СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИАКРИЛАМИДНОГО ГИДРОГЕЛЯ
METHOD TO PRODUCE POLYACRYLAMIDE HYDROGEL

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.
-3
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 10мм 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,<sup></sup>°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.