CC BY
16глобулярных компонентов, но и частично самого коллагена. Это приводит к уменьшению выхода конечного продукта на 15%,
При остальных вариантах обработки выявлен небольшой процент потери белка. Кроме того, при использовании композиционных смесей 5, 7, 8, 9 наблюдается эффект «задубливания» образцов ГСО и фибриллярный коллаген в дальнейшем плохо растворялся в уксусной кислоте. Процент выхода конечного продукта при использовании вышеперечисленных вариантов обработки снижается на 10%.
Таким образом, полученные результаты позволяют остановить выбор на вариантах 3 и 6, т.к. их применение практически не затрагивает фибриллярный белок, удаляя лишь глобулярные компоненты.
По нашему мнению, пероксидно-щелочная композиция, за счет кооперативного воздействия ее компонентов на внутреннюю структуру соединительной ткани, обеспечивает более высокую степень химической чистоты фибриллярного коллагена, лучше удаляет сопутствующие ему биополимеры и подготавливает его к растворению слабыми органическими кислотами.
Проведенные исследования послужили основой для разработки нового способа получения
высокоочищенных дисперсий коллагена, позволяющего эффективно перерабатывать отходы в высококачественный коллагеновый золь [3],
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев С.М Коллаген: структура и функции. Часть 3. Косметика и медицина. 2001. № 5 (24). С. 34-42.
2. Каспарьянц С.А. и др. Способ получения коллагеново-го материала - имитатора ткани. A.C. 1622990 СССР. МКИ4 А 63 К 37/00, С 14С 1/08. № 4400803/13. Заяпл. 30.03.88. Зарегистр. 22.09.90. Для служебн. польз.
3. Каспарьянц C.Ä., Сапожникова А.И., Белевцова Д.В. Способ получения коллазоля. Пат. 2129805 Россия. МКИ6 А 23J 1/10, С 09Н 1/00, 3/00, С 14С 1/08. № 97121210/13. Заявл. 30.12.97. Опубл. 10.05.99. Б юл. № 13.
4. Лсвачев С.М. и др. Коллоидно-химические принципы утилизации коллагена из гольевой обрези. Разра-
К*
бот к а нетрадиционных технологии и новеиших материалов для создания экологически чистого автоматизированного производства кожи и обуви. М.: ЦН И И кожевенно-обувной промышленности (НПО ЦНИИКП). 1992. С. 13-19.
5. Михайлов А.Н. Химия и физика коллагена кожного покрова. М.: Легкая индустрия. 1980. 232 с.
6. Павлова М.С. Экологический аспект химической технологии кожи: М: М Г АЛ П. 1997. 191 с.
7. Сапожникова А.И., Шагаев Д.В. Применение коллагс-новой пасты в ветеринарной практике. Ветеринарный консультант. 2005. №4. С.25-27.
Кафедра товароведения и технологии сырья животног о происхождения
УДК 541.64: 547.979.733
И. А. Вершинина
ПОВЕРХНОСТНАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОЛИПРОПИЛЕНА ТЕТРА Д АМИНОФЕНИЛ)-
ПОРФИРИНОМ И ЕГО МЕТАЛЛОКОМПЛЕКСАМИ
(Институт химии растворов РАН, г. Иваново)
E-mail: gornoukhina@isuct.ru
Представлены экспериментальные данные и показана возможность иммобилизации порфиринов и металлопорфиринов (MP) на поверхность полипропиленовой пленки (ПП), активированной в системе плазма - раствор электролита. В работе были использованы следующие биологически активные вещества (БАВ): тетра-(п-аминофенил)порфин (Н2Р) и его металлокомплексы (ZnP, СиР, СоР, и NiP). Количество БАВ9 сорбированного на поверхности ГШ, контролировали по электронным спектрам поглощения. Эффективная поверхностная концентрация поглощающих молекул варьируется от hi О14 до 3*10м молекул/см2 и зависит от природы металла и условий активации ПП.
Полимерные пленки все шире использу- биотехнологии, медицине. Поверхностная актива-ются в различных отраслях промы ш л е н н ости, ция и последующая модификация полимеров био-
"логически активными веществами (БАВ) открывает путь к созданию новых материалов для катализа и медицины.
Для придания тех или иных функциональных свойств определяющее значение имеет выбор конкретного БАВ. Известно [1], что порфирины и ряд их координационных соединений высокой каталитической активностью в различных химических и фотохимических процессах. Известно также, что каталитическую активность они проявляют, как правило, находясь, в неассо-циированной форме. Поэтому при использовании порфиринов в качестве функциональных соединений важно обеспечить рациональную плотность их поверхностного распределения для получения
высокой каталитической и
и
актив-
ности [2].
Химическая инертность полипропиленовых материалов вызывает необходимость предварительной активации поверхности. В данной работе для ее достижения, а также иммобилизации БАВ использовали разработанные в последние годы методы плазменно-растворной поверхности материалов [3, 4]. Цель исследования - разработка методов прививки БАВ (порфиринов и металлопорфиринов) к поверхности полипропиленовой (ПП) пленки, предварительно активированной в системе плазма - раствор электролита.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Тетра-(я-аминофенил)порфирин (Н2Р) получен восстановлением соответствующего тетра-нитропроизводного, синтезированного конденсацией пиррола с я-нитробензальдегидом [5, 6], и предоставлен проф. А. С. Семейкиным. Его Тп, Си, Со, и N1 комплексы (МР) получали кипячением порфирина с ацетатами соответствующих металлов в диметнлформамиде [7],
Электронные спектры поглощения в хлороформе А.П1ах, нм
Н2Р - 654 (5,50), 599 (5,50), 562 (12,0), 524 (12,5), 428 (312);
СоР - 607 (12,3), 561 (11,2), 438(110);
МР - 535 (3,41), 432 (21,9);
СиР-545 (7,5), 430(103);
2пР - 615 (14,6), 568 (12,4), 444 (160).
Все полученные соединения - порфирины и металлопорфирины подвергали хроматографи-ческой очистке на А1203, элюэнт - хлороформ.
Хлороформ марки ХЧ, ДМФА марки ЧДА, калия хлорид марки ХЧ. Раствор электролита готовили на дистиллированной воде.
Модификации подвергалась коммерческая пленка из изотактического ПП двухосноориенти-рованная ТУ РБ 002004079.164-97; молекулярная масса = 400-700 тыс. а е.; толщина = 20 мкм.
Поверхность пленки сначала активировали плазмохимическим методом, а затем ванные образцы переносили в растворы ных соединений.
из растворов в хлороформе и диметилформамиде.
Обработку в плазменно-растворной системе с использованием тлеющего разряда атмо-
давления выполняли в ячейке*, схема которой показана на рис. 1. Полимерный образец размерами 20хХ) мм, закрепленный в держателе из полиметилметакрилата, размещали в на глубине 3 мм. Объем раствора 70 мл. Использовали водный 0,5 М раствор KCl. Медный электрод погружали в раствор, а бронзовый располагали над поверхностью электролита на расстоянии 2 - 4 мм. Роль катода выполняла поверхность раствора. Время обработки 15 мин. Ток разряда 30 мА.
источник питания разряда,
миллиамперметр
зона плазмы
электроды
yîssssssssswsy^sw
полимер раствор ' держатель образца
Рис.1. Схема разрядной ячейки для обработки полимеров в
плазменно-растворных системах Fig. 1. Experimental setup for the treatment of polymers in a
plasma ~ solution systems
Состав поверхностного слоя ПП пленки исследовали методом инфракрасной спектроскопии многократно нарушенного полного внутреннего отражения (ИК МНПВО). Измерения проводили на спектрофотометре Avatar 360 FT-IR ESP в диапазоне волновых чисел 400 - 4000 см"1 . Использовали призму МНПВО из кристаллического селенида цинка. Угол падения луча на границу раздела сред составлял 45°, число отражений - 12. Спектры регистрировали с накоплением сигнала по результатам 32 сканирований.
После активации в растворной плазме пленку помещали на 24 час в раствор БАВ в хло-
или диметилформамиде с
5 4
3-10" - 5-10" М. Сорбцию контролировали с помощью спектрофотометра Perkin Elmer Lambda 20 по оптической плотности полосы Соре в электронном спектре поглощения (ЭСП) металлопор-фирина, иммобилизованного на поверхности ПП.
и
Установка предоставлена доцентом каф. ТП и МЭТ ИГХТУ Титовым В А.
Для повышения уровня полезного сигнала использовали пакеты из 4 - 7 пленок. Далее пленку промывали чистым хлороформом или ди метил -формамидом для удаления физически связанных молекул БАВ и повторно регистрировали спектр.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Плазменно-растворную систему для активации поверхности различных материалов начали использовать сравнительно недавно. Особенностью этого метода плазменной обработки является то, что активация поверхности происходит под действием не первичных, возникающих в плазме, а вторичных, образующихся в растворе электролита частиц. Это позволяет активировать поверхность материала в более мягких условиях, сохраняя тем самым его исходные свойства, и более селективно, с увеличением образования одних и уменьшением других функциональных групп [8].
Инфракрасные спектры МНПВО исходных ГШ пленок показывают, что полимер содержит в поверхностном слое незначительное количество гидроксильных и карбонильных групп. Их наличие может быть обусловлено как естественными процессами «старения» полимерного материала, так и присутствием в образцах неконтролируемых добавок, связанных с технологией получения пленок. Обработка в гшазменно-растворной системе ведет к увеличению поглощения в области 1700 - 1750 см"1, что отражает рост концентрации групп С=0 в различном химическом окружении; растет оптическая плотность полосы, обусловленная наличием карбонильной группы в составе сложных эфиров (1740 см*1 ); увеличивается поглощение в области 1600-1680 см"1, связанное с образованием енольных дикетонов или ненасыщенных оксикетонов. Вместе с тем растет интенсивность полос поглощения, которые отвечают деформационным колебаниям групп ОН и валентным колебаниям связей С-О (1000 - 1400 см"1). Накопление гидроксильных групп в поверхностном слое материала подтверждается изменениями в области спектра, которая отвечает валентным колебаниям групп ОН (3000 - 3800 см"1).
На рис. 2 приведены ЭСП ПН пленки после гшазмохимической активации и выдержки в растворе ZnP. Максимум в области 444 нм отвечает поглощению металлопорфирина. После промывки пленки диметилформамидом интенсивность поглощения убывает примерно в 5 раз. Аналогичные данные получены для всех исследованных порфиринов и металлопорфиринов.
отметить, что сорбция из раствора и на необработанной пленке, однако
поверхности хлороформом. Очевидно, что на не активированной поверхности порфирины удержи ваются лишь слабыми силами сорбции.
am
i.....г i i i I f f '# J i \ i i i I f f * J i > i i i r i i i i
900
TOO
к , нм
P и MP практически полностью смываются с
Рис.2. Спектр поглощения пленки полипропилена после обработки в системе плазма раствор (1), после прививки ZnP к активированной поверхности и после промывки образна в хлороформе (2). Условия активации: раствор KCl (0,5 М), ток
разряда 30 мА, время обработки 15 мин. Fig. 2. Electron spectre of РР samples: after treatment in plasma -solution system (1), after immobilization of ZnP on the activated
Surface
Плотность заполнения поверхности пленки полипропилена молекулами металлопорфирина рассчитывали на основании известного значения молярного коэффициента погашения, используя закон Ламберта-Бугера-Беера. Отсутствие ассоциированной формы порфиринов на поверхности полипропиленовой пленки контролировали по электронным спектрам поглощения. В электронных спектрах поглощения отсутствуют общеизвестные факторы, с в и детел ьству ю щ и е о наличии ассоциатов порфиринов - ушпрение, смещение и возникновение новых полос поглощения.
Интересные результаты получены при исследовании модифицированных пленок методом конфокальной лазерной микроскопии [10]. Сканирование участков поверхности размером 20x20 мкм при площади возбуждающего люминесцен-
"у
цию светового пятна 0,2 мкм показало, что БАВ распределены по поверхности пленки случайным образом в виде островков, в пределах которых индивидуальные молекулы не взаимодействуют сильно друг с другом и не образуют агрегатов. На рис. 3 представлена фотография люминесцирую-щей ПП пленки, модифицированной ZnP. Светлые пятна соответствуют люминесцирующим участкам, содержащим относительно высокую поверхностную концентрацию металлопорфирина. Аналогичные данные получены также и для других БАВ, представленных в этой работе. Вероятно, неравномерность распределения порфиринов является следствием неоднородности самой поли-
пропиленовои пленки, которая изначально имеет участки с различающейся степенью кристалличности полимера.
20 мкм
S
о
J ■ ■ . , , . -Г. Г • ' • •
., / .v.
Т
Рис. 3. Распределение 5,10,15,20-тетра(п-аминофенил)порфиринага Zn(ll) на модифицированной поверхности полипропиленовой пленки.
Fig. 3. Distribution of 5,10,15,20 ™ tetra(p-aminophenyl)porphyrinate Zn(ll) on modification surface of
polypropylene film.
В работе [10] показано, что на участках поверхности и с большим и с малым содержанием порфирина его молекулы не ассоциированы и ведут себя как мономерные частицы. Исходя из того, что не только форма, но и интенсивность полос при переходе от растворов к порфиринам на ГШ пленке не меняются, можно оценить степень заполнения поверхности пленки. Площадь молекул порфиринов рассчитывали методом молекулярной механики. Судя по интенсивности поглощения в области полосы Соре, степень заполнения поверхности ПП пленки ковалентно связанными порфирином и металлопорфиринами достигает 25% молекулярного слоя. Количество физически сорбированного порфирина в 3-5 раз больше (таблица).
Для того чтобы оценить влияние природы металлов на степень прививки MP, использовали величину отношения оптической плотности слоя иммобилизованного металлопорфирина в максимуме полосы Соре к коэффициенту поглощения излучения (Л/г), Это отношение отражает эффективную поверхностную концентрацию поглощающих молекул. Данные таблицы показывают, что природа металлов не оказывает сильного влияния на степень прививки, хотя лучшие результаты достигаются в случае ZnP. Выявление вопроса о природе связи - задача дальнейших исследований.
Поверхностна!; концентрация порфиринов (в единицах 10й см"2) на пленке полипропилена* Table. Surface concentration of porphyrins (10,4sm2)
on the polypropylene film.
С 1ЦР (МР)> моль/л А
Н,Р, 6-10"4 «<Г 7 8,62 2,49
NiP, 510 " 5,46 1,07
ZnP, 9-10'* 14,53 3 ^42
СоР, 5*10"4 8,64 2,23
СиР, ЭТО"5 5,02 0,98
* 0,5 М раствор КС1, ток разряда 30 мА, / = 15 мин; А -пленка, сорбировавшая порфирин, В - та же пленка, промытая диметилформамидом.
Таким образом, активация инертных полипропиленовых пленок с использованием системы плазма - раствор позволяет привить непосредственно к поверхности полимерного носителя молекулы биологичеЬки активных веществ - порфиринов и металлопорфиринов с функциональными группами на периферии макромолекулы.
1.
2.
3
*
4.
5,
6.
7.
8.
9
10.
ЛИТЕРАТУРА
Winnischafer Н. et al. // J. Analítica Chemica Acta. 2003. №480. P. 97-107,
Борисенкова C.A., Гиренко Е.Г. // В кн.: Успехи химии порфиринов./ Под ред. О. А. Голубчикова. СПб.: НИИ химии СПбГУ. 1997. Т.1. С. 212-222. Кутепов A.M. и др. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2002. Т.46. № 1. С. 103-115. Кутепов A.M., Захаров А.Г., Максимов А.И. Ваку-умно-плазменное и плазменно-растворное модифицирование полимерных материалов. М.: Наука. 2004. 496 с.
Семейкин А.С., Койфман О.И., Берез и н Б.Д. // Химия гетероцикл. соединений. 1982. № 10. С. 1354 -
1355.
Семейки и А.С., Койфман О.И., Бсрезин Б.Д. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1985. Т. 28. Вып. 11. С. 47-51.
Березин Б.Д., Ениколопян Н.С. Металлопорфирины. М.: Наука. 1988. 159 с.
Costriciano М.А., Romeo A., Scolaro L.M. // J. Porph. Phtaloc. 2002. Vol. 6. N 6. P. 431-438. Мартин Дж. и др. Тез. докл. IX Международной конф. по химии порфиринов и их аналогов. Суздаль.
2003. С. 162.
Голубчиков G.A., Агеева Т.А., Титов В.А. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2004. Т. 48. № 4. С. 166-172.
