Использование фотокатализа для получения привитых сополимеров

Как уже отмечалось выше, реакции, протекающие в присутствии фотокатализатора, протекают по радикальному механизму. В работе [1] использовался катализатор RbTe_1,5W_0,5O₆ (подобен соединению CsTe_1,625W_0,375O₆) [14]. В ходе дырочного окисления на поверхности данного оксида образуются реакционноспособные гидроксильные радикалы, которые обеспечивают процесс сополимеризаци (схема 4). Гидроксильные радикалы отрывают от функциональных групп макромолекул коллагена водородные радикалы, оставляя в цепи макромолекул свободные радикальные атомы кислорода или углерода, к которым присоединяются молекулы ММА. Так происходит процесс прививки метилметакрилата к рыбному коллагену.

 

    (4)

 

 

Фотокатализ является перспективным методом синтеза привитых сополимеров, так как имеет ряд преимуществ. Во-первых, при использовании фотокатализаторов требуются меньшие энергетические затраты [9]. Процесс прививки синтетических полимеров происходит при небольших температурах, невысоком давлении и, чаще всего, в области видимых излучений. Такие условия несложно создать в любой лаборатории. Во-вторых, такие катализаторы не загрязняют получаемые графт-сополмеры, ввиду особенностей протекающих реакций в ходе сополимеризации.

В следствие особенностей структуры многих фотокатализаторов и их ряда уникальных свойств, такие катализаторы обладают не только высокой активностью, но еще они способны к различным модификациям для различных целей. Многие из фотокатализаторов способны к реакциям разложения воды на радикалы, получаемый при этом гидроксильный радикал благоприятствует радикальной сополимеризации природных и синтетических полимеров.

 

Прикладные аспекты использования привитых сополимеров

В наши дни использование гибридных материалов на основе природных и синтетических полимеров особенно актуально. Получаемые сополимеры используются при изготовлении упаковочных материалов в качестве разлагаемых покрытий, что идет на пользу экологии [15-17]. Также важную роль такие материалы играют в регенеративной медицине [1-4]. Используя гибридные материалы на основе природных и синтетических полимеров можно снизить потребление не возобновляемых ресурсов, поскольку природные полимеры зачастую выделяются из отходов производства. Особенность привитых сополимеров заключается в том, они способны сохранять свои полезные характеристики в течение определенного времени, а затем легко разрушаться под действием природных факторов.

В регенеративной медицине при восстановлении тканей особенно актуальны скаффолды в качестве подложки-носителя для пространственного формирования тканей. Скаффолд на основе сополимеров обладает всеми необходимыми свойствами, которые успешно имитируют биологические материалы. Такие сополимеры могут иметь в своем составе различные природные полимеры, например, коллаген-хитозан, коллаген-хондроитинсульфат, коллаген-фиброин, коллаген-фибрин и другие. Из привитых синтетических сополимеров на природные полимеры в пример можно привести коллаген-поликапролактон.

    Получение рыбного коллагена позволяет использовать отходы рыбного производства. При его использовании в составе скаффолда отмечаются такие преимущества, как отсутствие риска переноса инфекций животного происхождения, цитосовместимость. Также известно, что сополимеры на основе коллагена и акрилатов обладают улучшенными механическими свойствами и цитосовместимостью [3,18]. Помимо этого, скаффолды с синтетическими фрагментами открывают перспективы формирования заданных пространственно-геометрических структур.

 

Требования к материалам для скаффолдов

Основные требования, которые предъявляются к современным материалам для создания скаффолдов [3,4,20]:

· Полная биологическая совместимость;

· Объемная пористая структура, обеспечивающая перемещение, заселение и последующую жизнедеятельность клеток;

· Способность к естественному разрушению с встраиванием в натуральный внеклеточный матрикс;

· Определенные механические и физико-химические свойства.

Белковая структура коллагена имеет высокую степень пористости, гидратированности и микроволкнистую структуру, за счет которой создается достаточно обширная площадь поверхности для прикрепления клеток, что обеспечивает миграцию и условия для поддержания их жизнедеятельности. Коллаген обладает хорошей биосовместимостью, т.к. является самым распространенным белком в организмах млекопитающих. Но из всех перечисленных требований, коллаген имеет низкие показатели механических свойств. Именно для улучшения этих свойств проводятся исследования по прививанию к нему различных синтетических полимеров.

Одним из перспективных методов создания скаффолдов является сополимеризация рыбного коллагена с акрилатами с целью улучшения и регулирования свойств получаемых материалов. Например, скаффолды на основе коллагена с привитыми фрагментами полиметилметакрилата обладают улучшенными механическими свойствами и цитосовместимостью [19,20]. Важным достоинством такого материала является возможность формирования любых пространственно-геометрических структур [3]. Пространственные сополимеры коллагена и акрилатов уже нашли применение в косметологии и медицине.