Search academic texts

Registration Number

0823U101041, PhD dissertation

Title

Nanocomposite systems based on compacted silica and their properties

Author

Nataliya V. Yelagina,

popup.head Tetiana V. Krupska
popup.opponent Nataliia D. Shcherban
popup.opponent Sergei A. Alekseev
popup.review Victor Lobanov
popup.review Yuliya P. Mukha

Status

Доктор філософії, 102, Хімія

Date

21-11-2023

Description

Метою роботи є створення наукових основ для використання гідрофобного кремнезему в композитах медичного призначення на основі нанокремнеземів і гідрофільних біоматеріалів, таких як бурштинова кислота, природний бурштин, дисперговані гриби Amanita muscaria, альгінова кислота. Актуальність: в даний час майже не вивчена можливість створення біонанокомпозитних систем, в яких використовуються гідрофобні кремнеземи. Поєднання в одній системі гідрофобних та гідрофільних матеріалів має як загальнонауковий, так і практичний інтерес, оскільки взаємодія гідрофобних та гідрофільних частинок в сухому вигляді відбувається за рахунок ван-дер-ваальсових зв’язків. При переведенні цих композитних частинок у водне середовище відбуваються процеси їх гідратації, які з термодинамічної точки зору керуються принципом мінімізації вільної енергії системи вода-тверде тіло. Методи: низькотемпературна 1Н ЯМР спектроскопія, твердотільна ЯМР спектроскопія, термогравіметрія, ТЕМ та СЕМ мікроскопія, ІЧ-спектроскопія. Для приготування зразків використовували метод змочування-висушування з наступною механохімічною активацією. Даний метод виявився ефективним як для гідрофільних так і для гідрофобних матеріалів, при цьому повітря з міжчастинкового простору гідрофобних матеріалів видалялося шляхом дозованих механічних навантажень в присутності води. У дисертаційній роботі представлені результати дослідження щодо можливості використання гідрофобного кремнезему, в якості компоненти композитних систем біомедичного призначення. Показано, що процес гідратації полягає у формуванні на поверхні системи нанорозмірних кластерів води, які взаємодіють з поверхнею переважно за ван-дер-ваальсовим механізмом, а структура води залежить від гідратованості та наявності додатків органічних речовин. Зроблено припущення, що композитні система АМ-1(А-300)/бурштинова кислота, АМ-1/бурштин та АМ-1(А-300)/Amanita musсaria, які потрапляють у рідке середовище шлунково-кишкового тракту завдяки наявності гідрофобного кремнезему, формують на поверхні слизової оболонки міжфазний прошарок кластеризованої води з частково порушеною сіткою водневих зв’язків. Це, з одного боку, може впливати на повноту засвоєння біоактивних речовин, а з другого визначати швидкість їх вивільнення. Таким чином можуть бути створені системи програмованої доставки активних речовин та збільшено їх біодоступність. Показано, що на основі гідрофільного і гідрофобного кремнеземів та їх суміші 1/1, методом дозованих механічних навантажень можуть бути отримані композитні системи з бурштинової кислотою, в яких значна її частина розподіляється в нанорозмірних міжчастинкових зазорах кремнеземів. Залежно від способу приготування композиту змінюються такі текстурні параметри, як питома поверхня і об'єм пор. Адсорбована гідрофобним кремнеземом вода має максимальну міжфазну енергію і знаходиться в кластеризованому стані, причому радіус кластерів не перевищує 10 нм. Ймовірно, зростання величини міжфазної енергії в процесі створення композиту метилкремнезем/Н2О під впливом високих механічних навантажень, обумовлене переходом води з об'ємного в кластеризований стан. При однаковому вмісті води, міжфазна енергія (S) метилкремнезему (АМ-1) виявилася в 2,5 рази вище, ніж для створеного на його основі композиту АМ-1/БК/Н2О, що обумовлено формуванням на поверхні АМ-1 з іммобілізованою БК кластерів води більшого розміру. Таким чином, енергія гідрофобної гідратації метилкремнезему буде вищою, ніж при іммобілізації на його поверхні БК. Запропоновано використання для медичного застосування гриба Amanita muscaria в складі нанокомпозитної системи з аморфним, високодисперсним гідрофільним і гідрофобним кремнеземами. При цьому передбачається, що основні токсичні компоненти, які в плодовому тілі гриба зв'язані ензимами, будуть адсорбуватися поверхнею кремнезему, що володіє високою спорідненістю до білкових молекул і разом будуть виводитись з організму. Показано, що вода входить до складу гриба або його композиту з нанокремнеземами може перебувати в сильно- і слабоасоційованих станах. Останній стабілізується контактом зі слабополярним середовищем, що моделює гідрофобну частину фосфоліпідних структур слизової оболонки кишечника. Висловлено припущення, що в організмі цей ефект буде підвищувати біодоступність активних речовин, які десорбуються з композитної системи. Для гідратованої альгінової кислоти на відміну від інших вивчених систем заміна повітря середовищем CDCl3 супроводжується не зменшенням, а збільшенням взаємодії води з поверхнею. Ймовірно, це обумовлено формуванням в міжчастинкових зазорах системи кластерів води, зв'язаної з карбоксильними поверхневими групами кислотних залишків. При цьому проникнення в міжчастинкові зазори молекул хлороформу виявляється термодинамічно невигідним. Ключові слова: гідрофобний та гідрофільний кремнеземи, бурштин, бурштинова кислота, Amanita musсaria, композитні системи, міжфазна енергія, сильно- і слабозв'язана вода, альгінова кислота.