O/GdCl3·8H2O/Mn(acac)2/S/ПАНИ). Установлено влияние степени гидратации соединений бария и гадолиния, а также концентрации протонов в композите, на магниторезистивный эффект в системе (Ba(OH)2·8H2O/GdCl3·8H2O/Mn(acac)2/S/ПАНИ). Установлен эффект GMR в системах ПАНИ-ЭО /SiO2 /частицы Gd/ Ba(OH)2·8H2O и ПАНИ-ЭО /SiO2 /частицы Tb/ Ba(OH)2·8H2O. Для системы с гадолинием он не превышает 6% , а для системы с тербием не превышает 10%. Установлено влияние механического воздействия на соотношение низкоспиновых и высокоспиновых состояний ионов марганца, а также на образование суперпарамагнитных кластеров гадолиния, которые взаимодействуют с полимерными цепями полианилина и полистирола. Установлен эффект генерации сверхизлучения - импульсов электромагнитного излучения длительностью 5-8 нс в радиочастотном диапазоне - при реологическом взрыве парамагнитных полимерных композитов (полистирол – ацетилацетонат марганца (или ацетилацетонат кобальта) – пространственно-затруднённый фенол). Показано, что процесс реализуется за счёт аннигиляции триплетных комплексов марганца (или кобальта) и сопровождается появлением импульсов тока с эффективной мощностью до десятков ГВт.

Сотрудники

Главные научные сотрудники
Зеленецкий Александр Николаевич
Ведущие научные сотрудники
Акопова Татьяна Анатольевна
Александров Алексей Иванович
Старшие научные сотрудники
Демина Татьяна Сергеевна
Успенский Сергей Алексеевич
Научные сотрудники
Метленкова Ирина Юрьевна
Черкаев Георгий Всеволодович
Младшие научные сотрудники
Иванов Павел Леонидович
Свищева Наталья Борисовна
Хавпачев Мухаммед Аликович
Хаптаханова Полина Анатольевна

Публикации

    08.02.2018
    Polycomplexes of Hyaluronic Acid and Borates in a Solid State and Solution: Synthesis, Characterization and Perspectives of Application in Boron Neutron Capture Therapy

    A. N. Zelenetskii, S. Uspenskii, A.Zaboronok, G. Cherkaev, A. Shchegolihin, B. J. Mathis, M. Selyanin, T. Yamamoto, A. Matsumura

    Polymers , 2018, 10 (2), 181; DOI: 10.3390/polym10020181
    22.01.2018
    Мультиферроик-полимерный композит на основе металлоорганических димеров кобальта с эффектом дзялошинского-мориа

    А. И. Александров, В. Г. Шевченко, И. А. Александров

    Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2018, 60 (1), 76–82 ; DOI: 10.7868/S2308112018010017
    15.01.2018
    Preparation of poly(L,L-lactide) microparticles via Pickering emulsions using chitin nanocrystals

    T. Demina, Y.Sotnikova, A. Istomin, C. Grandfils, T.Akopova, A. Zelenetskii

    Advances in Materials Science and Engineering, 2018, 2018, 8518016; DOI: 10.1155/2018/8518016
    08.01.2018
    Influence of liquid media on the craze initiation in amorphous polylactide

    E.S. Trofimchuk, N.I. Nikonorova, M.A. Moskvina, A.V. Efimov, M.A. Khavpachev, A.L. Volynskii

    Polymer, 2018, 142, 43-47; DOI: 10.1016/j.polymer.2018.03.023
    01.01.2018
    Sodiumoxy (aminopropyl) alkoxysilanes-AB2 type monomers for the synthesis of hyperbranched poly (aminopropyl) alkoxysiloxanes and their derivatives

    D. Migulin, S. Milenin, G. Cherkaev, E. Svidchenko, N. Surin, A. Muzafarov

    Journal of Organometallic Chemistry, 2018, 859, 24-32; DOI: 10.1016/j.jorganchem.2017.11.028
    01.01.2018
    A new method of synthesis of substituted 1-(1H-imidazole-4-yl)-1H-1,2,3-triazoles and their fungicidal activity

    M.V. Dubovis, G.F. Rudakov, A.S. Kulagin, K.V. Tsarkova, S.V. Popkov, A.S. Goloveshkin, Georgiy V. Cherkaev

    Tetrahedron, 2018, 74, 672-683 ; DOI: 10.1016/j.tet.2017.12.043