Obtaining and studying the properties of a polyvinyl alcohol/sodium alginate hydrogels.pdf Введение Гидрогели способны набухать в воде и формировать нерастворимую трехмерную пространственную структуру, которая находится в равновесии с водой [1]. Синтетические гидрогели как материалы, предназначенные для использования в медицине, имеют оптимальные механические свойства, 6 Получение и исследование свойств гидрогелей некоторые же природные гидрогели обладают рядом уникальных свойств, например хитозан проявляет антибактериальную активность. Из этого следует, что смешение синтетических и природных полимеров для получения новых гидрогелиевых материалов может послужить решением проблемы отсутствия у многих гидрогелиевых биоматериалов желаемых функциональных свойств. Поливиниловый спирт (ПВС) - водорастворимый синтетический полимер - образует стабильный и кристаллизующийся гидрогель методом замораживания-оттаивания. Гидрогель ПВС обладает высокой механической прочностью, биосовместимостью, имеет вязкоупругую природу, нетоксичен, экономичен. В настоящее время гидрогели ПВС используют в биомедицине в качестве материалов для перевязки ран, как системы контролируемого высвобождения лекарств [2], в тканевой инженерии как материалы для создания искусственных органов, например хрящей [3-4]. Альгинат натрия (АН) - линейный полисахарид, состоящий из 1,4-свя-занной P-D-маннуроновой кислоты и остатков a-L-гулуроновой кислоты в различных пропорциях в зависимости от его водорослевого или бактериального происхождения [5]. Альгинат натрия растворим в водном растворе и образует стабильные гели при комнатной температуре в присутствии некоторых двухвалентных катионов (например, Ba2+, Ca2+), которые могут образовывать комплекс с карбоксильными группами остатков a-L-гулуро-новой кислоты в тетрадентатной структуре, затем образуя egg-boxmodel [6]. Альгинат натрия, сшитый ионами кальция, обладает превосходными свойствами и широко используется в биомедицине как материал каркаса для тканевой инженерии из-за структурного сходства с естественным внеклеточным матриксом. Альгинат натрия может управлять клеточной адгезией клеток, ростом и образованием новой ткани в трехмерной структуре при имплантации как животным, так и людям в сочетании с различными клетками. Кроме того, гидрогель альгината натрия полезен для заживления ран, поэтому его использовали в качестве гемостатического перевязочного материала. Сообщается, что альгинат натрия нетоксичен и биоразлагаем при пероральном введении, его гидрогель сжимается при pH 1,2 (желудочная среда) и набухает при pH 7,4 (кишечная среда), подходит для доставки лекарств через кишечник [7]. Цель работы - получение и исследование свойств гидрогеля состава: поливиниловый спирт - альгинат натрия. Экспериментальная часть Для оценки влияния состава смеси на характеристику набухания были приготовлены следующие смеси гидрогелей: ПВС и АН 5 мас. % приготовлены путем растворения порошковых материалов в дистиллированной воде при 95°С для ПВС и при 20°С для АН при постоянном перемешивании в течение 6 ч. Затем полученные растворы смешивали в массовом соотношении (ПВС /АН) 75/25, 50/50 и 25/75 при перемешивании в течение 6 ч. 7 А.А. Черкасов, A.A. Чернышев, Д.Н. Лыткина, И.А Курзина Раствор смеси выливали в форму и проводили 4 цикла замораживания при -23°С в течение 12 ч и оттаивания при комнатной температуре в течение 6 ч. Смесь сшитых гидрогелей погружали в водный раствор CaCl2 5 мас. % для сшивания АН, в результате чего были получены гидрогели ПВС / АН. После этого образцы высушивали при температуре 60°С в течение 24 ч. Состав образцов приведен в табл. 1. Таблица 1 Состав композиционных материалов на основе поливинилового спирта и альгината натрия Образец 1 2 3 Содержание 5%-ного раствора ПВС в исходной смеси, мас. % 75 50 25 Содержание 5%-ного раствора АН в исходной смеси, мас. % 25 50 75 Т аблица 2 Соотношение компонентов в гранулах Образец Альгинат натрия, г ПВС, г Вода, мл Хлорамфеникол, г 50% АН 4 4 33% АН 2,67 5,33 100 0,75 25% АН 2 6 Для исследования высвобождения модельного соединения (хлорамфени-кол) получали гранулы по следующей методике. Сначала готовили раствор поливинилового спирта путем растворения порошка ПВС в дистиллированной воде при температуре 96°С. После тщательного перемешивания дали раствору остыть при комнатной температуре. Затем к раствору ПВС добавили навеску ХФ, тщательно перемешали и добавили четко измеренное количество АН. Полученную смесь перемешивали в течение 2 ч, затем помещали ее в шприц и по каплям продавливали в 5 мас. %-ный раствор хлорида кальция при постоянном перемешивании. После завершения экструзии перемешивание продолжали в течение 10 мин, гранулы дважды промывали дистиллированной водой и высушивали в вакуумном сушильном шкафу при 60°С в течение 12 ч. Состав гранул приведен в табл. 2. Результаты Исследование свойств набухания полимеров проводили в дистиллированной воде при 37°С. Через определенные промежутки времени, образцы вынимали, промокали фильтровальной бумагой для поглощения избытка воды на поверхности и взвешивали. Коэффициент набухания (г/г) определяли по следующему уравнению: W - W Коэффициент набухания (КН) = - -- , W0 где W0 - масса высушенного образца, Wt - масса набухших гидрогелей в момент времени t. На рис.1. показано, что все образцы имеют схожую тенденцию к набуханию. Коэффициент набухания быстро увеличивается в первые 8 ч, после 8 Получение и исследование свойств гидрогелей чего значение устанавливалось и практически не изменялось. Коэффициент набухания быстрее всего растет у образца 1 с 25% АН. Известно, что повышенная плотность сшивки приведет к более компактной сетевой структуре и меньшему пространству в полимерной матрице для размещения воды. Таким образом, коэффициент набухания отрицательно связан с плотностью сшивки. Однако, поскольку ПВС является боле гидрофильным, чем АН, соотношение равновесного набухания гидрогелей смеси ПВС / АН будет увеличиваться с увеличением содержания ПВС в гидрогелях. 0,8 -1 С* 0.6 " s я га X . / - _ >> ѵо га В н 0.4- Г 4 * 7 М о Я I I Т Я ' о 0,2 -* f f * U г ■ ПВС/АН (75/25) • ПВС/АН (50/50) * ПВС/АН{25/75) 0.0 -I- 500 1000 1500 Время (мин) Рис. 1. Коэффициент набухания гидрогелей смеси ПВС /АН в дистиллированной воде при 37°C Для получения профилей высвобождения ХФ навески образцов 0,5 г помещали в растворы, моделирующие желудочно-кишечный тракт (рис. 2): сначала на 2 ч в буферный раствор pH 1,2, что соответствует кислотности желудка, при 37°С, после чего гранулы вынимали и помещали в раствор фосфатного буфера pH 7,4, что соответствует кислотности кишечника. Определение концентрации проводили методом УФ-спектрофотомерии. При помещении гранул в буферный раствор с pH 1,2 наблюдали, что высвобождения лекарственного вещества практически не происходит. При переносе гранул в раствор с pH 7,4 наблюдали резкий рост скорости высвобождения лекарственного вещества. Это свидетельствует о том, что данная система является pH-специфичной, поскольку большая часть групп -COO- альгината натрия в буфере c pH 1,2 превращается в -COOH. Водородная связь между -COOH и АН приводит к взаимодействиям АН-АН, которые преобладают над взаимодействиями АН-вода. Когда pH увеличивается, степень набухания гранул тоже увеличивается, -COOH-группы ионизируются и превращаются в -COO- что облегчает набухание. Грану-9 А.А. Черкасов, A.A. Чернышев, Д.Н. Лыткина, И.А Курзина лы, состоящие только из АН, сшитого Ca2+, демонстрируют наибольшую скорость высвобождения ХФ. Рис. 2. Кривые высвобождения хлорамфеникола из полимерных гранул Т аблица 3 Практический выход ХФ Образец 100% АН 50% АН 33% АН 25% АН Выход ХФ, % 90 88 85 83 При добавлении ПВС наблюдали снижение скорости высвобождения ХФ, что связано с образованием водородных связей при физическом сшивании ПВС. Физическое сшивание ПВС также препятствует деградации и растворению АН и способствует контролируемому высвобождению лекарственного вещества за счет контролируемого набухания и разложения. Практический выход ХФ представлен в табл. 3. Заключение Посредством криообработки раствора ПВС / АН с последующей сшивкой Ca2+ получены гидрогели смеси ПВС / АН, подходящие для использования в качестве биосовместимых материалов. При исследовании коэффициента набухания была выявлена его отрицательная связь с плотностью сшивки; наибольший коэффициент набухания имеет материал 1, содержащий 25% АН. Высвобождение хлорамфеникола в буферном растворе pH 7,4 гораздо выше, чем в растворе с pH 1,2; это указывает на то, что выбранная система является контролируемой и может быть использована в качестве системы адресной доставки в кишечник. С увеличением ПВС в полимерной матрице скорость высвобождения лекарственного вещества 10 Получение и исследование свойств гидрогелей уменьшается, что, в свою очередь, может быть полезным для пролонгированной доставки лекарственного вещества в кишечник.

Скачать электронную версию публикации