СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ УГЛЕРОДНОГО ГЕМОСОРБЕНТА
METHOD OF MODIFYING CARBON HEMOSORBENT

Настоящее изобретение относится к технологии получения углеродных сорбентов с высоким содержанием кислород- и азотсодержащих функциональных групп на поверхности, придающих селективность сорбции молекул белковой природы. Предназначено для применения в биотехнологии, медицине и медицинской химии.
Использование углеродных сорбентов в медицине известно давно, и области их применения постоянно расширяются. Этому способствует высокая биосовместимость углеродных сорбентов, способность к регулируемому изменению структуры и химической природы поверхности, повышающих их адсорбционную емкость по отношению к веществам различной химической природы и размеров молекулы.
Адсорбционная активность гранулированных углеродных сорбентов по отношению к молекулам белковой природы ограничена [Сокольницкая Т.А., Авраменко В.А., Червонецкий Д.В. Исследование адсорбции белков на мезопористых углеродных сорбентах // Известия АН СССР. Серия химическая. 1991. - №8. - С.1737-1740]. Это связано с недоступностью для белков основной массы пор гидрофобной по природе поверхности сорбента, основным механизмом сорбции которой является физическая (молекулярная) сорбция веществ в порах.
В последние годы активизированы работы по созданию модифицированных материалов на основе углерода с высокой сорбционной емкостью по белковым соединениям. При этом работы ведутся в нескольких направлениях. Во-первых, оптимизируется строение углеродной матрицы за счет изменения формы и размеров первичных частиц: глобулы, волокна, одностенные и многостенные нанотрубки и др. Во-вторых, проводится оптимизация пористой структуры углеродной матрицы по величинам объема пор, удельной адсорбционной поверхности, среднего радиуса пор. В-третьих, проводится модифицирование поверхности сорбента определенными соединениями, имеющими в своем составе функциональные группы, однотипные с группами белковых молекул.
Известно, что молекулы белков сложны по своей природе [Романова Т.А., Аврамов П.В. Особенности химической связи в нанообъектах. Белки и элементарные формы углерода // Вестник КрасГУ: химические науки. 2003. №3. С.32]. Знак заряда молекулы (полярность) зависит от количества свободных амино- и карбоксильных групп, входящих в ее состав. Следовательно, усиление гидрофильного характера углеродной поверхности позволит повысить ее адсорбционную емкость по отношению к белковым молекулам определенной природы за счет действия нескольких механизмов адсорбции, что делает актуальным проведение модифицирования поверхности сорбентов.
Разработан способ модифицирования углеродных нанотрубок путем нанесения на их поверхность функциональных групп [US Patent No 2008/0008760 A1, Jan 10. 2008 / Bianco A. et al. Functionalized carbon nanotubes, a process for preparing the same and their use in medicinal chemistry]. Материал, модифицированный вышеописанным способом, эффективно работает в медицинской химии, особенно в иммунологии.
Разработан способ модифицирования углеродных нанотрубок за счет нанесения на поверхность веществ, содержащих карбоксильные и аминные группы [US Patent No 7,514,214 В2, Apr. 7. 2009 / Wade A.L. et al. Selective functionalization of carbon nanotube tips allowing fabrication of new classes of nanoscale sensing and manipulation tools]. Материал, полученный по данному способу, показывает высокую селективность в биохимических процессах, благодаря чему на его основе разработаны биосенсорные устройства.
Однако использование нанотрубок в качестве углеродных матриц в медицине и фармацевтике ограничено из-за высокой проникающей способности материалов наноразмерной величины и непредсказуемости последствий этого [C.Grabinski, S.Hussain, K.Lafdi et al. Effect of particle dimension on biocompatibility of carbon nanomaterials. - Carbon, 45 (2007), 2828-2835].
Известны способы модифицирования поверхности углеродных сорбентов кислородсодержащими функциональными группами путем окисления исходной углеродной матрицы растворами азотной кислоты, перекиси водорода, бихромата калия, гипохлорита натрия, озоном, воздухом и другими окислителями [Strelko V., Malik D.J., Streat М. Characterisation of the surface of oxidised carbon adsorbents // Carbon. 2002. - V.40. - P.95-104; Клименко H.A., Савчина Л.А., Козятник И.П. и др. Влияние различных режимов окисления на изменение структурных характеристик активного угля // Химия и технология воды. 2008. - Т.30, №5. - С.478-489; патент RU №2142847, патент RU №2240863]. Недостатком при модифицировании углеродной поверхности методом окисления является отсутствие селективности при образовании и последующем закреплении на углеродной поверхности функциональных групп и гетероатомов (натрий, калий, марганец и другие). Это обуславливает появление поверхностной неоднородности сорбентов, модифицированных по методу окисления, и снижает эффективность их работы в биохимических процессах.
Известен способ модифицирования углеродного сорбента с целью повышения его адсорбционной способности по отношению к белковым молекулам за счет покрытия его поверхности полимерными пленками, например пленкой нитрата целлюлозы, или ацетата целлюлозы, или полиамида, или фторсодержащего полимера [патент RU 2190628; Горчаков В.Д., Сергиенко В.И., Владимиров В.Г. Селективные гемосорбенты. 1989. - М.: Медицина. - 224 с., патент RU №2118898].
Известен способ модифицирования углеродных сорбентов за счет покрытия его поверхности пленкой альбумина (Albumin Coated Activated Charcoal, ACAC-угли) [Terman D.S. Extracorporeal immunoadsorbens for extraction of circulating immune reactants // Sorbents and their clinical applications / Ed. C.Giordano. - N.-Y. - London Academic Press. 1980. - P.469-491].
Данные способы модифицирования направлены на улучшение качества углеродных адсорбентов: повышение прочности гранул и снижение «пылевыделения» в раствор адсорбата, выравнивание рельефа поверхности модифицирующей пленкой, повышение совместимости с биологической жидкостью. Однако основным недостатком данных способов модифицирования является практически полное закрытие пор в сорбентах пленкой полимерного модификатора, приводящее к ухудшению динамики процесса сорбции биологических жидкостей.
Известны способы модифицирования поверхности углеродных матриц, например нанотрубок, путем нанесения на углеродную поверхность мономеров, содержащих в своем составе функциональные группы, с их последующей полимеризацией или поликонденсацией [US Patent No 2008/0008760 A1; US Patent No 7,514,214 B2; Qin S., Qin D., Ford W.T., Resasco D.E., Herrera J.E. Functionalization of single-walled carbon nanotubes with polystyrene via grafting to and grafting from methods // Macromolecules. 2004. - V.37. - P.752-757; Yao Z., Braidy N., Botton G.A., Andronov A. Polymerization from the surface of single-walled carbon nanotubes - preparation and characterization of nanocomposites // J. Am. Chem. Soc. 2003. - V.125, №51. - P.16015-16024; Stevens J., Huang A., Peng H., Chiang I., Khabashesku V., Margrave J. Sidewall amino-functionalization of single-walled carbon nanotubes through fluorination and subsequent reactions with terminal diamines // Nano letters. 2003. - V.3, №3. - P.331-336].
При создании углеродных модифицированных сорбентов медицинского назначения большое внимание уделяется изменению параметров пористой структуры исходной матрицы. Размеры глобул белков составляют 2-10 нм, поэтому микропоры не участвуют в процессах сорбции белков. Учитывая вышеизложенное, становится очевидным, что оптимальной сорбционной способностью белков должны обладать мезопористые углеродные материалы с размером пор в диапазоне 2-50 нм.
3
3
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обработки углеродного пористого материала, включающий контактирование его гранул с воздушно-водяной смесью в псевдоожиженном слое путем подачи струй воздушно-водяной смеси в реактор снизу вверх под слой материала. Обработку материала ведут до достижения величины pH 6,0-7,0 и практически полного обеспыливания его поверхности. Далее осуществляют сушку полученного продукта при температуре 200°C [патент РФ №2211727, прототип]. Полученный таким способом углеродный гемосорбент состоит из гранул размером 0,5-1,0 мм, характеризуется высокой химической чистотой (содержание углерода не менее 99,5%), удельной адсорбционной поверхностью 300-400 м/г, суммарным объемом пор не менее 0,4 см/г, из них не менее 80% составляет объем мезопор; присутствием на поверхности кислородсодержащих функциональных групп в количестве 0,060-0,070 мэкв/г, из них содержание карбоксильных групп 0,051-0,058 мэкв/г, фенольных 0,009-0,012 мэкв/г.
К недостатку углеродного гемосорбента, полученного по описанному выше способу, можно отнести невысокую адсорбционную емкость по отношению к белковым соединениям.
Целью изобретения является повышение адсорбционной емкости углеродного гемосорбента по отношению к белковым соединениям.
2
Повышение адсорбционной емкости достигается за счет нанесения на гидрофобную пористую поверхность углеродного сорбента нетоксичной органической кислоты, содержащей в своем составе не менее двух функциональных групп: карбоксильную -COOH и аминную -NH группы (аминокапроновая кислота). Бифункциональность модифицирующего соединения создает условия для протекания реакции гомополиконденсации с образованием олигомерных или полимерных молекул, обладающих малой подвижностью и низкой растворимостью в воде. Данное обстоятельство обеспечивает постоянство химического состава поверхности модифицированного сорбента в процессе работы при контактах с биологическими жидкостями. Наличие карбоксильной группы в данном случае выступает как собственный кислотный катализатор, обеспечивая процесс самокатализируемой поликонденсации.
2
Присутствие закрепленных на углеродной поверхности концевых функциональных групп молекулы аминокапроновой кислоты (NH- и COOH-) повышает гидрофильность поверхности гемосорбента и, соответственно, увеличивает сорбционную активность к белковым соединениям.
Предлагаемый способ модифицирования углеродного сорбента включает обработку углеродного пористого материала воздушно-водяной смесью в кипящем слое с последующим высушиванием продукта по описанному ранее способу, пропитку гранул углеродного гемосорбента водным раствором аминокапроновой кислоты с концентрацией 5-20% при соотношении гемосорбент : раствор модифицирующей кислоты 1:10-1:20 с постоянным перемешиванием в течение 2-4 ч при температуре 25-90°C, отделением гемосорбента от пропитывающего раствора, сушкой пропитанного гемосорбента при 105°C до постоянного веса, проведением процесса поликонденсации нанесенной на поверхность гемосорбента аминокапроновой кислоты в инертной среде при температуре 120-350°C в течение 0,25-6 ч при перемешивании, удалением с поверхности гемосорбента водорастворимых молекул аминокапроновой кислоты кипячением в дистиллированной воде в течение 1-3 ч при перемешивании и последующим высушиванием полученного продукта на воздухе при комнатной температуре в течение 14-20 ч.
Отличительными признаками данного изобретения являются:
2
3
- использование в качестве исходного материала углеродного гемосорбента, который характеризуется удельной адсорбционной поверхностью 300-400 м/г, суммарным объемом пор не менее 0,4 см/г, из них не менее 80% составляет объем мезопор; присутствием на поверхности кислородсодержащих функциональных групп в количестве 0,060-0,070 мэкв/г;
2
- модифицирование поверхности углеродного гемосорбента нетоксичной аминокапроновой кислотой, содержащей в своем составе не менее двух функциональных групп: карбоксильную -COOH и аминную -NH.
Процесс модифицирования проводится в несколько стадий: пропитка гранул углеродного гемосорбента водным раствором аминокапроновой кислоты концентрацией 5-20% при соотношении гемосорбент : раствор модифицирующей кислоты 1:10-1:20 с постоянным перемешиванием в течение 2-4 ч при температуре 25-90°C;
- отделение пропитанного гемосорбента от модифицирующего раствора и последующая сушка гемосорбента при 105°C до постоянного веса;
- проведение процесса поликонденсации нанесенной на поверхность гемосорбента аминокапроновой кислоты в инертной среде при температуре 120-350°C в течение 0,25-6 ч;
- удаление с поверхности гемосорбента водорастворимых молекул аминокапроновой кислоты кипячением в дистиллированной воде в течение 1-3 ч; высушивание полученного продукта на воздухе при комнатной температуре в течение 14-20 ч.
Проведение модифицирования поверхности углеродного гемосорбента водным раствором аминокапроновой кислоты с концентрацией менее 5% не приводит к существенному изменению химической природы поверхности модифицированного образца углеродного гемосорбента.
Поскольку растворимость в воде аминокапроновой кислоты, используемой для модифицирования, не превышает 20%, то применение более концентрированных растворов для модифицирования поверхности углеродных гемосорбентов нецелесообразно, поскольку не полностью растворившиеся ассоциаты модификатора не проникают в поры гемосорбента, это приводит к неравномерному покрытию гемосорбента молекулами аминокапроновой кислоты.
Предлагаемый по заявке способ модифицирования изменяет как химию поверхности углеродного гемосорбента, так и его пористую структуру. Результаты, иллюстрирующие изменения параметров пористой структуры и химического состава поверхности исходного и модифицированных образцов углеродного гемосорбента, а также их адсорбционные свойства по отношению к альбумину, приведены в таблице 1.
БЭТ
Анализ изменения параметров пористой текстуры углеродного гемосорбента в процессе модифицирования аминокапроновой кислоты показывает следующее. В процессе модифицирования полностью закрываются микропоры с размерами до 2 нм и более чем в 2 раза снижается объем мезопор. Объем макропор снижается в процессе модифицирования в меньшей степени. Повышение концентрации модифицирующего раствора до 18-20% приводит к некоторому увеличению объема макропор по сравнению с образцом, модифицированным раствором аминокапроновой кислоты концентрацией 10%. В целом пористая структура модифицированных образцов гемосорбента характеризуется меньшими значениями величины удельной адсорбционной поверхности S и более высокими значениями среднего диаметра пор.
Как видно из таблицы 1, проведение модифицирования по предлагаемому способу увеличивает на поверхности углеродного гемосорбента концентрацию кислород- и азотсодержащих групп, образующих активные адсорбционные центры, способные адсорбировать белковые соединения за счет их специфического взаимодействия с функциональными поверхностными группами модифицированного сорбента. Количество кислородсодержащих групп возрастает от 0,070 мэкв/г для прототипа до 0,187-0,245 мэкв/г для модифицированных сорбентов, т.е. в 2,5-3 раза. Содержание азота увеличивается от 0 до 1,09-1,14%.
2
2
Увеличение концентрации кислород- и азотсодержащих групп на поверхности гемосорбента вносит ощутимый вклад в адсорбцию веществ за счет специфического взаимодействия с их функциональными группами. При контакте молекул белковых соединений с углеродным гемосорбентом помимо физической сорбции, характерной для углеродных сорбентов, существенный вклад вносит сорбция за счет взаимодействия функциональных групп, находящихся на поверхности сорбента, и функциональных групп, входящих в состав адсорбата (белкового соединения), с образованием дополнительных контактов. Наиболее прочные связи образуются по донорно-акцепторному механизму между группой-донором электронов -NH и группой-акцептором электронов -COOH. Следовательно, повышение концентрации групп -NH и -COOH на поверхности углеродного гемосорбента при нанесении на его поверхность аминокапроновой кислоты приводит к повышению его адсорбционной емкости по отношению к белковым соединениям за счет усиления специфического взаимодействия.
Эффективность способа модифицирования поверхности углеродного гемосорбента аминокапроновой кислотой с целью повышения его адсорбционной емкости по отношению к белковым соединениям доказывают примеры сорбции им из раствора маркера белоксвязывающей способности сорбентов - альбумина (молекулярная масса 67000 Д, размер глобулы 4×4×15 нм), приведенные в таблице 1. Как свидетельствует материал таблицы, увеличение количества кислород- и азотсодержащих групп на поверхности углеродного гемосорбента приводит к увеличению сорбции альбумина от 8,9 мг/г для прототипа до 14,0-17,2 мг/г для модифицированных образцов.
Определение физико-химических характеристик образцов исходного и модифицированных углеродных гемосорбентов проводилось стандартными методами, применяемыми при исследовании пористых материалов: количественное содержание кислородсодержащих групп - химическим методом (метод Боема) по взаимодействию с химическими реагентами различной природы и потенциометрическим титрованием; количественное содержание азота - методом Кьельдаля. Основные текстурные характеристики - удельную адсорбционную поверхность, суммарный объем пор и распределение пор по размерам - определяли по изотермам адсорбции-десорбции азота, полученным на приборе «Sorptomatic-1900» фирмы "Carlo Erba". Расчет величины адсорбционной удельной поверхности проводили по уравнению БЭТ.
Определение сорбции альбумина проводили спектрофотометрическим методом на спектрофотометре «SESIL-1021».
Пример 1 (по прототипу). Навеску гемосорбента (0,2 г) заливают раствором альбумина (человеческий сывороточный альбумин производства филиала ФГУП «НПО «Микроген» МЗ РФ «Омское предприятие по производству бактериальных препаратов», г. Омск) с концентрацией 2 мг/мл в буферном растворе с pH 7,4 и перемешивают в течение 2 ч при комнатной температуре. Концентрацию раствора альбумина до и после контакта с навеской гемосорбента измеряют на длине волны 280 нм спектрофотометра и далее расчетным путем определяют количество адсорбированного альбумина, которое составило 8,9 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 2. Навеску гемосорбента пропитывают 10%-ным водным раствором аминокапроновой кислоты в соотношении 1:10 при температуре 25°С в течение 4 ч, затем гемосорбент отделяют фильтрованием, высушивают при температуре 105°С до постоянного веса, помещают навеску в реактор и при температуре 200°С в инертной среде в течение 2 ч проводят самокатализируемую гомополиконденсацию нанесенной аминокапроновой кислоты, далее часть аминокапроновой кислоты, не вступившей в реакцию поликонденсации, удаляют при кипячении гемосорбента в дистиллированной воде в течение 1 ч, после чего гемосорбент высушивают при комнатной температуре в течение 10 ч и проводят адсорбцию альбумина по примеру 1. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=145 м/г, общий объем пор 0,492 см/г, мезопор 0,445 см/г, макропор 0,047 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,187 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,129 мэкв/г, фенольных 0,058 мэкв/г, содержание азота 1,09%, количество адсорбированного альбумина 14,0 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 3. Аналогичен примеру 2, но применяя для модифицирования 20%-ный водный раствор аминокапроновой кислоты, получают модифицированный гемосорбент с характеристиками: S=125 м/г, общий объем пор 0,411 см/г, в том числе объем мезопор 0,352 см/г, макропор 0,059 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,245 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,135 мэкв/г, фенольных 0,110 мэкв/г, содержание азота 1,14%, количество адсорбированного альбумина 17,2 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 4. Аналогичен примеру 2, но применяют для модифицирования 5%-ный водный раствор аминокапроновой кислоты в соотношении гемосорбент : раствор = 1:20 при температуре 90°С в течение 2 часов, проводят поликонденсацию в инертной среде при 350°С в течение 0,25 часа и удаляют оставшийся мономер кипячением гемосорбента в воде в течение 3 часов. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=157 м/г, общий объем пор 0,532 см/г, мезопор 0,485 см/г, макропор 0,047 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,192 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,123 мэкв/г, фенольных 0,069 мэкв/г, содержание азота 0,95%, количество адсорбированного альбумина 13,8 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 5. Аналогичен примеру 2, но модифицирование проводят при соотношении гемосорбент : раствор = 1:20 при температуре 60°С в течение 3 часов, поликонденсацию в инертной среде при 120°С в течение 6 часов и удаляют оставшийся мономер кипячением гемосорбента в воде в течение 2 часов. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=95 м/г, общий объем пор 0,412 см/г, мезопор 0,386 см/г, макропор 0,026 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,161 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,110 мэкв/г, фенольных 0,051 мэкв/г, содержание азота 0,79%, количество адсорбированного альбумина 15,9 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 6. Аналогичен примеру 3, но модифицирование проводят при соотношении гемосорбент : раствор = 1:20 при температуре 60°С в течение 3 часов, поликонденсацию в инертной среде при 350°С в течение 4 часов и удаляют оставшийся мономер кипячением гемосорбента в воде в течение 1 часа. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=174 м/г, общий объем пор 0,591 см/г, мезопор 0,482 см/г, макропор 0,109 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,163 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,098 мэкв/г, фенольных 0,065 мэкв/г, содержание азота 1,09%, количество адсорбированного альбумина 12,4 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 7. Аналогичен примеру 4, но модифицирование проводят при соотношении гемосорбент : раствор = 1:10 в течение 3 часов, поликонденсацию в инертной среде при 250°С в течение 1 часа. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=127 м/г, общий объем пор 0,454 см/г, мезопор 0,397 см/г, макропор 0,057 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,162 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,106 мэкв/г, фенольных 0,056 мэкв/г, содержание азота 1,02%, количество адсорбированного альбумина 12,6 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 8. Аналогичен примеру 2, но модифицирование проводят при температуре 60°С, поликонденсацию в инертной среде при 120°С в течение 3 часов и удаляют оставшийся мономер кипячением гемосорбента в воде в течение 2 часов. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=163 м/г, общий объем пор 0,542 см/г, мезопор 0,515 см/г, макропор 0,027 см/г, концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,187 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,129 мэкв/г, фенольных 0,058 мэкв/г, содержание азота 1,05%, количество адсорбированного альбумина 14,0 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 9. Аналогичен примеру 4, но применяют для модифицирования 20%-ный водный раствор аминокапроновой кислоты, проводят поликонденсацию в инертной среде при 150°С в течение 5 часов и удаляют оставшийся мономер кипячением гемосорбента в воде в течение 1 часа. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S = 98 м/г, общий объем пор 0,387 см/г, мезопор 0,312 см/г, макропор 0,075 см/г; концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,135 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,105 мэкв/г, фенольных 0,030 мэкв/г, содержание азота 0,87%, количество адсорбированного альбумина 11,1 мг/г.
БЭТ
2
3
3
3
Пример 10. Аналогичен примеру 4, но применяют для модифицирования водный раствор аминокапроновой кислоты в соотношении гемосорбент : раствор = 1:10 при температуре 25°С в течение 3 часов, проводят поликонденсацию в инертной среде при 300°С в течение 0,5 часа и удаляют оставшийся мономер кипячением гемосорбента в воде в течение 2 часов. Полученный модифицированный гемосорбент характеризуется следующими текстурными показателями: S=178 м/г, общий объем пор 0,547 см/г, мезопор 0,358 см/г, макропор 0,189 см/г, концентрация кислородсодержащих групп на поверхности гранул 0,162 мэкв/г, из них: карбоксильных 0,116 мэкв/г, фенольных 0,046 мэкв/г, содержание азота 0,92%, количество адсорбированного альбумина 9,6 мг/г.
БЭТ
2
2
3
3
Как следует из приведенных примеров, модифицирование поверхности углеродного гемосорбента водными растворами аминокапроновой кислоты с концентрациями 5-20% приводит к снижению его текстурных характеристик: удельной адсорбционной поверхности S от 400 м/г до 95 м/г, общего объема пор от 0,959 см/г до 0,387 см/г и, соответственно, объема мезо- и макропор, определяющих физический характер сорбции белковых соединений. Увеличение в процессе модифицирования количества кислород- и азотсодержащих групп на поверхности гемосорбента в 2-3 раза приводит к повышению адсорбционной емкости по отношению к белковым молекулам за счет усиления специфического взаимодействия между функциональными группами, входящими в состав альбумина, и функциональными группами, нанесенными на поверхность углеродного гемосорбента, с образованием дополнительных ковалентных и водородных связей. Модифицирование поверхности образца углеродного гемосорбента водными растворами аминокапроновой кислоты повышает его адсорбционную емкость по отношению к альбумину до 93%.
Экспериментальные данные позволяют сделать вывод об эффективности способа модифицирования растворами аминокапроновой кислоты поверхности углеродного гемосорбента по предлагаемым в настоящей заявке рецептурно-технологическим режимам. Концентрация раствора аминокапроновой кислоты в процессе модифицирования изменяет текстурные характеристики и химическую природу поверхности углеродного гемосорбента, регулируя тем самым его адсорбционную емкость по отношению к маркеру-альбумину, используемому в качестве примера. Увеличение концентрации кислород- и азотсодержащих групп - активных адсорбционных центров на поверхности углеродного гемосорбента, повышает его адсорбционную емкость по отношению к альбумину за счет усиления специфического характера взаимодействия альбумин - модифицированный углеродный гемосорбент.
Влияние модифицирования поверхности углеродного гемосорбента аминокапроновой кислотой на его адсорбционную активность по отношению к белковым молекулам определенной природы и молекулярной массы исследовано в Центральной научно-исследовательской лаборатории Омской государственной медицинской академии на плазме крови больных панкреатитом (стендовые испытания).
Определено содержание наиболее токсичной для организма человека фракции средних метаболитов (ФСМ), состоящей из пептидов, гликопептидов, полиаминов и других соединений с молекулярной массой до 150 кД, в плазме крови до и после ее контакта с исходным и модифицированным образцами углеродного гемосорбента. Полученные данные представлены в таблице 2.
Как следует из таблицы 2, модифицирование поверхности углеродного гемосорбента раствором аминокапроновой кислоты позволяет повысить его адсорбционную активность по отношению к белковым молекулам определенной природы и молекулярной массы. Повышенная активность модифицированного образца проявляется не только при адсорбции белковых молекул из тестовых индивидуальных растворов, но и из сложной смеси биологических веществ, составляющих плазму крови.
Таблица 2
Образец
Содержание ФСМ в плазме крови больных, ед.
до контакта с гемосорбентом
после контакта с гемосорбентом
По примеру 1 прототип
0,444±0,043
0,420±0,040
По примеру 2
0,338±0,028
По примеру 3
0,368±0,022