Структура та фізико-механічні властивості поліелектролітних комплексів на основі полісахариду карбоксиметилцелюлози натрію та поліакриламіду
Анотація
У роботі досліджено структуру та фізико-механічні властивості плівок поліелектролітних комплексів (ПЕК) на основі натрійкарбоксиметилцелюлози (Na-КМЦ) з лінійним поліакриламідом (ПАК). Поліелектролітні комплекси отримували змішуванням водних розчинів компонентів Na-КМЦ і ПАА в різних співвідношеннях компонентів і рН середовища. Структуру отриманих продуктів визначали за допомогою ІЧ-спектроскопії та електронної мікроскопії. ІЧ-спектри в діапазоні 400–4000 см-1 записували на спектрофотометрах NIKOLET Magna-560 IR та Specord-75IR (Carl Zeiss, НДР). Механічні властивості плівок поліелектролітних комплексів визначали розтягуванням при постійній швидкості руху нижнього затискача 50 мм/хв на автоматичному динамометрі Instron-1100 (Англія) при кімнатній температурі. Дані ІЧ-спектроскопії показали, що поліелектролітні комплекси на основі Na-КМЦ і ПАА стабілізувалися за рахунок кооперативного іонного зв’язку між карбоксилат-аніонами Na-КМЦ (-COO-) і амінними групами (-NH2) поліакриламіду. Показано, що плівки ПЕК з еквімолярним співвідношенням компонентів Na-КМЦ та ПАА мають підвищене значення механічної міцності (σр = 38 МПа), модуля пружності (Е=73 МПа) та мінімальне відносне видовження (ε = 0,5%). А надлишок Na-CMC або PAA призводить до зниження механічної міцності і модуля пружності, що пов'язано зі зниженням частоти міжмолекулярних зв'язків. Встановлено, що з розчинів компонентів, узятих при еквімолярному співвідношенні взаємодіючих компонентів, можна отримати водорозчинні поліелектролітні комплекси на основі Na-КМЦ і ПАА з підвищеними міцнісними властивостями. Змінюючи співвідношення компонентів, можна контролювати такі властивості, як механічна міцність, модуль пружності та подовження. Це може бути одним із засобів керування структурою та властивостями поліелектролітних комплексів Na-КМЦ та ПАА. Регулювання фізико-механічних властивостей плівок ПЕК відкриває широкі можливості для їх використання як ґрунтоутворювача у сільському та водному господарстві та як основи для м’яких лікарських засобів у фармації.
Завантаження
Посилання
A.K. Bajpai S.K. Shukla, and Smitha Bhanu, “Responsive polymers in controlled drug delivery,” Progress in Polymer Science, 33(11), 1088–1118 (2008). https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2008.07.005
S.Ya. Inagamov, and G.I. Mukhamedov, “Structure and physical–mechanical properties of interpolymeric complexes based on sodium carboxymethylcellulose,” Journal of Applied Polymer Science, 122(3), 1749-1757 (2011). https://doi.org/10.1002/app.34222
I.I. Alimdjanov, A.A. Abzalov, and G.I. Mukhamedov, “Physical and Chemical properties of polycomplex gels of carboxymethyl cellulose with ureaformaldehyde oligomeras,” International journal of applied and fundamental research, 6, 1-2 (2018). https://www.science-sd.com/478-25493. (in German)
A.K. Bajpai, and J. Shrivastava, “Amylase induced enhanced enzymatic degradation of binary grafted polymeric blends of crosslinked starch and gelatin,” J. Macromol. Sci. Part A: Pure Appl. Chem. 41, 949–69 (2004). https://doi.org/10.1081/MA-120039181
A.M. Lowman, B.C. Cowans, and N.A. Peppas “Investigation of interpolymer complexation in swollen polyelectrolyte networks using solid state NMR spectroscopy,” J. Polym. Sci. Part B: Polym. 38, 2823–2831 (2000). https://doi.org/10.1002/1099-0488(20001101)38:21%3C2823::AID-POLB110%3E3.0.CO;2-5
V.V. Khutoryanskiy, A.V. Dubolazov, Z.S. Nurkeeva, and G.A. Mun, “pH effects in complex formation and blending of poly(acrylic acid) with poly(ethylene oxide),” Langmuir, 20, 3785–3790 (2004). https://doi.org/10.1021/la049807l
G.A. Mun, Z.S. Nurkeeva, V.V. Khutoryanskiy, G.S. Sarybayeva, and A.V. Dubolazov, “pH effects in the complex formation of polymers I. Interaction of poly(acrylic acid) with poly(acrylamide) ,” Eur. Polym. J. 39, 1687–1691 (2003). https://doi.org/10.1016/S0014-3057(03)00065-X
K. Karayanni, and G. Staikos, “Study of lower critical solution temperature behaviour of poly(vinyl methyl ether) aqueous solutions in the presence of poly(acrylic acid). The role of Interpolymer hydrogen bonding interaction,” Eur. Polym. J. 36, 2645 2650 (2000). https://doi.org/10.1016/S0014-3057(00)00048-3
G.A. Mun, Z.S. Nurkeeva, V.V. Khutoryanski, and A.D. Sergaziyev, “Interpolymer complexes of copolymers of vinyl ether of diethylene glycol with poly(acrylic acid),” Colloid Polym. Sci. 280, 282–289 (2002). https://doi.org/10.1007/s00396-001-0609-4
Z.S. Nurkeeva, V.V. Khutoryanskiy, G.A. Mun, and A.B. Bitekenova, “Complexation of poly(acrylic acid) with poly(vinyl methyl ether) in the presence of inorganic salts and lidocaine hydrochloride,” Polymer science, 45, 365–369 (2003), https://api.semanticscholar.org/CorpusID:53701319
F. Bossard, M. Sotiropoulon, and G. Staikos, “Thickening effect in soluble hydrogen-bonding interpolymer complexes influences of pH and molecular parameter,” Journal of Rheology, 48, 927–936 (2004). https://doi.org/10.1122/1.1763941
E. Nordmeier, and P.J. Beyer, Polym. Sci. Pol. Phys. 37(4), 335 (1999). https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-0488(19990215)37:4<335::AID-POLB7>3.0.CO;2-W
V.V. Khutoryanskiy, S. Ryu, and A.V. Yakimansky, “Modern Methods for Studying Polymer Complexes in Aqueous and Organic Solutions,” Polym. Sci. Ser. A, 60(5), 553 (2018). https://doi.org/10.1134/S0965545X18050085
V.A. Izumrudov, B K. Mussabaeva, Z.S. Kassymova, A.N. Klivenko, and L.K. Orazzhanova, “Interpolyelectrolyte complexes: advances and prospects of application,” Russ. Chem. Rev. 88(10), 1046 (2019). https://doi.org/10.1070/RCR4877
R.I. Mustafin, “Interpolymer combinations of chemically complementary grades of Eudragit copolymers: a new direction in the design of peroral solid dosage forms of drug delivery systems with controlled release (review),” Pharm. Chem. J. 45(5), 285-295 (2011). https://doi.org/10.1007/s11094-011-0618-7
A.V. Bukhovets, A.Y. Sitenkov, and R.I. Moustafine, “Comparative evaluation study of polycomplex carriers based on Eudragit® EPO/S100 copolymers prepared in different media,” Polym. Adv. Technol. 32, 2761 (2021). https://doi.org/10.1002/pat.5284
A.V. Bukhovets, N. Fotaki, V.V. Khutoryanskiy, and R.I. Moustafine, “Interpolymer Complexes of Eudragit® Copolymers as Novel Carriers for Colon-Specific Drug Delivery,” Polymers, 12(7), 1459 (2020). https://doi.org/10.3390/polym12071459
J.C. Roy, A. Ferri, S. Giraud, G. Jinping, and F. Salaün, “Chitosan–Carboxymethylcellulose-Based Polyelectrolyte Complexation and Microcapsule Shell Formulation,” Int. J. Mol. Sci.19, 2521 (2018). https://doi.org/10.3390/ijms19092521
M.T. Cook, S.L. Smith, and V.V. Khutoryanskiy, “Novel glycopolymer hydrogels as mucosa-mimetic materials to reduce animal testing,” Chemical Communications, 51(77), 14447–14450 (2015). https://doi.org/10.1039/C5CC02428E
E.D.H. Mansfield, K. Sillence, P. Hole, A.C. Williams, and V.V. Khutoryanskiy, “POZylation: a new approach to enhance nanoparticle diffusion through mucosal barriers,” Nanoscale, 7(32), 13671–13679 (2015). https://doi.org/10.1039/C5NR03178H
A.V. Bukhovets, N. Fotaki, V.V. Khutoryanskiy, and R.I. Moustafine, “Interpolymer Complexes of Eudragitfi Copolymers as Novel Carriers for Colon-Specific Drug Delivery,” 12(7), 1459 (2020). https://doi.org/10.3390/polym12071459
A.I. Chepurnaya, M.P. Karushev, E.V. Alekseeva, D.A. Lukyanov, and O V. Levin, “Redox-conducting polymers based on metal-salen complexes for energy storage applications,” P*ure. Appl. Chem. 92(8), 1239–1258 (2020). https://doi.org/10.1515/pac-2019-1218
J. Swarbrick, Encyclopedia of Pharmaceutical Technology, vol. 6, 3rd ed. (CRC Press, Boca Raton, 2013). https://doi.org/10.1201/b19309
T.M.M. Ways, S.K. Filippov, S. Maji, M. Glassner, M. Cegłowski, R. Hoogenboom, et al., “Mucus-penetrating nanoparticles based on chitosan grafted with various non-ionic polymers: Synthesis, structural characterisation and diffusion studies,” Journal of Colloid and Interface Science, 626, 251–264 (2022). https://dx.doi.org/10.1016%2Fj.jcis.2022.06.126
V.V. Khutoryanskiy, Z.S. Nurkeeva, G.A. Mun, A.D. Sergaziyev, Z. Ryskalieva, and J.M. Rosiak, “Polyelectrolyte complexes of soluble poly-2-[(methacryloyloxy)ethyltrimethylammonium chloride and its hydrogels with poly(acrylic acid)],” European Polymer Journal, 39(4), 761-766 (2003). https://doi.org/10.1016/S0014-3057(02)00293-8
G.I. Mukhamedov, M.M. Xafizov, and S.Ya. Inagamov, Interpolymer complexes: structure, properties, application, (Lambert Academic Publishing Ru, 2018). ISBN 13: 9786138326816
D. Ren, Y.-H. Li, S.-P. Ren, T.-Y. Liu, and X.-L. Wang, “Microporous polyarylate membrane with nitrogen-containing heterocycles to enhance separation performance for organic solvent nanofiltration,” Journal of Membrane Science, 610, 118295 (2020). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118295
X. Shan, A.C. Williams, and V.V. Khutoryanskiy, “Polymer structure and property effects on solid dispersions with haloperidol: Poly(N-vinyl pyrrolidone) and poly(2-oxazolines) studies,” International Journal of Pharmaceutics, 590, 119884 (2020). https://dx.doi.org/10.1016%2Fj.ijpharm.2020.119884
A. Muterko, “Selective precipitation of RNA with linear polyacrylamide,” Nucleosides, Nucleotides & Nucleic Acids, 41(1), 61 76 (2022). https://doi.org/10.1080%2F15257770.2021.2007397
A. Pulyalina, I. Faykov, V. Nesterova, M. Goikhman, I. Podeshvo, N. Loretsyan, A. Novikov, et al., “Novel Polyester Amide Membranes Containing Biquinoline Units and Complex with Cu(I): Synthesis, Characterization, and Approbation for n-Heptane Isolation from Organic Mixtures,” Polymers, 12, 645 (2020). https://doi.org/10.3390/polym12030645
E.E. Brotherton, T.J. Neal, D.B. Kaldybekov, M.J. Smallridge, V.V. Khutoryanskiy, and S.P. Armes, “Aldehyde-functional thermoresponsive diblock copolymer worm gels exhibit strong mucoadhesion,” Chemical Science, 13(23), 6888–6898 (2022). https://doi.org/10.1039/D2SC02074B
L.E. Agibayeva, D.B. Kaldybekov, N.N. Porfiryeva, V.R. Garipova, R.A. Mangazbayeva, R.I. Moustafine, I.I. Semina, et al., “Gellan gum and its methacrylated derivatives as in situ gelling mucoadhesive formulations of pilocarpine: In vitro and in vivo studies,” International Journal of Pharmaceutics, 577, 119093 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119093
CH.R. Jagadish, A. Ferri, S. Giraud, J. Guan, and S. Fabien, “Chitosan–Carboxymethylcellulose-Based Polyelectrolyte Complexation and Microcapsule Shell Formulation,” Int. J. Mol. Sci. 19, 2521 (2018). https://doi.org/10.3390/ijms19092521
P. Tonglairoum, R.P. Brannigan, P. Opanasopit, and V.V. Khutoryanskiy, “Maleimide-bearing nanogels as novel mucoadhesive materials for drug delivery,” Journal of Materials Chemistry B, 4(40), 6581–6587 (2016). https://doi.org/10.1039/C6TB02124G
D. Ren, Y.-H. Li, S.-P. Ren, T.-Y. Liu, and X.-L. Wang, “Microporous polyarylate membrane with nitrogen-containing heterocycles to enhance separation performance for organic solvent nanofiltration,” Journal of Membrane Science, 610, 118295 (2020). https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118295
Авторське право (c) 2023 Сабітжан Я. Інагамов, Умматджон А. Асроров, Еркін Б. Ксуджанов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
