CC BY
9УДК 546.26+661.183+661.12.01
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ К СИНТЕЗУ МОДИФИЦИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ СОРБЕНТОВ МЕДИЦИНСКОГО И ВЕТЕРИНАРНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Л.Г. Пьянова, В.А. Лихолобов, А.В. Седанова, М.С. Дроздецкая
ЛИДИЯ ГЕОРГИЕВНА ПЬЯНОВА - доктор биологических наук, доцент, заведующий лабораторией синтеза функциональных углеродных материалов Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН); профессор кафедры «Химическая технологи и биотехнология» Нефтехимического института при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Омский государственный технический университет» (ОмГТУ). Область научных интересов: углеродные сорбенты медицинского и ветеринарного назначения, их синтез и исследование их физико-химических и медико-биологических свойств, нанотехнологии, биотехнологии, физическая химия. E-mail: medugli@ihcp.ru; тел.:(3812) 56-02-09
ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ ЛИХОЛОБОВ - член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор, научный руководитель ИППУ СО РАН; заведующий кафедрой «Химическая технологи и биотехнология» Нефтехимического института при ОмГТУ. Область научных интересов: создание катализаторов и каталитических процессов нефтехимического и органического синтеза, целенаправленный синтеза функциональных углеродных материалов и каталитических композиций.
АННА ВИКТОРОВНА СЕДАНОВА - кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории синтеза функциональных углеродных материалов ИППУ СО РАН. Область научных интересов: углеродные сорбенты медицинского и ветеринарного назначения, их синтез и исследование их физико-химических и медико-биологических свойств, физическая химия. E-mail: medugli@ihcp.ru; тел.:(3812) 56-02-09
МАРИЯ СЕРГЕЕВНА ДРОЗДЕЦКАЯ - младший научный сотрудник лаборатории синтеза функциональных углеродных материалов ИППУ СО РАН. Область научных интересов: углеродные сорбенты медицинского и ветеринарного назначения, их синтез и исследование их физико-химических и медико-биологических свойств. E-mail: medugli@ihcp.ru; тел.:(3812) 56-02-09
644040, Омск, ул. Нефтезаводская, д. 54, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук
644050, Омск, проспект Мира, д. 11, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет»
Описаны направления синтеза модифицированных углеродных сорбентов, разработанных в лаборатории синтеза функциональных углеродных материалов в ИППУ СО РАН. Представлены результаты исследований физико-химических и медико-биологических свойств модифицированных углеродных сорбентов.
Ключевые слова: углеродные материалы, адсорбенты, химическое модифицирование, модификаторы, физико-химические свойства, медико-биологические свойства.
FUNDAMENTALS OF TECHNOLOGICAL APPROACHES TO THE SYNTHESIS OF CARBON SORBENTS OF MEDICAL AND VETERAN APPLICATION
L.G. P'yanova, V.A. Likholobov, A.V. Sedanova, M.S. Drozdetskaya
Some approaches to the synthesis of various modified sorbents which developed in the laboratory for the synthesis offunctional carbon materials in the IHP SB RAS are reported. Main results of studies of physic-chemical and medical-biological properties of modified carbon sorbents are examined.
Key words: carbon materials, adsorbents, chemical modification, modifiers, physicochemical properties, medical-biological properties
Введение
Современный уровень науки и техники открывает возможности для создания нового поколения модифицированных углеродных материалов медицинского и ветеринарного назначений Целенаправленный синтез модифицированных сорбентов с заданными биоспецифическими свойствами для решения конкретных задач медицины и ветеринарии является одним из основных направлений исследования в лаборатории синтеза углеродных функциональных углеродных материалов в ИППУ СО РАН [1-9].
В институте разработан комплекс методов химической функционализации поверхности углеродных сорбентов с прочным закреплением азот-, кислородсодержащих групп с целью придания им биоспецифических свойств. Химическое модифицирование углеродных материалов осуществляют путем химических реакций с участием «активных» (реакционноспособных) поверхностных групп. При этом происходит изменение функционального покрова (химической природы) поверхности [10].
Представлены основные направления синтеза модифицированных углеродных сорбентов медицинского и ветеринарного назначений (табл. 1). Основные разработки для медицины были получены на основе мезопористого углеродного гемосор-бента ВНИИТУ-1 (ТУ 9398-002-71069834-2004, регистрационное удостоверение № ФСР 2008/03492 от 25.09.2012 г.), для ветеринарии - с использованием мезопористого углеродного энтеросор-бента Зоокарб (ТУ 9318-003-71069834-2016, лицензия Россельхознадзора РФ № 00-15-1-002530 от 02.09.2015 г., регистрационное удостоверение
36-3-6.16-3198 № ПВР-3-4.5/01658 от 01.06.2016 г., сертификат соответствия № РОСС RU.ФВ01. Н24376 № 0168682, декларация о соответствии №РОСС RU.СС07.Д00156 от 11.10.2017 г.).
Основные преимущества данных сорбентов, позволяющие их использовать в качестве перспективных материалов для создания эффективных медицинских изделий и лекарственных препаратов: высокая химическая чистота (содержание углерода не менее 99,5 %); гладкая поверхность гранул сферической формы (размер 0,5-1,0 мм), которая не травмирует форменные элементы крови и слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта. Материалы характеризуются практическим отсутствием пыли на поверхности и в порах, что связано с высокой прочностью гранул и предусмотрено технологией получения данных сорбентов; мезо-пористой структурой, обеспечивающей высокую адсорбционную активность по отношению к веществам различной природы с низкой и средней молекулярной массой [11, 12].
Используемые модификаторы для синтеза сорбентов медицинского и ветеринарного назначений подобраны с учетом требований, предъявляемых к материалам для сорбционной терапии. Они нетоксичны, мономеры модификаторов растворимы в водных растворах, доступны. В структуре используемых мономеров присутствуют функциональные группы, способные вступать в реакцию поликонденсации/полимеризации с образованием олигомеров или полимерных цепей, обусловливающих малую подвижность модификатора в порах носителя (применительно к гемосорбентам), либо способствующих свободной миграции модификатора в водный раствор (применительно к энтеро-и аппликационным сорбентам).
Таблица 1
Направления синтеза модифицированных углеродных сорбентов медицинского и ветеринарного назначения с биоспецифическими свойствами
Направление Исходный углеродный сорбент Модификаторы Способ химического модифицирования Получаемый материал Биоспецифические свойства Наблюдаемая эффективность
I Гемосорбент углеродный ВНИИТУ-1 амино-капроновая кислота поликонденсация изделие медицинского назначения, гемосорбент иммуно-корригирующие снижение концентрации провоспалитель-ных цитокинов
II фтор, эти-лендиамин, полиальбумин фторирование с последующим замещением фтора на аминогруппы и имобилизацией биолиганда противовирусные связывание вирусных частиц гепатита В (снижение содержания антигена HBsAg)
III винилпирро-лидон полимеризация изделие медицинского назначения, аппликационный материал детоксикационные, антибактериальные удаление токсинов, антибактериальное действие
IV гидрокси-кислоты поликонденсация детоксикационные, антибактериальные, антимикотические удаление токсинов, антибактериально е, антимикотическое действие
V Энтеросор-бент углеродный Зоокарб бетулин импрегнирование ветеринарный препарат, энтеросорбент детоксикационные, иммунокорриги-рующие защита и восстановление иммунной системы
VI аргинин поликонденсация
Синтез модифицированных углеродных сорбентов медицинского назначения
Углеродный сорбент, модифицированный аминокапроновой кислотой с последующей поликонденсацией (направление I, образец УС-АМК)
Для модифицирования поверхности углеродного сорбента использовали аминокапроновую кислоту производства ООО «Полисинтез», г. Белгород (ФСП 42-0275-6044-04, изм. 1,2). Модифицированные образцы углеродного сорбента получали пропиткой материала 20 % водным раствором ами-нокапроновой кислоты при соотношении сорбент/ раствор модификатора - 1/10, время пропитки - 3 ч, температуре 90 ± 5 °С и непрерывном перемешивании с последующей термообработкой в инертной среде течение 15 мин при температуре 200±5 °С.
Фторуглеродный сорбент с иммобилизованным полиальбумином (направление II, образец УС-Ф-ПА)
Фторирование углеродного сорбента растворами В^3 в HF проводили в герметичном фторо-
пластовом реакторе, охлажденного до -20 °С [13]. Затем последовательно добавляли безводный фтористый водород HF, навеску углеродного сорбента ВНИИТУ-1 и трифторид брома В^3. Реактор герметизировали и выдерживали реакционную смесь при 25 °С в течение 5 суток, после чего отделяли сорбент от жидкой фазы фильтрацией на фторопластовой воронке, промывали трижды ацетоном и сушили в токе азота.
Замещение фторид аниона фторуглеродных гемосорбентов на группу -КН-(СН2)3-КН2 проводили следующим образом: к навеске фторсодер-жащих образцов углеродного сорбента добавляли смесь 1,3-диаминопропана и пиридина в соотношении 1:1, перемешивали в течение 24 ч при Т=15-18 °С, центрифугировали и удаляли прореагировавшую смесь. Двукратно отмывали растворителем - диметилформамидом, а затем 0,15 М раствором хлорида натрия до отрицательной реакции 1 % спиртового раствора нингидрина на аминогруппы. Завершали синтез промывкой в фосфатном буферном растворе с рН 7,4. Пиридин в данной реакции использовали в качестве катализатора. Межмолекулярное удаление ОТ завершается образованием соответствующего фторуглеродного гемосорбента с аминопропильными группами.
КД'-дициклогексилкарбодиимид
пентафторфеноловый эфир полиальбумин
биоспецифический углеродный сорбент Рис. 1. Схема получения биоспецифического гемосорбента
Для модифицирования человеческого сывороточного альбумина с концентрацией 20 мг/мл, приготовленного в ацетатном буферном растворе (рН 7,0) использовали 25 % раствор глутаральдеги-да. Инкубацию со свежеприготовленным 25 % водным раствором глутарового альдегида проводили в течение 2 часов при температуре 4 °С при постоянном перемешивании. Затем фторуглеродный гемосорбент с аминогруппами выдерживали с полиальбумином в течение 16-24 часов и отмывали физиологическим 0,15 М раствором хлорида натрия. После этого полученный материал высушивали на воздухе при комнатной температуре в течение 15-20 часов.
Наличие на поверхности углеродного биоспецифического сорбента иммобилизованного белка (полиальбумина) подтверждали физико-химическими методами (спектрофотометрическим методом анализа, методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР), атомно-силовой спектроскопией). Схема синтеза представлена на рис. 1.
Углеродный сорбент, модифицированный поли^-винилпирролидоном (направление III, образец УС-ПВП)
Пропитку гранул углеродного сорбента проводили 0,2-1,0 % раствором инициатора в ^винилпирролидоне при рН 7,0-7,5, остаточном давлении 15-20 мм рт.ст. и соотношении гемосор-бент : раствор инициатора в ^винилпирролидоне 1 : 1,4-2,0 в течение 15-30 минут. Затем температуру поднимали до 65-75 °С и выдерживали в течение 0,5-8 часов в инертной атмосфере (патент ссылкой оформить). Способ модифицирования разработан под руководством к.т.н., ст.н.с. ИППУ СО РАН Баклановой О.Н.
Углеродный сорбент, модифицированный гидроксикислотами с последующей поликонденсацией (направление IV, образцы УС-ГК, УС-МК и УС-ГК-МК)
Углеродный сорбент пропитывали 50 % водным раствором гликолевой кислоты (заполнение пор по влагоемкости, статические условия) в течение 8 часов при комнатной температуре (23±2 °С) при соотношении сорбент : р-р модификатора 1:1 [14]. Затем проводится сушка в течение часа при 105±2 °С. Поликонденсацию гликоле-вой кислоты на углеродном сорбенте проводили на песчаной бане при температуре 195±5 °С в течение 1 часа, а затем в течение 5 ч. при температуре 225±5 °С.
Способ получения углеродного сорбента, модифицированного 50 % раствором молочной кислоты или сополимером гликолевой и молочной кислот (соотношение гликолевой кислоты : молочная кислота 70:30 или 20-50 % водные растворы) включает пропитку гранул углеродного сорбента раствором модификатора, при соотношении гемосорбент : раствор модификатора 1:1 в течение 20-24 ч. Термообработку проводили в три стадии: при температуре 105-135 °С в течение 1-2 ч, при температуре 145-175 °С в течение 4-13 ч и при температуре 165-185 °С в течение 6-20 ч.
Синтез модифицированных углеродных сорбентов ветеринарного назначения
Углеродный сорбент, модифицированный
бетулином (направление V, образец УС-Б)
При разработке способа модифицирования углеродного сорбента бетулином одна из основных задач заключалась в разработке технологиче-
ских приемов, обеспечивающих перевод бетули-на в водорастворимое состояние при варьировании его дисперсности (патент ссылкой оформить). В качестве растворителей использовали этиловый спирт и смесь этанола с глицерином (92 % : 8 % по объему соответственно). Нанесение растворенного в глицерине бетулина на гидрофобную поверхность углеродного носителя способствовало полной его десорбции в биологическую среду организма животного.
Процесс импрегнирования этанол-глицериновым раствором бетулина углеродного сорбента проводили в несколько стадий: приготовление 1 %-ного этанольно-глицеринового раствора бетулина: массовое соотношении компонентов «бетулин:глицерин:этанол» = 0,07 : 0,14 : 1; пропитка образца спиртовым раствором бету-лина с глицерином при массовом соотношении компонентов «раствор бетулина:углеродный носитель» = 0,4 : 1; выделение этилового спирта из реакционной смеси в реакторе-пропитывателе по окончании процесса пропитки сорбента; сушка препарата при температуре 150 °С.
Углеродный сорбент, модифицированный аргинином с последующей поликонденсацией (направление VI, образец УС-А)
Пропитку образца углеродного сорбента проводили в течение 1 ч 15 %-ным водным раствором аргинина (рН=10,76) при соотношении сорбент/ раствор модификатора 1:5 и температуре 20±2 °С с непрерывным перемешиванием (патент ссылкой оформить). Термообработку пропитанного сорбента проводили при температуре 105±2 °С до постоянной массы. Затем образец выдерживали в проточной печи в атмосфере аргона в течение 15 минут при температуре 160±2 °С (для более прочного закрепления модификатора на углеродном материале). Далее проводилась повторная пропитка и сушка сорбента при условиях как при аналогичных этапах.
Физико-химические и медико-биологические свойства модифицированных углеродных сорбентов медицинского и ветеринарного назначения
При химическом модифицировании углеродных сорбентов одной из главных задач - определение параметров модифицирования и условий, позволяющие получить на поверхности полимер, не содержащий токсичные примеси мономера, или внести в поры сорбента модификатор, установить наличие модификатора, оценить его коли-
чество на сорбенте. Использование физико-химических методов является необходимым условием для получения образцов высокого качества, соответствующих медицинским и ветеринарным требованиям.
Для оценки влияния модифицирования материалов на их свойства использовали комплекс физико-химических методов: метод низкотемпературной адсорбции азота с расчетом по теории БЭТ (объемная вакуумная автоматизированная статическая установка "Sorptomatic-1900", анализатор Gemini 2380), метод термического анализа (прибор DTG-60H, SHIMADZU), инфракрасная (ИК) спектроскопия (спектрометр NICOLET-5700, Thermo Fisher Scientific), элементный анализ (CHNOS элементный анализатор Vario EL Cube Elementar) и др. [15, 16]. Исследования проводились на оборудовании ЦКП Омского научного центра СО РАН.
Исследование рельефа углеродных материалов методом растровой электронной микроскопии позволяет в целом представить характер распределения модификатора на поверхности сорбента, оценить влияние способа нанесения модифицирующего агента и его количества на морфологию получаемого образца.
В зависимости от поставленной задачи и используемого направления синтеза модификатор наносится на углеродный сорбент либо неравномерно и локально в виде «островков» (например, при синтезе гемосорбентов избирательного назначения), либо по всей поверхности с заполнением пор (при создании аппликационных материалов, энтеросорбентов) (рис. 2).
Определение текстурных характеристик, в том числе определение удельной площади поверхности, и проведение термического анализа синтезированных углеродных материалов позволяют оценить влияние процесса модифицирования и определить количество модификатора, заполнившего поры сорбента (табл. 2). При модифицировании углеродной поверхности наблюдается закономерное уменьшение удельной площади поверхности и объема пор, что связано с заполнением пористого пространства сорбента биологически активными веществами, олиго/полимерами.
По результатам термического анализа установлено, что на кривой дифференциально-термического анализа для каждого модифицированного образца в отличие от исходного имеется один экзотермический пик в области температур 200400 °С, соответствующий окислительной деструкции нанесенного модификатора. Потеря массы образцов в данном температурном интервале соответствует количеству нанесенного модификатора в каждом случае (табл. 2) [17-24].
Рис. 2. Электронно-микроскопические снимки гранул и поверхности углеродных сорбентов
до (а) и после модифицирования (б, в)
б) образцы, модифицированные пропиткой раствором аминокапроновой кислоты с последущей ее поликонденсацией; в) образцы, модифицированные пропиткой Nинилпирролидоном с последующей его полимеризацией
Отличительная особенность предлагаемых способов модифицирования углеродных сорбентов заключается в том, что подобранные параметры и условия синтеза позволяют нанести модификатор в виде полимерной пленки на поверхность углеродного материал «локально» или внести в его поры с сохранением и мезопористой структуры. Таким образом, модифицированные сорбенты приобретают бифункциональность: с одной стороны, они обладают биоспецифическими свойствами, обусловленные действием нанесенных модификаторов, а с другой - детоксикационными свойствами за счет пористой структуры углеродного материала.
Изменения в составе функциональных групп на поверхности углеродного материала при модифицировании качественно определены методом ИК спектроскопии (табл. 3) [24-35]. Установлено, что при модифицировании
- происходит перераспределение состава, содержания кислородсодержащих групп;
- возможно образование пептидной (при поликонденсации аминокислот) или сложноэфирной связи (при поликонденсации гидроксикислот);
- появляются полосы поглощений для азот-, фторсодержащих групп, обусловленных природой модификатора;
- можно определить наличие/отсутствие токсичных мономеров, не вступивших в реакцию по-
лимеризации (например, при образовании поли-К-винилпирролидона) и др.
Ряд образцов имеют в ИК спектрах отличные от других полосы поглощения:
- в спектрах образца УС-А отмечаются асимметричные деформационные колебания КН3+ в области 1651 см-1; а для образца УС-АМК симметричные деформационные колебания КН3+ в области 1380 см-1;
- присутствие бетулина в составе образца УС-Б приводит к появлению валентных колебаний связи -С-СН2 в области 875 см-1;
- при модифицировании углеродного сорбента поливинилпирролидоном (образец УС-ПВП) в спектрах появляются полосы поглощения, которые соответсвуют деформационным колебаниям СН в связи -СН=СН в структурных фрагментах (1080-1840 см-1); плоскостным деформационным колебаниям СН в связи -НС=СН2 (1300-1400 см-1) и валентным колебаниям связи С=0 (амид I) и С-К в кольце лактама в областях 1640 см-1 и 1250 см-1;
- в спектрах образца УС-АМК при 1643 см-1 появляются п.п. соответствующие валентным колебаниям в связи С-К (амид II);
- образец УС-Ф-ПА имеет характерные полосы поглощения при 1238 см-1, характерные для валентных колебаний связи С-Р в структурных фрагментах -CF3, -СР2-, НР2-, (СР)п, а п.п. при 1073 см-1 - для СхЕ
Физико-химические характеристики углеродных сорбентов
Наименование образца
Текстурные характеристики
Объем пор, см-Уг
Удельная _
площадь
поверхности, общий макро- мезо- микро-
м2/г
Количество нанесенного
. модификатора, масс. % Элементный состав, (термический анализ) масс.
О
N
Сорбенты медицинского назначения
Исходный углеродный гемосорбент ВНИИТУ-1 425
(ВНИИТУ-1)
Сорбент, модифицированный аминокапроновой 125
кислотой с последующей поликонденсацией (УС-
АМК)
Фторуглеродный сорбент с иммобилизованным 226
полиальбумином (УС-Ф-ПА)
Сорбент, модифицированный гликолевой кислотой 200
с последующей поликонденсацией (УС-ГК)
Сорбент, модифицированный молочной кислотой 32
с последующей поликонденсацией (УС-МК)
Сорбент, модифицированный смесью 10
молочной и гликолевой кислот с последующей поликонденсацией (УС-ГК-МК)
Сорбент, модифицированный поли-]Ч- 8
винилпирролидоном (УС-ПВП)
0,961 0,079 0,860
0,541 0,091 0,450
0,022
0,323
0.408
0,117
0,030
0,052
0.309
0.402
0,117
0,029
0,050
0.014 0.006
0.001
0,002
2,8
4,2
12,0
31,0
45,0
7,6
98,46 0.96 отс.
91,17 3.90 3,22
69.00 5.44 1.32
198 8.40 отс.
82.36 1.92 отс.
73,44 24,49 отс.
85,30 6.65 5,28
Сорбенты ветеринарного назначения
Исходный углеродный энтеросорбент Зоокарб (Зоокарб)
Сорбент, модифицированный бетулином (УС-Б)
306
228
0,398 0,031 0,351
0.363 0,050 0,313
0.016
0,5
98,46 0.96 отс.
97.50 1.25 отс.
Сорбент, модифицированный аргинином с последующей поликонденсацией (УС-А)
212
0,249 0,020 0.229
3,0
90.89 0,96 3,18
Примечание:* - содержание элементов Н, 8 не представлены в таблице, так как их содержание составляет менее 1 масс. %
Полосы поглощения в ИК-спектрах исследуемых образцов
Наблюдаемые п.п. в ИК спектрах в области 800-1900 см1
Валентные колебания связей Сорбенты медицинского назначения Сорбенты ветеринарного назначения
ВНИИТУ-1 УС-АМК УС-Ф-ПА УС-ГК УС-МК УС-ГК-МК УС-ПВП Зоокарб УС-Б УС-А
Валентные колебания С=0 в кетонах.
кислотах и сложных эфиров, в карбонильных и карбоксильных 1700- -1735 1705-1710 1700-1735 1700-1750 1700-1750 - 1700-1735 1735 1730
фрагментах
Асимметричные валентные колебания ТОО 1452 - - - - - - 1555
Деформационные колебания -СН, связанные с атомами О или С - 1410-1480 1410-1480 1418 1400-1500 - 1445
Деформационные колебания -СН,
в структурных фрагментах -СН,- 980- -985 - 1350-1380 1388 997,1375 980-985 1387
и-СН,
Валентные колебания С-0 и C-N - - - - - 1250-1300 - 1165 1157, 1205
Валентные колебания С-0 в спиртовых и фенольных фрагментов 1000- -1200 1000-1180 1190-1195 1000-1200 1000-1200 1000-1200 1165, 1196 1000-1200 -
Валентные колебания С-О-С в эфирных и лактонных структурах 1200- -1230 1217 1200-1280 - 1200-1230 -
Валентные колебания С=С в полиароматических системах 1500- -1570 1550-1560 1575-1580 1570-1575 1570-1575 1550-1590 - 1500-1570 1557 1556
Валентные колебания связи С=0 (амид I) и C-N в кольце лактама - 1660 1250, 1640 - -
Результаты C, H, N, O, S, анализа (в объеме) демонстрируют влияние модифицирования на элементный состав углеродного сорбента: заметно отличается от исходного: повышается содержание кислорода до 24 масс. %, при этом снижается общее содержание углерода до 74 масс. % (табл. 2). Для образцов УС-АМК, УС-Ф-ПА, УС-ПВП, УСА, при синтезе которых используются азотсодержащие модификаторы, отмечается появление азота до 5 масс. %. В составе фторированного сорбента с иммобилизованным полиальбумином в количестве 20 масс. % появляется фтор.
Оценку медико-биологических свойств разработанных сорбентов проводят в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения РФ (испытание медицинских изделий) и Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (исследование ветеринарных препаратов).
Полученные результаты испытаний показали, что модифицированные сворбенты обладают выраженными биоспецифическими свойствами и являются перспективными материалами для сорбци-онной терапии (табл. 1).
Стендовые медицинские испытания показали, что образцы углеродного сорбента, модифицированные аминокапроновой кислотой с последующей поликонденсацией (УС-АМК), значительно снижают уровень провоспалительных цитокинов (интерлейкина 6 и интерлейкина 8) в плазме крови при остром панкреатите и осложненном панкрео-некрозе. Применение данного сорбента не влияет на концентрацию иммуноглобулинов, что является положительным моментом, так как они играют важную роль при защите иммунной системы.
Углеродный сорбент, модифицированный по-ливинилпирролидоном (УС-ПВП), проявляет выраженную антибактериальную активность по отношению к грамположительным бактериям St. aureus при времени контакта не менее 6 часов, к грамотри-цательным бактериям Kleb. рпеитошае - не менее 3 часов, Ps. аeruginosa, E. соП - не менее 6 часов. Также в отличие от исходного сорбента, по истечении 24 часов после контакта модифицированного сорбента УС-ПВП со смесями культур отмечается отсутствие роста тест-микроорганизмов. Противогрибковые свойства у сорбента, модифицированного поливинилпирролидоном, не обнаружены.
Углеродный сорбент, модифицированный олигомером гликолевой кислоты (УС-ГК) обладает более выраженным антибактериальным действием
по сравнению с образцом УС-ПВП в отношении грамположительных и грамотрицательных монокультур St. aureus, Ps. aeruginosa, Kl. pneumoniae, Enterococcus faecalis., E. coli и их смесей: бактерии чувствительны при времени контакта не менее 1 ч. Сорбент, модифицированный олигомером молочной кислоты, УС-МК эффективен в отношении бактериально-грибковых ассоциаций, в частности, Staphylococcus aureus + Candida albicans.
Установлено, что фторуглеродный сорбент с иммобилизованным полиальбумином (УС-Ф-ПА) при испытаниях «in vitro» на плазме больных гепатитом В проявляет противовирусные свойства: после контакте с модифицированным материалом в плазме крови снижается концентрация вирусных частиц гепатита В (поверхностный антиген вируса гепатита В, ДНК вируса гепатита В).
Энтеросорбенты, модифицированные бету-лином (УС-Б) и полиаргинином (УС-А), обладают детоксикационными, иммунокорригирующи-ми свойствами [36, 37]. Они могут быть применены после противопаразитарной обработки животных различными препаратами и при остром отравлении пестицидами (УС-А).
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о биоспецифичности разработанных модифицированных углеродных сорбентов, показывают различия между ними. Это обусловлено природой модификаторов и способом модифицирования (импрегнирование, полимеризация и др.). В свою очередь, это предполагает и тот факт, что данные материалы медицинского и ветеринарного назначения различаются и по механизму биоспецифического действия. Например, повышение антибактериальных свойств сорбента, модифициро ванного поливинилпирродоном, можно объяснить проявлением собственных антибактериальных свойств модификатора - поли-N-винилпирролидона. В случае модифицированных гидроксикислотами углеродных сорбентов механизм антибактериального и противогрибкового действия связан с кислотно-основными свойствами нанесенных олигомеров гидроксикислот: при контакте олигомеров гликолевой, молочной кислот с биологической средой заметно снижается рН до 2-4 единиц за счет гидролиза по слож-ноэфирным связям до исходных мономеров, ди-и тримеров [38-40]. Локальное подкисление среды приводит к разрушению и гибели патогенных микроорганизмов, так как молекулы гидроксикис-лот способны проникать через клеточную мембрану патогенной клетки и нарушать ее кислотно-основной баланс .
Высокая способность образца УС-Ф-ПА по отношению к поверхностному антигену вируса гепа-
тита В связана с проявлением взаимодействия антигена HBsAg с полиальбумином, иммобилизованного на поверхности фторуглеродного гемосорбен-та по рецепторному механизму [41-43].
Заключение
Впервые разработаны способы химического модифицирования углеродных гемо- и энтеросор-бентов. Использование комплекса физико-химических методов позволяет изучить процесс модифицирования углеродных сорбентов, определить оптимальные параметры и оценить влияние модифицирования на их свойства. При проведении химического модифицирования можно регулировать физико-химические свойства материалов в зависимости от направления и цели их применения.
Выбранные направления модифицирования углеродной поверхности позволяют получить широкий спектр эффективных специфических углеродных материалов медицинского и ветеринарного назначения нового поколения.
Авторы выражают благодарность зав. лаборатории, к.х.н. В.А. Дроздову и его сотрудникам за проведение физико-химических исследований (ИК-спектроскопия, термический и элементный анализ).
«Работа выполнена при финансовой поддержке ФАНО России в соответствии с Программой фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы по направлению пункт программы 45 «Научные основы создания новых материалов с заданными свойствами и функциями, в том числе высокочистых и на-номатериалов», тема № У.42.2.3. «Научные и технологические основы создания новых материалов на основе наноглобулярного углерода для наноин-дустрии и медицины» (Номер госрегистрации в системе ЕГИСУ НИОКТР 0364-201-0001).
Литература
1. Суровикин В.Ф., Пьянова Л.Г., Лузянина Л.С. Рос. хим. ж. 2007. т. LI. № 5. с. 159.
2. Суровикин В.Ф, Суровикин Ю.В., Цеханович М.С. Рос хим. ж. 2007. т. LI. № 4. с. 111.
3. Суровикин В.Ф. Рос хим. ж. 2007. т. LI. № 4. с. 92.
4. Суровикин В.Ф., Лузянина Л.С., Пьянова Л.Г. и др. Способ обработки гранул углеродного материала для гемо- и энтеросорбции и реактор для его осуществления. Патент РФ № 2211727. 2003. Бюл. № 25.
5. Суровикин В.Ф, Суровикин Ю.В., Цеханович М.С. Способ получения углерод-углеродного материала
для производства гемо- и энтеросорбента. Патент РФ № 2275237. 2005. Бюл. № 12.
6. Суровикин В.Ф, Суровикин Ю.В., Цеханович М.С. Способ получения пористого углеродного материала. Патент РФ № 2303568. 2007. Бюл. № 21.
7. Суровикин В.Ф., Лузянина Л.С., Пьянова Л.Г. и др. Углеродный мезопористый гемосорбент. Патент РФ № 2331581. 2008. Бюл. № 23.
8. Лузянина Л.С., Пьянова Л.Г., Суровикин В.Ф. Способ обработки углеродного мезопористого гемосор-бента. Патент РФ № 2362733. 2009. Бюл. № 21.
9. Лихолобов В.А., Пьянова Л.Г., Бакланова О.Н. и др. Журнал прикладной химии. 2010. т. 83. № 3. с. 407.
10. Пьянова Л.Г., Лузянина Л.С., Дроздов В.А. и др. Фи-зикохимия поверхности и защита материалов. 2010. т. 46. № 3. с. 272.
11. Суровикин В.Ф., Червяков П.И., Пьянова Л.Г. Тезисы докладов II научно практической конференции. 1995. с. 12.
12. Долгих Т.И., Суровикин В.Ф., Пьянова Л.Г. Эфферентная терапия. 2006. т. XII. № 3. с. 36.
13. Лихолобов В.А., Кнорре Д.Г., Даниленко Д.А. и др. Способ получения фторуглеродного гемосорбента и фторуглеродный гемосорбент (ВНИИТУ-1Ф) // Патент РФ № 2477652. 2013. Бюл. № 8.
14. Пьянова Л.Г., Бакланова О.Н., Лихолобов В.А. и др. Углеродный сорбент с антибактериальными и антимикомическими свойствами и способ его получения // Патент РФ № 2541103. 2015. Бюл. № 4.
15. Пьянова Л.Г., Бакланова О.Н. и др. Физикохимия поверхности и защита материалов, 2013. т. 49. № 4. с. 408-417.
16. Пьянова Л.Г., Бакланова О.Н. и др. Химия в интересах устойчивого развития. 2014. т. 22. № 6. с. 633-641.
17. Zhenfeg C., Huijuan R., Guixia L., Guangyan H. Journal of rare earths. 2006. v. 24. р. 724.
18. Lewandowska K. Thermochimica Acta. 2011. v. 517. р. 90.
19. Kim S.J., ParkS.J., Kim I.Y., Lee Y.H., Kim S.I. Journal of Applied Polymer Science. 2002. v. 86. р. 1844.
20. Loia-Bastarrchea M.I., Herrera-Kao W., Cauich-Rodri-guezJ.V., Cervantes-UsJ.M., Vazguez-TorresH., Avila-Ortega A. Journal Thermal Analysis and Calorimetry. 2011. v. 104. р. 737.
21. Lim T. Y., NG W.K., Reginald B.H.T. The Journal of Supercritical Fluids. 2010. v. 53. p. 179.
22. Uzun I.N., Sipahigil O., Dincer S. The Journal of Supercritical Fluids. 2011. v. 55. р. 1059.
23. Zhou J.-H., Sui Z.-J., Zhu J., Li P., Chen D., Dai Y.-C., Yuan W.-K. Carbon. 2007. v. 45. р. 785.
24. Wang N., Wu X. S. et al. J. Biomater. Sci. Polym. Ed. 2000. v. 11. № 3. р. 301-318.
25. Bettinger H.F. Chem. Phys. Chem. 2003. v. 4. р. 12831289.
26. Pehrsson P.E., Zhao W., Baldwin J.W., Song Ch., Liu J., Kooi S. and Zheng B. J. Phys. Chem. B. 2003. v. 107. No. 24. р. 5690-5695.
27. Lee Y.S. J. of fluorine chemistry. 2003. v. 120. р. 99-104.
28. Mitkin V.N., Yudanov N.F., GalizkyA.A. Journal of Fluorine Chemistry. 2006. v. 127. р. 1374-1382.
29. Yu L. Chem. Mater. 2004. v. 16. No. 20. p. 3924-3930.
30. Khabashesku V.N., Billups W.E., Margrave J.L. Accounts of chemical research. 2002. v. 35. No. 12. p. 1087-1095.
31. Zhang L., Kiny V.U., Peng H, Zhu J., Lobo R.F.M., Margrave J.L. and Khabashesku V.N. Chem. Mater. 2004. v. 16. No. 11. p. 2055-2061.
32. Bartolozzi I., Solaro R., Schacht E., Chiellini E. European Polymer Journal. 2007. v. 43. p. 4628.
33. Wei S.F., Lian J.S., Jian Q. Applied Surface Science. 2009. v. 255. p. 6978.
34. Woo H.-Y., Jung W.-G., Ihm D.-W., Kim J.-Y.l. Synthetic Metals. 2010. v. 16. p. 588.
35. Abu Bakar N.H.H., Ismail J., Abu Bakar M. Reactive & Functional Polymers. 2010. v. 70. p. 168.
36. ToMcmuKoeF.A., ®rnxmep O.E., ^умbц 3.3., Bcmmma
Л.А., Толстиков А.Г. Химия в интересах устойчивого развития. 2005. т. 13. № 1. с. 1 - 30.
37. Флехтер О.Б. Химико-фармацевтический журнал. 2002. т. 36. № 9. с. 29 - 32.
38. Mogosanu G.D., Grumezescu A.M. International Journal of Pharmaceutics. 2014. v. 463. р. 127-136.
39. Кедик С.А., Жаворонок Е.С. и др. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2013. № 2 (3). с.18-35.
40. Ozdil D., Aydin H. M. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2014. v. 89. р. 1793-1810.
41. Yu M.W., Finlayson J.S., Shih J. W.-K. J. Virology. 1985. v. 55. No.3. р. 736-743.
42. Harrison Ph. M.. Lau J.Y.N., Williams R. Postgrad. Med. J. 1991. v. 67. р. 719-741.
43. Майер К.П. Гепатит и последствия гепатита: прак-тич. рук.: пер. с нем. М.: ГЭОТАР-МЕД. 2004. 720 с. Ut magnimus ut unt. Hil iumquodi dolore re voloremquo
