Научная статья на тему 'Влияние предыстории формирования пленочных образцов хитозана на процесс их ферментативного разложения'

Влияние предыстории формирования пленочных образцов хитозана на процесс их ферментативного разложения Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
192
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АГРЕГАЦИЯ / структурообразование / ферментативная деструкция / ХИТОЗАН / aggregation / Structure formation / enzymatic degradation / Chitosan

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Кулиш Е. И., Чернова В. В., Вильданова Р. Ф., Володина В. П., Колесов С. В.

Установлено, что на процесс ферментативного разложения пленочных образцов хитозана, полученных из уксуснокислых растворов, оказывает влияние предыстория формирования пленок, в том числе концентрация используемой для приготовления пленок уксусной кислоты и термическая модификация пленок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Кулиш Е. И., Чернова В. В., Вильданова Р. Ф., Володина В. П., Колесов С. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

It is ascertained that preparation conditions of films, concentration of the used acetic acid and thermal modification of films influence the process of enzymatic decomposition of film samples of chitosan obtained from vinegar solutions.

Текст научной работы на тему «Влияние предыстории формирования пленочных образцов хитозана на процесс их ферментативного разложения»

ISSN 1998-4812

Вестник Башкирского университета. 2011. Т. 1б. №2

339

УДК 541.64:536.7

ВЛИЯНИЕ ПРЕДЫСТОРИИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ ОБРАЗЦОВ ХИТОЗАНА НА ПРОЦЕСС ИХ ФЕРМЕНТАТИВНОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

© Е. И. Кулиш1*, В. В. Чернова1, Р. Ф. Вильданова1,

В. П. Володина , С. В. Колесов2

1 Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450074 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.

2Институт органической химии Уфимского научного центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 71.

E-mail: alenakulish@rambler. ru

Установлено, что на процесс ферментативного разложения пленочных образцов хитоза-на, полученных из уксуснокислых растворов, оказывает влияние предыстория формирования пленок, в том числе концентрация используемой для приготовления пленок уксусной кислоты и термическая модификация пленок.

Ключевые слова: агрегация, структурообразование, ферментативная деструкция, хитозан.

Одним из преимуществ использования хито-зана для получения самых различных медицинских материалов - пленок, нитей, покрытий, гелей, является его способность к ферментативному разложению под действием ферментов живого организма [1]. Следует учитывать, что реакции с участием полимеров во многих случаях могут контролироваться надмолекулярной структурой полимера и плотностью упаковки макромолекулярных цепей [2], которые закладываются еще на стадии получения полимерного материала. В данной работе обнаружена взаимосвязь между степенью ферментативного разложения пленочного хитозанового покрытия и предысторией формирования пленок.

Экспериментальная часть В качестве объекта исследования был выбран образец хитозана (ХТЗ) (ТУ 6-09-05-296-76, фирма «Химмед», Россия), полученный щелочным дезаце-тилированием крабового хитина. Для приготовления пленочных образцов ХТЗ готовили полуразбав-ленные (2 г/дл) растворы путем растворения навес -ки сухого полимера при комнатной температуре в течение 8-10 часов. В качестве растворителя была использована уксусная кислота с концентрацией 1-70 г/дл. Пленочные образцы ХТЗ толщиной 0.1 мм готовили методом полива раствора полимера на поверхность стекла. Вискозиметрические исследования проводили согласно стандартной методике на вискозиметре Уббелоде при 25 °С. Для этого порошок исходного образца ХТЗ растворяли в ряде ацетатных буферов с рН=3.6, 4.0, 4.5 и 4.8. Для изучения процесса ферментативного превращения, хито-зановые пленки, полученные из растворов уксусной кислоты различной концентрации, помещали на подложку, смоченную раствором ферментного препарата и выдерживали при 35 °С в течение определенного времени. Степень ферментативного разложения пленок оценивали по разнице значений исходной характеристической вязкости растворов ХТЗ в ацетатном буфере с рН=4.5, полученных из пленочных образцов, и характеристической вязкости [^]разл растворов из пленочных образцов, подвергнутых ферментативному разложению в течение 1 часа. В качестве ферментного препарата использовали коллагеназу пищевую (ЗАО «Биопрогресс», Щелково). Концентрация ферментного препарата на подложке составляла 5% масс. от массы ХТЗ.

Результаты и их обсуждение

При описании вязкостных свойств разбавленных растворов, как правило, исходят из линейной зависимости приращения вязкости от концентрации полимерного раствора. Однако в случае полярных полимеров, к которым относится и ХТЗ, существует вероятность протекания обратимых агрегацион-ных процессов, которые могут иметь место не только в области полуразбавленных, но даже и в области разбавленных растворов. В этом случае вклад в вязкость вносят не отдельные частицы с объемом V0 , а их агрегаты, объем которых У(п) зависит не только от числа составляющих его частиц п, но и от плотности их упаковки, характеризуемой фрактальной размерностью D [3]:

V(n)= V0 пъю (1)

В результате неплотной упаковки частиц в агрегате их вклад в вязкость начинает зависеть от концентрации нелинейно:

Агі~гі0., <£>1 (2)

Следовательно, любое отклонение показателя от единицы свидетельствует о том, что данная система является структурированной.

Обработка экспериментальных зависимостей удельной вязкости растворов ХТЗ от концентрации в растворах ацетатного буфера с различным рН в двойных логарифмических координатах позволяет определить степенной показатель £>в зависимости (2), соответствующие значения которых представлены в табл. 1. В ней приведены также значения исходной характеристической вязкости, константы Хаггинса и концентрации точки кроссовера С , позволяющие судить о качестве используемых растворителей. Анализ этих данных позволяет говорить об ухудшении качества растворителя и уменьшении размеров клубков с увеличением рН растворителя. Сравнение полученных значений показывает, что во всех рассматриваемых случаях, значения показателя превышают значение 1, даже в области концентраций до точки кроссовера, что однозначно говорит о том, что процессы агрегации в полимерном растворе начинаются еще в области разбавленных растворов. Этот экспериментальный факт подтверждает многочисленные данные по свойствам растворов ХТЗ в уксусной кислоте [4-6] и позволяет говорить о том, что они представляют собой структурированные системы.

* автор, ответственный за переписку

340

ХИМИЯ

Таблица 1

Физико-химические характеристики растворов хитозана: 1 - растворы, полученные из исходного порошка ХТЗ;

2 - растворы, полученные из пленки, сформированной из 1% уксусной кислоты

Тип используемого хитозанового материала

рН используемого ацетатного буфера

[^] и

Кх

д

С

1 3.6 3.72 0.36 0.22 1.25

1 4.0 3.65 0.44 0.23 1.28

1 4.5 3.45 0.47 0.24 1.31

2 4.5 2.78 0.32 0.22 1.18

1 4.8 3.09 0.49 0.25 1.32 Таблица 2

Физико-химические характеристики пленочных образцов хитозана

Концентрация уксусной кислоты (г/дл), используемой при приготовлении пленок Время термомодифицирования пленки, мин Степень агрегирования 3 разбавленного раствора ХТЗ в ацетатном буфере с рН=4.5 Степень ферментативного разложения пленок, А^

1 0 1.18 1.08

5 0 1.13 1.38

5 30 1.17 1.29

5 60 1.22 1.25

10 0 1.14 1.36

10 60 1.20 1,13

20 0 1.17 1.09

50 0 1.10 1.58

50 60 1,21 1,22

70 0 1.09 1.59

70 60 1.22 1.10

При получении пленочных образцов ХТЗ из растворов в уксусной кислоте надмолекулярная структура ХТЗ и степень его структурированности (агрегации) изменяется. Об этом свидетельствует не только уменьшение характеристической вязкости пленочного образца, но и значительное уменьшение показателя 3 (табл. 1). Причем принципиально важным является то, что предыстория получения пленки сказывается как на степени структурирования системы 3, так и на степени ферментативного разложения пленок. Варьирование концентрации уксусной кислоты, используемой для приготовления пленок, изменяет не только термодинамическое качество растворителя по отношению к ХТЗ и надмолекулярную структура раствора [4], но и надмолекулярную структуру сформированных из раствора пленок. Как следствие, полученные в результате растворения пленок растворы ХТЗ в ацетатном буфере характеризуются различным уровнем агрегации и разной степенью ферментативной устойчивости (табл. 2). Более того, повышая степень структурирования пленок посредством их термомодифицирования [7] можно также существенно повысить их устойчивость к ферментативному разложению.

Как видно из данных табл. 2, увеличение времени модифицирования сопровождается закономерным увеличением показателя 3 и соответствующим уменьшением степени ферментативного разложения пленок.

Таким образом, предыстория формирования пленочной композиции - варьирование концентрации используемой в качестве растворителя уксусной кислоты, а также проведение термической модификации пленок, сказывается на степени ферментативного разложения пленки, поскольку в процессе приготовления и модификации пленочных образцов удается формировать системы с различной степенью структурирования.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (г/к №02.740.11.0648).

ЛИТЕРАТУРА

1. Скрябин К. Г., Вихорева Г. А., Варламов В. П. Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение. М.: Наука, 2002. 365 с.

2. Кулиш Е. И., Володина В. П., Фаткуллина Р. Р., Колесов С. В., Заиков Г. Е. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2008. Т. 50. С. 1277-1280.

3. Аринштейн А. Э. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1992. Т. 101. С. 1209-1215.

4. Вихорева Г. А, Роговина С. З., Пчелко О. М., Г альбрайх Л. С. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2001. Т. 43. С. 1079-1084.

5. Нудьга Л. А., Петрова В. А., Бочек А. М., Каллистов О. В., Петрова С. Ф., Петропавловский Г. А. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1997. Т. 39. С. 1232-1236.

6. Г амзазаде А Н., Скляр А. М., Павлова С. А, Рогожин С. В. // Высокомолекулярные соединения. Серия А 1981. Т. 23. С. 594-597.

7. Зоткин М. А., Вихорева Г. А., Кечекьян А. С. // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2004. Т. 46. С. 359-363.

Поступила в редакцию 25.02.2011 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.