Гидродинамические свойства золей наночастиц хитина

Заключение

Методами молекулярной гидродинамики и оптики исследованы дисперсии НЦ, Al2O3, НЦ-Л12Оз. Обнаружено что в золях НЦ и НЦ-А1203 присутствуют крупные частицы. Показано, что добавление 5% Л1203 к золю НЦ практически не влияет на гидродинамические характеристики системы. Определены величины оптических коэффициентов сдвига исследованных систем.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ мол_нр № 16-33-50269. Часть экспериментальных данных получена в РЦ СПбГУ «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники».

Литература

1. Lin N., Dufresne A. Nanocellulose in Biomedicine: Current Status and Future Prospect // European Polymer Journal, 2014. V. 59. P. 302-325.

2. Salas C., Nypelo T., Rodriguez-Abreu C., Carrillo C., Rojas O. J. Nanocellulose properties and applications in colloids and interfaces // Current Opinion in Colloid & Interface Science, 2014. V. 19. №. 5. P. 383-396.

3. Yoldas B. E. Alumina Sol Preparation from Alkoxides // American Ceramic Society Bulletin, 1987. V. 54. P. 289-290.

4. Pavlov G. M., Gubarev A. S., Zaitseva 1.1., Sibileva M. A. // Russ. J. Appl. Chem., 2006. V. 79. № 9. P. 1407.

5. Tsvetkov V. N. Rigid-chain polymers. Consult. Bureau. Plenum.: London, 1989. P. 490.

6. BirdiK. S. (ed.). Handbook of surface and colloid chemistry. CRC Press, 2015. 708 p.

7. Cummins H. Z., Pike E. R. (Eds.). Photon-correlation and Light-beating Spectroscopy. Plenum Press. New York and London, 1974.

Гидродинамические свойства золей наночастиц хитина Перевязко И. Ю.1, Мартакова Ю. В.2, Цветков Н. В.3, Торлопов М. А.4

'Перевязко Игорь Юрьевич /Perevyazko Igor Yurievich — кандидат физико-математических наук, кафедра молекулярной биофизики и физики полимеров, Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург; Мартакова Юлия Владимировна /Martakova Yuliya Vladimirovna — младший научный сотрудник, лаборатория химии растительных полимеров, Институт химии Коми научного центра,

Уральское отделение Российская академия наук, г. Сыктывкар; 3Цветков Николай Викторович / Tsvetkov Nikolay Victorovich — доктор физико-математических наук,

профессор,

кафедра молекулярной биофизики и физики полимеров, Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург; 4Торлопов Михаил Анатольевич / Torlopov Mihail Anatolevich — кандидат химических наук, старший научный сотрудник, лаборатория химии растительных полимеров, Институт химии Коми научного центра,

Уральское отделение Российская академия наук, г. Сыктывкар

Аннотация: в работе изучены золи наночастиц хитина методами вискозиметрии, динамического рассеяния света и скоростной седиментации.

Abstract: the article studies nanoparticles sols by means of viscosimetry, dynamic light scattering and sedimentation velocity.

Ключевые слова: хитин, наночастицы, молекулярная гидродинамика. Keywords: chitin, nanoparticles, molecular hydrodynamics.

Гидрозоль нанокристаллического хитина (НКХ), является структурным производным соответствующего полисахарида и рассматривается в качестве систем для формирования наполненных наночастицами материалов [1], модификаторов реологических свойств, средств

доставки лекарств, темплатных сред в органическом и неорганическом синтезе. На их основе предлагается получение биосовместимых плёнок, нитей, гелей [2-4].

Особенностью частиц НКХ является разнообразие поверхностных функциональных групп, положительный заряд поверхности, более высокая, по сравнению с наночастицами других полисахаридов, химическая и биологическая активность.

Наиболее распространённые способы получения частиц НКХ основаны на контролируемой деструкции полимерных цепей с использованием кислотно-катализируемого гидролиза, который с большей скоростью проходит в аморфных областях фибрилл [5, 6], в результате получают стержнеобразные частицы.

Системы, дисперсная фаза которых состоит из стержнеобразных частиц, обладают набором особых свойств. Анизотропная форма таких частиц оказывает большое влияние на реологические свойства дисперсий, а их способность образовывать трёхмерные структурированные системы увеличивается с ростом соотношения длина-диаметр [7]. По сравнению с коллоидами сферических частиц, системы, включающие стержневидные частицы обладают более высокими значениями динамической вязкости и более выраженными псевдопластичными свойствами при тех же объёмных концентрациях дисперсной фазы [8].

В этой связи, изучение гибридных золей на основе НЦ является актуальным.

Экспериментальная часть

Водную дисперсию НКХ получали гидролизом хитина, выделенного из панцирей крабов (ЗАО «Биопрогресс») 3.0 M соляной кислотой [9] на базе Института химии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар. Выделение фракции частиц осуществлялось центрифугированием. Очистка полученной водной дисперсии НКХ проводилась диализом (CelluSep, размер пор 12-14 кДа). Содержание частиц в золе определяли методом гравиметрии.

Значения характеристической вязкости НЦ [г|] определяли по измерениям вязкости на микровискозиметре Lovis 2000 M (Anton Paar), с использованием стандартных процедур разбавления.

Эксперименты по динамическому светорассеянию проводили с использованием "PhotoCor Complex" (Photocor Instruments, Inc.) (Москва, Россия). Образец освещали линейно поляризованным светом He-Ne лазера с длиной волны X =654 нм, X = 445 нм. Функции распределения интенсивности рассеянного света исследованных образцов по временам релаксации анализировали с помощью программы «DyrnLS».

Эксперименты по скоростной седиментации проводили на аналитической ультрацентрифуге ProteomeLab XLI Protein Characterization System (Beckman Coulter, Brea, CA).

Результаты и обсуждение

Характеристическая вязкость золя наночастиц хитина [q] составила 58 см3/г.

Распределения интенсивности рассеянного света по временам релаксации и соответственно по коэффициентам диффузии для исследованных систем, имели бимодальный характер. Зависимости обратного времени релаксации от квадрата волнового вектора рассеяния для быстрой и медленной моды имели линейный характер и проходили через начало координат, что свидетельствовало о том, что релаксация флуктуаций концентрации происходят вследствие поступательной диффузии частиц в растворе [10]. Из наклона этой зависимости определяли

коэффициент поступательной диффузии в соответствии с выражением: 1 = Dq2.

Т

Коэффициенты диффузии и гидродинамические радиусы эквивалентных сфер наночастиц хитина составляют: D1=3,06±0,05*108 см2/с, Rh1=71 нм и D2=0,72±0,02*1012 м2/с, RM=300 нм.

Средние коэффициенты скорости седиментации (S) были экстраполированы к нулевой концентрации путем линейной аппроксимации. Среднее значение коэффициента седиментации составляет s = 1500 S.

Заключение

Методами молекулярной гидродинамики исследованы золи наночастиц хитина. Обнаружено что в системе присутствуют достаточно крупные частицы. Определены основные гидродинамические характеристики золя наночастиц хитина.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ мол_нр № 16-33-50268. Часть экспериментальных данных получена в РЦ СПбГУ «Центр диагностики функциональных материалов для медицины, фармакологии и наноэлектроники».

Литература

1. Lin Ning., Huang J., Dufresne A. Preparation, properties and applications of polysaccharide nanocrystals in advanced functional nanomaterials: a review // Nanoscale, 2012. 4. P. 3274-3294.

2. Shen X., Shamshina J. L., Berton P., Gurauc G., Rogers R. D. Hydrogels based on cellulose and chitin: fabrication, properties, and applications // Green Chem., 2016. № 18. P. 53-75.

3. Park B. K., Kim M. Applications of chitin and its derivatives in biological medicine // Int. J. Mol. Sci., 2010. № 11. P. 5152-5164.

4. Chang C., Zhang L. Cellulose-based hydrogels: present status and application prospects // Carbohydrate Polymers № 84, 2011. P. 40-53.

5. Revel J.-F., MarchessaultR. H. In vitro chiral nematic ordering of chitin crystallites // Int. J. Biol. Macromol., 1993. Vol. 15. P. 329-335.

6. Zeng J., He Y., Li S., Wang Y. Chitin whiskers: an overview // Biomacromolecules, 2012. № 13. P. 1-11.

7. Mohraz A., Solomon M. J. Gelation and internal dynamics of colloidal rod aggregates // Journal of Colloid and Interface Science. № 300, 2006. P. 155-162.

8. Powell R. L. Rheology of suspensions of rodlike rarticles // Journal of Statistical Physics March 1991. Volume 62. Issue 5. P. 1073-1094.

9. Pereiraa A. G. B., Muniza E. C., Hsieh Y. Chitosan-sheath and chitin-core nanowhiskers // Carbohydrate Polymers. Volume 107, 2014. P. 158-166.

10. BirdiK. S. (ed.). Handbook of surface and colloid chemistry. CRC Press, 2015. 708 p.

Гидродинамические характеристики сверхразветвленных пиридилфениленовых полимеров и нанокомпозитов на их основе Цветков Н. В.1, Губарев А. С.2, Сеньчукова А. С.3, Серкова Е. С.4, Шифрина З. Б.5

'Цветков Николай Викторович / Tsvetkov Nikolay Victorovich — доктор физико-математических наук,

профессор;

2Губарев Александр Сергеевич / Gubarev Alexander Sergeevich — кандидат физико-математических наук,

старший преподаватель; 3Сеньчукова Анна Сергеевна /Senchukova Anna Sergeevna — магистрант, кафедра молекулярной биофизики и физики полимеров, Санкт-Петербургский государственный университет, г. Санкт-Петербург; 4Серкова Елена Сергеевна /Serkova Elena Sergeevna — младший научный сотрудник; 5Шифрина Зинаида Борисовна / Shifrina Zinaida Borisovna — доктор химических наук, лаборатория макромолекулярной химии, Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова Российская академия наук, г. Москва

Аннотация: проведен синтез сверхразветвленных пиридилфениленовых полимеров и получены композиты полимера с оксидом железа методом высокотемпературного разложения ацетилацетоната железа (III) в присутствии исходного полимера. Установлены гидродинамические характеристики синтезированных образцов в растворах тетрагидрофурана. Методом скоростной седиментации проведено сопоставление распределений исходного полимера и композита, полученного на его основе. Определены молекулярные массы и размеры синтезированных объектов.

Abstract: the hyperbranched pyridylphenylene polymers were synthesized and the polymer composites with iron oxides were prepared by high temperature dissociation of tris (acetylacetonato) iron(III) with addition of initial polymer. The hydrodynamical characteristics of the sunthesized samples were studied in tetrahydrofuran solutions. By means of velocity sedimentation the comparison of distributions for initial polymer with its composite was performed. The molecular masses and hydrodynamic diameters were determined for the synthesized samples.

Ключевые слова: металлические наночастицы, сверхразветвленные пиридилфениленовые полимеры, характеристики предельно разбавленных растворов, гидродинамические размеры, молекулярные массы.

Keywords: metal nanoparticles, hyperbranched pyridylphenylene polymers, dilute solutions properties, hydrodynamic diameters, molecular masses.