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.