Способ получения полиакриламидного гидрогеля
Владельцы патента RU 2493173:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) (RU)
Настоящее изобретение относится к способу получения полиакриламидного гидрогеля, который применяется в качестве разделяющей среды в жидкостной хроматографии, в качестве носителя иммобилизованных биологически активных веществ, а также для изготовления эндопротезов мягких тканей. Данный способ осуществляют путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризации, причем в качестве инициатора полимеризации используют смесь 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты при их содержании в водном растворе 0,03-0,07 мас.% и 0,07-0,35 мас.%, соответственно, и полимеризацию проводят при температуре 70-80°C и pH 3,0-4,0. Технический результат - повышение структурной однородности гидрогеля. 2 табл., 5 пр.
Изобретение относится к области химии полимеров, биохимии и медицины, а именно к способу получения полиакриламидного гидрогеля, который благодаря высокой пористости применяется в качестве разделяющей среды в жидкостной хроматографии, в качестве носителя иммобилизованных биологически активных веществ, а также для изготовления эндопротезов мягких тканей.
Известен способ получения полиакриламидного гидрогеля путем γ-облучения дозой 0,5-5,0 Мрад порошкообразного полиакриламида с последующим добавлением воды и механической гомогенизацией полученной смеси [патент РФ 2114867, C08F 120/56, 1998].
Недостатком этого способа является неоднородная структура получаемого гидрогеля, обусловленная наличием пор разного размера. Все поры гидрогеля доступны для молекул инсулина с молекулярной массой (ММ) 6000 и молекул сывороточного альбумина с ММ 67000, 70-80% пор доступны для молекул алкогольдегидрогеназы с ММ 141000 и 40-50% пор доступны для молекул фибриногена с ММ 340000.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения полиакриламидного гидрогеля путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризаци [Методы исследования в иммунологии, под ред. И. Лефковитса и Б. Перниса, Мир, Москва, с.99-107].
В качестве инициатора полимеризации используют окислительно-восстановительную систему: персульфат аммония и N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамин, и полимеризацию проводят при комнатной температуре.
Недостатком этого способа является структурная неоднородность получаемого гидрогеля, обусловленная широким разбросом пор по размерам. В зависимости от количества акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, получаемые гидрогели в набухшем состоянии содержат 80-95% воды, все поры гидрогелей доступны для молекул инсулина, 90-95% пор доступны для молекул овомукоида с ММ 31000, 80-90% пор доступны для молекул сывороточного альбумина, 50-60% пор доступны для молекул алкогольдегидрогеназы и 30-40% пор доступны для молекул фибриногена.
Задачей изобретения является повышение структурной однородности гидрогеля.
Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение структурной однородности гидрогеля.
Технический результат достигается тем, что в способе получения полиакриламидного гидрогеля путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризации, в качестве инициатора полимеризации используют смесь 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты при их содержании в водном растворе 0,03-0,07 мас.% и 0,07-0,35 мас.% соответственно, а полимеризацию проводят при температуре 70-80°С и pH 3,0-4,0.
Пример 1.
В 89,5 мл воды при pH 3,6 растворяют 10 г акриламида (АА), 0,5 г N,N'-метиленбисакриламида (БИС), 0,065 г 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) (ЦПК) и 0,07 г аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты (ДТБ). Раствор вакуумируют при 10-3 мм рт.ст. и выдерживают 20 часов при 78°C. Полученный гель измельчают продавливанием через сито с диаметром пор 1 мм и промывают 10-кратным избытком дистиллированной воды. Содержание воды в гидрогеле оценивают взвешиванием набухшего в воде гидрогеля и лиофильно высушенного гидрогеля. Для оценки содержания в гидрогеле пор различного размера к 2 мл геля добавляют 4 мл раствора белка и смесь выдерживают 48 часов при 4°C. Концентрацию исходного раствора белка и раствора белка после контакта с гидрогелем измеряют спектрофотометрически при 280 нм, используя предварительно построенную калибровочную зависимость. Учитывая соотношения объемов гидрогеля и раствора белка, рассчитывают количество пор, доступных для каждого белка, принимая за 100% количество пор, доступных для воды. Свойства гидрогеля приведены в таблице 2.
Примеры 2-4.
Процесс проводят по примеру 1, используя различные количества компонентов. Составы реакционной смеси и условия полимеризации приведены в таблице 1.
Пример 5 (контрольный, по прототипу).
При комнатной температуре и перемешивании в 89 мл дистиллированной воды растворяют 10 г акриламида и 0,5 г N,N-метиленбисакриламида. После полного растворения в раствор добавляют 0,08 г персульфата аммония. Раствор вакуумируют при 10-12 мм рт.ст., к нему добавляют 0,08 мл N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамина и выдерживают при комнатной температуре (18-21°C) в течение 5 часов. Полученный гель извлекают из сосуда, измельчают продавливанием через сито с диаметром пор 1 мм и промывают 10-кратным избытком дистиллированной воды.
| Таблица 1 | |||||||
| № примера | Вода, мл | АА, г | БИС, г | ЦПК, г | ДТБ, г | Температура, °C | pH |
| 1 | 89,5 | 10 | 0,5 | 0,065 | 0,07 | 78 | 3,6 |
| 2 | 92 | 7 | 0,5 | 0,06 | 0,10 | 75 | 4,0 |
| 3 | 86 | 10 | 1,0 | 0,03 | 0,15 | 80 | 3,0 |
| 4 | 84 | 15 | 1,5 | 0,07 | 0,35 | 70 | 3,5 |
| Таблица 2 | ||||||
| № примера | Содержание воды в гидрогеле, % | Содержание пор в гидрогеле (%), доступных для белка с молекулярной массой | ||||
| 6000 | 31000 | 67000 | 141000 | 340000 | ||
| 1 | 94 | 100 | 81 | 60 | 24 | 5 |
| 2 | 96 | 100 | 84 | 74 | 21 | 10 |
| 3 | 95 | 95 | 80 | 61 | 24 | 8 |
| 4 | 96 | 97 | 68 | 58 | 19 | 5 |
| 5к | 89 | 100 | 91 | 82 | 51 | 38 |
Видно, что использование в качестве инициатора полимеризации смеси 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты в процессе сополимеризации акриламида и N,N'-метиленбисакриламида приводит к получению более однородных мелкопористых гидрогелей, в которых крайне мало содержание пор большого размера. Так, если в гидрогеле, полученном по способу-прототипу, все поры имеют размеры, обеспечивающие доступность для молекул воды и молекул белка с ММ 6000, а из них 38 % доступны для молекул белка с ММ 360000, то в гидрогелях, полученных по предлагаемому способу, количество пор, доступных для молекул белка с MM 360000, сокращено в 3,8-7,6 раза.
Предельные значения компонентов инициатора обусловлены тем, что при концентрациях ниже указанных значений полимеризация протекает с крайне низкой скоростью, а при концентрациях выше указанных значений гидрогель не образуется. Только при значении pH 3,0-4,0 удается получать гомогенный раствор всех используемых соединений. При температуре выше 80°C полимеризация носит взрывной характер, а при температуре ниже 70°C она не протекает.
Способ получения полиакриламидного гидрогеля путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризации, отличающийся тем, что в качестве инициатора полимеризации используют смесь 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты при их содержании в водном растворе 0,03-0,07 мас.% и 0,07-0,35 мас.%, соответственно, а полимеризацию проводят при температуре 70-80°C и pH 3,0-4,0.
