автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Получение гидрогелей хитозана, модифицированного диальдегидами, с использованием технологии криотропного гелеобразования

Никоноров Василий Владимирович

ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ ХИТОЗАНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИАЛЬДЕГИДАМИ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ КРИОТРОПНОГО ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ

Специальности: 05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов 02.00.06 - Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

- 9 ДЕИ 20:э

004616510

На правах рукописи

Никоноров Василий Владимирович

ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОГЕЛЕЙ ХИТОЗАНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ДИАЛЪДЕГИДАМИ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ КРИОТРОПНОГО ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ

Специальности: 05.17.06 - Технология и переработка полимеров и композитов 02.00.06 - Высокомолекулярные соединения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Работа выполнена на кафедре аналитической, физической и коллоидной химии Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина»

Научные руководители: доктор химических наук профессор

доктор химических наук профессор

Официальные оппоненты: доктор химических наук профессор

доктор химических наук профессор

Кильдеева Наталия Рустемовна Лозинский Владимир Иосифович

Штильман Михаил Исаакович Вихорева Галина Александровна

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Центр «Биоинженерия» РАН

Защита диссертации состоится « 28 » декабря 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.01 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071, Москва, Малая Калужская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Автореферат разослан «¿6» ноября 2010 года

Ученый секретарь / профессор

диссертационного совета уг^й^^ Кильдеева Н.Р.

Для достижения поставленной цели были определены основные задачи:

• изучить влияние состава реакционной смеси и условий криотропного гелеобразования на свойства криогелей хитозана, сшитого глутаро-вым альдегидом;

• установить закономерности гелеобразования в растворах хитозана в присутствии диальдегидного производного нуклеозида;

• разработать метод функционализации криогелей хитозана;

• изучить эффективность использования криогелей хитозана для удаления из растворов радионуклидов и тяжелых металлов

Научная новизна.

Установлена взаимосвязь условий перехода раствор хитозана - гель в присутствии сшивающего реагента в области отрицательных температур, характера пористой структуры и свойств криогелей хитозана. Впервые показано, что, на широкопористую морфологию ковалентно-сшитых криогелей хитозана оказывают влияние эффекты переохлаждения реакционной массы во время ее замораживания.

Установлено, что особенности изменения гидродинамических свойств криогелей хитозана (уменьшение скорости протекания воды и снижение степени набухания гелевого каркаса) при повышении молекулярной массы хитозана связаны с влиянием разнонаправленных конкурирующих факторов: криокон-центрирования реагентов и нарастания вязкости системы, приводящей к снижению подвижности макромолекулярных цепей.

Установлено, что взаимодействие хитозана с диальдегидным производным уридина приводит к химическому сшиванию хитозана с образованием альди-минных связей и гелеобразованию в его растворах.

Впервые получено функционализованное производное хитозана путем его взаимодействия с пиридоксаль 5'-фосфатом.

Обнаружена высокая сорбционная способность функционализованных криогелей хитозана по отношению к ионам 908г2+, обусловленная как процессами комплексообразования с остатками пиридоксаль 5'-фосфатом, так и соосаж-дением гидролизованных форм нитрата стронция, инициированным образованием труднорастворимой соли стронция и пиридоксаль 5'-фосфата, привитого к хитозану.

Практическая значимость. Разработан метод получения высокопористых гидрогелей хитозана в условиях, обеспечивающих снижение содержания сшивающего реагента и стабилизацию пористой структуры, которые могут быть использованы в качестве новых сорбционных материалов и материалов биотехнологического и биомедицинского назначения. Разработан новый метод функционализации криогелей хитозана пиридоксаль 5'-фосфатом. Показана эффективность применения функционализованных криогелей хитозана для удаления ионов металлов и дезактивации растворов с низким уровнем радиоактивности.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 17 печатных работах: 10 статей, в том числе, 3 статьях в научных журналах, включенных в перечень ВАК, и 6 тезисов докладов. Получено положительное решение о выдаче патента РФ.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации обсуждались и докладывались на: Шестой Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (Москва, 10-11 апреля, 2007); Всероссийской студенческой олимпиаде «Технология химических волокон и композиционных материалов на их основе» (Санкт-Петербург, 29-29 марта, 2007); 6ой Международной научно-практической конференции «Техника и технология химических волокон» (Чернигов, Украина, 21-25 мая, 2007); 4th Saint-Petersburg Young Scientists Conference (Saint-Petersburg, April 15-17, 2008); XV Всероссийской Конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2008); XIVth Symposium on Chemistry of Nucleic Acid Components (Cesky Krum-lov, Czech Republic, June 8-13, 2008); Conference «Nanofibres for the 3r millennium - nano for life» (Prague, Czech Republic, March 11-12, 2009); 9th International Conference of The European Chitin Society (Venice, Italy, May, 2009); Пятой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры - 2010» (Москва, 21-25 июня 2010); Десятой Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Нижний Новгород, 29 июня-2 июля, 2010).

Личный вклад соискателя. Экспериментальные исследования выполнены автором самостоятельно и обсуждены с научными руководителями работы. Радиологические исследования проводили совместно с лабораторией радиохимии ФГУ РИД «Курчатовский институт» (рук. к.х.н. Велешко И.Е.). ИК-спектры получены автором и обсуждены со специалистом фирмы Hitachi (Япония) к.х.н. Владимировым JI.B. Содержание остаточной воды по методу К.Фишера определяли совместно с JI.H. Булатниковой (ИНЭОС РАН).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 171 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, методической части, выводов, списка цитируемой литературы из 153 ссылок. Работа содержит 19 таблиц и 51 рисунок.

Содержание работы. Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и указаны ее цели и задачи. В литературном обзоре проанализированы методы получения гидрогелей хитозана с использованием различных сшивающих агентами и в условиях криотропного гелеобразования. В методическом разделе дана характеристика используемых реагентов, описаны методы исследования, включая фотометрические методы: УФ-, ИК-спектроскопию, оптическую микроскопию, радиометрию, титриметрический и реологический методы и методы математической обработки результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 1 Синтез и свойства криогелей хитозана, сшитого глутаровым альдегидом

Кинетику гелеобразования в системе «раствор хитозана - глутаровый альдегид (ГА)» можно изменять в широких пределах путем варьирования концентрации сшивающего агента. Однако при комнатной температуре относительно прочные сшитые гели получаются только при достаточно высоком содержании сшивающего агента в исходном растворе. Способность ГА к альдольной и кро-тоновой конденсации, усиливающаяся при взаимодействии с аминогруппами,

приводит к образованию его токсичных ненасыщенных производных, что ограничивает применение гелей на основе хитозана, сшитого ГА.

Гелеобразование 2%-ого раствора хитозана в 2%-ной уксусной кислоте (рН 4.1), в присутствии ГА имеет место при соотношении ГА/NHz не менее 1 моль/моль (или 2 карбонильные группы на 1 аминогруппу), при этом процесс сшивки происходит в течение продолжительного времени (2 часа). Изменение рН до 5.6, хотя и сокращает время гелеобразования, но способствует олигоме-ризации ГА. Одним из путей снижения концентрации сшивающего агента является проведение процесса гелеобразования в умеренно замороженных (-10...-30°С) средах. Несмотря на то, что в ряде работ была показана принципиальная возможность получения криогелей хитозана, открытым остается вопрос о влиянии условий получения (температуры, времени замораживания раствора), состава гелеобразующей системы, длины макромолекулярных цепей хитозана на свойства криогелей хитозана.

В работе использовались образцы хитозана с молекулярной массой (ММ) 190, 470 и 600 кДа и близкими значениями степени дезацетилирования (-90%). На рис.1 приведены концентрационные зависимости динамической вязкости

Эффективность гелеобразования в водных растворах полимеров в присутствии сшивающего реагента характеризуется скоростью потери системой способности к течению и выходом гель-фракции. При проведении процесса криотропного гелеобразования зафиксировать время достижения гель-точки не представляется возможным, поэтому выход гель-фракции становится основным показателем эффективности сшив-

Рис. 1 - Зависимость динамической КИ-вязкости от концентрации для раство- Как ВИДН0 из Рис'2' значения выхо-ров хитозана с ММ 190 (1), 470 (2) и Да гель-фракции при оптимальной тем-600кДа(3). пературе синтеза монотонно убывали с

увеличением молекулярной массы полимера. Температурные зависимости выхода гель-фракции имели экстремальный вид для всех исследуемых образцов хитозана. Подобный вид кривых обусловлен конкуренцией разнонаправленных факторов. С одной стороны, концентрирование реагентов в незамерзшей жидкой микрофазе (НЖМФ) приводит к увеличению скорости химической реакции, а с другой стороны, в процессе криоконцентрирования быстро нарастает вязкость реакционной системы, что снижает вероятность встраивания цепей хитозана в пространственную сетку криогеля.

Учитывая, что с ростом концентрации в наименьшей степени нарастает вязкость раствора хитозана с ММ 190 кДа (рис.1), и тот факт, что при гелеобра-

исследуемых образцов хитозана.

Концентрация, г/дл

| 85

70

-35

-25 -15

Температура синтеза, °С

-25

Температура, °С

90

гЯ

£ §

3 80

75

-35

-30 -25 -20 -15 -10 Температура синтеза, °С

15

-35

-25 -15

Температура, °С

б

¿80

-35

-25 -15

Температура синтеза, °С

20

15

I Ю

-35

-25 -15

Температура синтеза, °С

Рис.2 - Температурные зависимости выхода гель-фракции при синтезе криогелей на основе хитозана с ММ 190 (а), 470 (б) и 600 кДа (в). СНО/ЫНг, моль/моль: 1:25 (1), 1:10 (2), 1:2.5 (3)

Рис.3 - Зависимость степени набухания криогелей на основе хитозана с молекулярной массой 190(а), 470 (б) и 600 кДа (в) от температуры их синтеза. СНО/ЫН2> моль/моль: 1:25 (1), 1:10 (2), 1:2.5(3).

зовании в таком растворе достигался наибольший выход гель-фракции, можно сделать вывод, что в случае криотропного гелеобразования определяющую роль играла вязкость системы, рост которой препятствует эффективному сшиванию макромолекул хитозана с ММ 470 и 600 кДа.

Исследование степени набухания криогелей (рис.3), полученных из хитозана различной молекулярной массы, позволяет оценить влияние условий формирования на свойства получаемых гелей. В случае криогелей, полученных из растворов с наименьшим содержанием ГА, зависимость степени набухания от ММ хитозана проходила через минимум, а при самом высоком содержании сшивающего агента зависимость, наоборот, проходила через максимум. Эти факты также являются результатом роста концентрации и снижения подвижности реагентов реагентов при вымораживании растворителя.

Также среди факторов, которые могут оказывать заметное влияние на осмотические свойства криогелей, следует отметить некоторые специфические особенности динамики сшивания макромолекулярных цепей в неглубоко замо-

40

| 35

<0 о.

| 30 I 25

К

I 20

«о

X

ю 15

1 10 а> с О)

6 5 о

95

90

5

1 85

о.

80

с:

£

« 75

|

ш 70

65

500 1000

Время, мин

1500

500 1000

Время криогелеобразования.мин

1500

Рис.5 - Влияние времени выдерживания системы при отрицательной темпе-

Рис.4 - Динамика изменения выхода гель-фракции в ходе образования криогелей на основе препаратов хитозана с ММ ратуре на степень набухания образцов 190 (1,2) и 470 кДа (3,4) при -10 (1,3) и - сшитого полимера в ходе образования 20°С (2,4). СНО/Ш2 1:2.5. криогелей хитозана с ММ 190 (1,2) и

470 кДа (3,4) при -10 (1,3) и -20°С (2,4). СНО/Ш21:2.5.

роженных системах «раствор хитозана - ГА» (рис.4). На рис.5 представлены соответствующие значения степени набухания образцов криогелей, полученных в течение различного времени. Было найдено, что при использовании хитозана с меньшей ММ встраивание его цепей в сетку геля протекало и быстрее, особенно при -10°С, и с более высоким выходом, чем при криотропном гелеоб-разовании в растворе более высокомолекулярного хитозана. Однако в отношении степени набухания тенденция была иной - криогели, синтезированные при -10°С из хитозана большей молекулярной массы (рис.5), набухали слабее, чем образцы на основе хитозана с меньшей ММ. Значимо более высокой набухае-

мостью обладали криогели, в полимерный каркас которых было встроено большее количество цепей (выше выход гель-фракции), по сравнению с набу-хаемостью образцов, чье формирование протекало с несколько меньшей эффективностью. Это можно объяснить проявлением большей неоднородности распределения сшивок при более высокой скорости гелеобразования в системе с большей подвижностью (поступательной и сегментальной) реагентов. Подвижность реагентов увеличивается в системе с более низкой вязкостью НЖМФ, содержащей более короткие макромолекулы или при более высокой (-10°С по сравнению с -20°С) температуре.

а

о О

400 400

350 /^3 о л 350

/

300 У г 300

250 ш 250

л

200 1 200

[ \ о.

150 / \ л 150

/ & о

100 а о 100

У О

50 50

А"---* - ^

0 -Ш Я Я Я --1 0

-35

-25 -15

Температура синтеза, °С

-35

-25 -15 .

Температура синтеза, °С

Рис.6 - Скорость протекания воды через 4.5-мл колонки с криогелями, полученными при различных значениях отрицательной температуры из препаратов хитозана с ММ 190 (а), 467 {&), 600 кДа (в). СНО/Ш2: 1:25 (I), 1:10 (2), 1:2.5 (3). Криогели, полученные при высоком соотношении ГА:№12-группа, имели более сшитые, а значит и менее набухающие стенки макропор, и поэтому более широкие и протекаемые для воды каналы (рис.6). В случае сильно-сшитых образцов чем ниже была ММ хитозана, в тем выше скорость протекания воды

через пористый материал, свидетельствуя тем самым о большем сечении капилляров последнего.

Изучение пористой морфологии тонких срезов хитозановых криогелей проводилось с помощью световой микроскопии (рис.7).

На поперечном срезе (рис.7а) хорошо видна морфология широкопористой геле-вой системы с крупными ячейками сечением от десятков до примерно 200 мкм, а на продольном срезе (рис.7б) обнаруживается определенная ориентация тон-

-25 -15

Температура синтеза,

ких (сечением5-10 мкм) стенок макропор вдоль главной оси цилиндрического образца.

а б

Рис.7 - Микрофотографии окрашенных родамином тонких срезов (а - поперечный срез цилиндрического образца; б - продольный срез цилиндрического образца) хитозанового криогеля, синтезированного при -30°С. ММ хитозана 470 кДа. СНОМНг 1:5.

Важным фактором, способным влиять на «архитектуру» пор соответствующего криогеля, является не только температура замораживания системы, но и такое явление, как возможное ее переохлаждение. Если система переохлаждается достаточно глубоко, что часто свойственно водным растворам полимеров в субнулевой области температур, то затем льдообразование происходит очень быстро, и сформировавшиеся кристаллики растворителя могут оказаться даже мельче, чем при замораживании той же исходной системы при более низкой температуре. Причем, чем выше отрицательная температура, тем дольше раствор может находиться в переохлажденном состоянии, но тем быстрее затем протекает собственно кристаллизация. Изучение морфологии пор криогелей, полученных при -10, -15 и -30°С в виде плоских дисков толщиной 2 мм (рис.8), показало, что именно эффект переохлаждения являлся причиной большей "про-текаемости" колонок с хитозановыми криогелями, приготовленными при -15°С, чем колонок, сформированными при-10°С (рис.6).

Полученные в результате обработки микрофотографий значения размеров пор (таблица 1) свидетельствовали, что капилляры наименьшего сечения были

а б в

Рисунок 8 - Микрофотографии (оптический микроскоп) поверхности 2 мм дисков криогелей, сформированных на основе хитозана с ММ 470 кДа при температуре -10 (а), -15 (б), -30 (в). Мольное соотношение СНО/ЫН2: 1:5; температура синтеза -15°С.

характерны для криогеля, сформированного при самой низкой температуре указанного диапазона, т.е. при -30°С, самые же крупные поры оказались у хи-тозанового криогеля, синтез которого осуществлялся не при -10, а при -15°С. Этот результат, во-первых, хорошо коррелирует с данными о "протекаемости" широкопористых препаратов (рис.6) и, во-вторых, служит аргументом в пользу правильности предположения о возможном влиянии эффектов переохлаждения на морфологию порогена.

Установленные закономерности получения криогелей хитозана различной ММ на основе системы «раствор хитозана - ГА» позволили выбрать условия получения криогелей с оптимальными гидродинамическими характеристиками: низкой степенью набухания, широкими порами и высокой скоростью протекания воды через криогель.

Таблица 1 - Результаты количественного анализа изображений микрофотографий хитозановых криогелей, сформированных

Температура син- А» Д» к

теза криогеля, °С мкм мкм

-10 57.4 70.1 1.2

2

-15 72.3 87.0 1.2

0

-30 44.3 56.0 1.2

6

Все криогели были получены при низкой концентрации ГА (соответствующей 1 моль ГА/5-50 моль 1МН2) в гелеобразующей системе, что снижает вероятность его олигомери-зации в процессе сшивания хитозана. Исходные и модифицированные пи-ридоксаль 5'-фосфатом (ПФ) криогели хитозана были затем испытаны в качестве сорбентов для удаления из растворов тяжелых металлов и радионуклидов.

2 Изучение взаимодействия хитозана с новым сшивающим реагентом -диальдегидным производным уридина.

Другой возможностью снижения токсичности, гидрогелей хитозана является использование диальдегида, имеющего заместитель у С-атома в а-положении к карбонильной группе, что исключит возможность кротоновой конденсации при взаимодействии с аминогруппами и появление, как в случае ГА, продуктов реакции, содержащих сопряженные С=С-С=0 и С=С-С=М- связи. В качестве такого сшивающего реагента было предложено диальдегидное производное нуклеозида уридина, которое можно рассматривать как 2,4. замещенный 3-оксаглутаровый альдегид (1).

о

но

ын

О)

ГА о1Ы

С целью получения гидрогелей, перспективных для создания материалов медицинского назначения, способных контактировать с живыми тканями, была изучена возможность сшивания хитозана окисленным производным уридина

(оШ!), полученным в Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгард-таРАН.

Сравнительное исследование скорости гелеобразования в растворе хито-зана при использовании разных по строению диальдегидов: оИгс! и ГА - показало, что о1Ы взаимодействует с хитозаном значительно медленнее (рис.9). При сшивке хитозана ГА одновременно с образованием оснований Шиффа протекает кротоновая конденсация, в результате которой образуются двойные углерод - углеродные связи, стабилизирующие С = N — связи за счёт явления резонанса, и равновесие сдвигается в сторону образования продукта реакции. Строение молекулы о№с1 исключает кротоновую конденсацию, поэтому процесс сшивания хитозана сводится к образованию альдиминных связей между молекулами диальдегида и депротонированными аминогруппами хитозана. В результате даже при высоком соотношении оТ-Ы/ЫНг 2.5 моль/моль время гелеобразования составляло 40 минут.

Увеличение молекулярной массы хитозана приводило к снижению времени гелеобразования. Так, например время, в течение которого система утрачивала способность к течению при рН 5.6 и соотношении оЦЫ/ЫНг 0.67 моль/моль, при увеличении ММ с 200 до 600 кДа снижалось с 100 до 20 минут (рис.10). Этот факт обусловлен большим числом межмолекулярных водородных связей, возникающих в растворе между длинными макромолекулами ами-нополисахарида. Вследствие этого для потери такой системой способности к течению достаточно меньшего числа сшивок.

0,5 1 1,5 2

ДА/ГШ^ моль/моль

120

X

1 100 к

1 80 ш

0

1 60 #

§ 40

I 20

200

400 ММ, кДа

600

800

Рис. 9 - Влияние соотношения ДАМНг Рис. 10 - Зависимость времени гелеобра-

на время гелеобразования раствора хи- зования раствора от молекулярной массы

тозана в присутствии о1М, (1) и ГА хитозана в присутствии о!М (рН 5.6;

(2). ММ хитозана 190 кДа, рН 5.6. оШ/ГЩ. 0.67 моль/моль).

Изучение жесткости гелей, полученных сшивкой окисленным уридином, показало, что после завершения гелеобразования реакция не заканчивается, в результате чего происходит упрочнение геля. Этот процесс сопровождается выделением свободной воды, чего не наблюдается при использовании глутаро-вого альдегида. Этот факт связан с тем, что ГА, в основном, расходуется на увеличение длины межмолекулярных сшивок в результате кротоновой конден-

сации, процесс сшивки о11гс1 приводит к увеличению числа коротких межмолекулярных сшивок.

Для изучения влияния условий реакции на строение продуктов взаимодействия хитозана с диальдегидом были изучены ИК-спектры хитозана и его производного, полученного в результате сшивки о11гс! (рис. 11). Характеристическая полоса поглощения пуринового основания уридинового цикла в области спектра 1679 см"1 (характеристическая суммарная полоса валентных и деформационных колебаний функциональных групп уридинового цикла) позволила идентифицировать и оценить содержание уридина в образцах хитозана.

На полученных спектрах сшитых производных хитозана присутствует интенсивная полоса поглощения в этой области, причем обнаружено, что интенсивность полосы поглощения уридинового цикла увеличивается с ростом рН и, соответственно, с уменьшением степени протонирова-ния аминогрупп.

Система раствор хитозана -окисленный уридин была также изучена в условиях криотропного геле-образования. Показано, что использование оТ-Ы позволяет получить крио-гель при более низком содержании

1400 1200 юоо 8оо боо .ос сшивающего реагента, равном 0.25 ^ауелитЬег (ст-1) МОЛЬ оТ_Ггс1/ МОЛЬ ЫНг-

Рис. 11 - ИК-спекхры хитозана (1), хитозана, сшитого о1ЖО при рН 4,1 (2) и 5,6(3)

3 Получение нового сорбента на основе крногеля хитозана

Неподеленная электронная пара азота аминогруппы хитозана придает этому полимеру свойства полилиганда при сорбции меди, кобальта и других элементов, имеющих вакантную орбиталь. Эффективность сорбции ионов других металлов невелика вследствие отсутствия в макромолекуле хитозана специфических ионогенных групп. Модификация может приводить как к повышению емкости сорбента, так и к селективной сорбции различных элементов, в том числе и радионуклидов. Известно, что введение фосфатной группы приводит к усилению сорбционных свойств сорбентов по отношению к целому ряду элементов, включая редкоземельные и трансурановые элементы.

С целью повышения эффективности сорбции хитозана по отношению к тяжелым металлам и радионуклидам в качестве модифицирующего реагента был выбран пиридоксаль 5'-фосфат (ПФ) (2), кофактор ПФ-зависимых ферментов - соединение, содержащее, кроме фосфатной группировки, реакционно-способную в реакциях с первичными аминами карбонильную группу.

.) О-Р-ОН ОН

Модификацию криогелей хитозана ПФ осуществляли непосредственно после завершения криотропного гелеобразования и депротонирования свободных аминогрупп. Образование продукта взаимодействия хитозана с ПФ (3) было доказано с использованием ИК-спектроскопии (рис.12).

(3)

...........¿Ж^но-....../"^.НО-....../.-/^НО-'"..,/..'^

о^Ц/

1600

1400 1200 Жде<тпМг(ст-1)

1000

ОН

Элиминирование спектрального вклада хитозана позволило увидеть на разностном спектре хитозана и продукта его взаимодействия с ПФ (спектр 4, рис.12) полосу поглощения фосфата (1070 см"1), что свидетельствует о присоединении ПФ к аминогруппам криогеля хитозана. Кроме того о взаимодействии хитозана с ПФ с образованием оснований Шиффа можно также судить по снижению относительной интенсивности пика деформационных колебаний 1ЧН2-групп (полоса 1600 см"1).

Содержание ПФ в сорбенте, рассчитанное по изменению поглощения раствора ПФ (Я=310 нм) после контакта с криогелем, возрастало с увеличением числа де-

Рис.12 - Фурье ИК-спекгры ПФ продукта взаимодействия криогеля хитозана с ПФ (1), хитозана (2), ПФ (3) и разностный спектр, полученный вычитанием спектров 1-2 (4). протонированных аминогрупп и в криогеле, модифицированном при рН 5.6, и составило 470 мг/г хитозана или 0.32 моль/моль N112-

4 Изучение сорбционных свойств криогелей хитозана

Криогели хитозана, сшитого ГА (КХТЗ), а также криогели хитозана, содержащие ПФ (КХТЗ-ПФ), были протестированы в процессах сорбции из растворов ионов меди и радионуклидов разного уровня радиоактивности 233и(У1), 241 Ат, 249Ри, 152,154Еи и 908г2+.

Как видно из таблицы 2, величина равновесной сорбционной обменной емкости (РСОЕ) КХТЗ при сорбции из растворов Си804 ниже известной из литературных данных о полной сорбционной обменной емкости (ПСОЕ) хитозана. Это связано с тем, что сшивка ГА происходит преимущественно по аминогруппам, которые являются центрами специфической сорбции Си2+, в результате такой модификации их количество уменьшается. Соответственно снижается сорбционная способность криогеля, т.к. в процессе комплексообразования во-

Модификация ПФ приводит как к увеличению РСОЕ функцио-нализованного криогеля, так и скорости процесса сорбции в результате снижения влияния диффузионных факторов на кинетику процесса. Как видно из схемы продукта реакции хитозана с ПФ (3), ПФ является не только источником функциональных групп, способных к взаимодействиям с ионами металлов, но и выполняет роль бифункционального реагента смешанного типа, образующего внутри- и межмолекулярные сшивки за счет ковалентных и ионных связей. Образование дополнительных сшивок ПФ должно влиять на гидродинамические характеристики криогеля и скорость процесса сорбции.

Сорбционные свойства криогелей хитозана по отношению к радионуклидам изучали в статических и динамических условиях в модельных растворах неактивных солей разного состава, содержащих радиоактивные метки соответствующих радионуклидов.

! Самым распространенным и промышленно-важным радиоактивным элементом является уран. Известно, что диссоциация солей урана в водных растворах приводит к образованию оксокатионов, преимущественно катионов ДО22+. С увеличением концентрации раствора и02804 закономерно увеличивается значения равновесной сорбционной емкости и снижается коэффициент распределения. Полученные значения РСОЕ (4.2 для КХТЗ и 4.7 для КХТЗ-ПФ) превышали известные литературные данные по сорбции уранил-ионов на хито-зане и его производных. Для оценки взаимодействия сорбата с сорбентом были получены изотермы сорбции (рис.13) и с использованием линейной формы уравнения Ленгмюра рассчитывались значения полной сорбционной обменной емкости (ПСОЕ) криогелей по ионам 233и(У1). Полученные значения ПСОЕ для криогеля хитозана и криогеля хитозана, модифицированного ПФ, составили 4.8 и 5.3 ммоль/г соответственно.

Для растворов, моделирующих жидкие радиоактивные отходы с невысоким содержанием солей (5 г/л Ыа№)3), испытан метод сорбционной очистки от актинидов в динамических условиях.

влечены именно свободные аминогруппы.

Таблица 2 Параметры процесса сорбции ионов меди (II) криогелями хитозана

Криогель Со Си504> ммоль/л Уо-105, моль/(л-мин) РСОЕ, ммоль/г

КХТЗ 5 45 0.4

15 68 1.2

50 120 2.6

75 184 3.4

100 226 3.6

КХТЗ-ПФ 5 65 0.6

15 76 1.6

50 160 3.1

75 223 3.9

100 290 4.1

1200

1000

800 -

600

400

200

10

и02304, г/л

Учитывая, что степень извлечения различных актинидов существенным образом зависит от рН, путем изменения рН возможно осуществлять проведение процесса фракционного извлечения актинидов из растворов.

Модификация хитозана ПФ привела к усилению сорбционных свойств крио-геля хитозана и по отношению к Еи3+. Значения К^ оставались высокими в интервале рН от 3 до 7, при этом

Рис. 13 - Изотермы сорбции и(У1) на криогеле хитозана (1) и криогеле хитозана, модифицированном ПФ (2) в растворе Ш2804; рН 5, Т = 298

К, У/т- 1000. максимальное значение ко-

эффициента распределения для КХТЗ-ПФ составило 4.4-103 мл/г, что на 2 порядка выше, чем при сорбции на немодифицированном криогеле. Зависимость 152'154Еи3+ от рН, полученная при изучении сорбции на криогелях из раствора Еи(ЫОз)з (рис. 14), имеет экстремальный характер, что может быть обусловлено изменением степени диссоциации протонированных аминогрупп хитозана и кислотных групп фосфатной группировки при изменении рН, а также частичным гидролизом соли европия при щелочных рН и снижением прочности связывания гидратированного иона.

Как следует из анализа литературных источников и полученных экспериментальных данных, хитозан оказался неэффективен при извлечении из растворов ионов стронция. Криогель хитозана, модифицированный ПФ, напротив, показал высокую сорбционную способность (таблица

3).

Как видно из таблицы 3, с ростом концентрации 908г(ЫОз)2 скорость сорбции 908г2+ на КХТЗ-ПФ, а также величина РСОЕ монотонно увеличиваются, в то время как значения К^

на

4000

3500

3000

2500

г 2000

1500

1000

большее значение Кд для 908г2+

Рис. 14 - Влияние рН на сорбцию 152,|54Еи3+ КХТЗ (1) КХТЗ-ПФ (2). У/ш=1000, концентрация раствора Еи(Ж)3)310'4 моль/л. ___

КХТЗ-ПФ, равное 2700 мл/г получено при концентрации 908г(ЫОз)2 , равной 5.6-10"4 моль/л.

На основании полученных результатов для растворов с невысоким содержанием солей (концентрация ЫаЫ03 5 г/л) предложен метод сорбционной очи-

стки растворов от 908г2+ в динамическом режиме. Выходная кривая на КХТЗ-ПФ, приведена на рис.15. Там же для сравнения представлена выходная кривая 908г2+, полученная на криогеле хитозана. Как видно из рис.15, криогель хитоза-на практически не извлекает 903г2+, в то время как КХТЗ-ПФ, удерживает его на колонке при пропускании более 200 колоночных объемов.

Таблица 3. Параметры процесса сорбции стронция на криогеле хитозана, модифицированном ПФ

№ Концентрация к* РСОЕ,

соли, М мл/г ммоль/г

1 4.4-10"4 2700 0.25

2 1.1-10"3 2400 0.67

3 4.3-10"' 960 1.90

4 2.1-10"2 405 4.97

5 3.3-10"2 250 6.06

6 9.4-10"2 150 10.9

■ 7 0.19 100 14.5

8 0.37 90 28.3

9 0.73 50 30.3

100 200 300

Колоночный объем

400

Рис.15 - Выходные кривые сорбции 908г2+ криогелями хитозана, сшитыми ГА (1) и модифицированными ПФ (2) в растворах 5 г/л №Ж)з. Скорость пропускания 0.25 мл/(мин*см2), рН 9.5. Как видно из таблицы 4,908г2+ и 152'154Еи3+ практически не сорбируются на криогеле из немодифицированного хитозана. В случае 233и(У1) сорбция, напротив, высокая и достигает 4.2 ммоль/г КХТЗ. Этот факт может объясняться существованием в растворе сульфата урана анионов типа [и205(804)з]4" и [ГГОг (804)з]4_, которые в условиях сорбции (рН 5) могут взаимодействовать с прото-нированными аминогруппами хитозана

Таблица 4 - Результаты сорбции радионуклидов (РН) криогелем хитозана и криоге-

РН РСОЕ КХТЗ, ммоль РН/г сорбента РСОЕ КХТЗ-ПФ Результаты осаждения РН из растворов ПФ (состав осадка)

ммоль РН/г сорбента моль РН/ моль ПФ мг РН/г ПФ моль РН/ моль ПФ

4.2 4.7 2.4 195 0.2

0.04 0.47 0.24 156 0.24

0 30.3 15.6 4100 11.5

Модификация с помощью ПФ приводит к резкому увеличению сорбци-онной емкости криогелей хитозана по отношению к 152'15 Еи3+ и 908г2+ (таблица 4) и почти не влияет на сорбцию 233и(У1). Сравнение величины сорбционной емкости КХТЗ-ПФ по отношению к 152'154Еи3 в пересчете на 1 моль ПФ с соста-

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Техногенные нагрузки на окружающую среду, возникающие в результате работы различных отраслей промышленности, приводят к существенному росту факторов риска для здоровья человека. Создание новых типов полимерных материалов, предназначенных для решения задач реабилитации человека и окружающей среды, является актуальным направлением химии и технологии высокомолекулярных соединений.

В последние десятилетия интенсивно развиваются исследования в области получения гидрогелей, на основе которых разрабатываются материалы различной физической формы. Ковалентное сшивание полимеров в их водных растворах бифункциональными реагентами приводит к формированию непрерывной сетки геля, обладающей прочностью и в то же время обеспечивающей свободную диффузию воды. Уникальные свойства гидрогелей позволяют разрабатывать на их основе новые сорбционные материалы, материалы биотехнологического (культивирование клеток) и биомедицинского (тканевая инженерия) назначения.

Гидрогели, полученные при положительных температурах, при удалении растворителя вследствие релаксации пористой структуры и контракции пор теряют способность удерживать воду. Добиться стабилизации пористой структуры можно путем проведения процесса гелеобразования в криоусловиях, когда замороженный растворитель, выполняющий роль порогена, после оттаивания системы придает гидрогелю макропористую структуру с системой сообщающихся пор.

Перспективным полимером для получения гидрогелей является биосовместимый, биоразлагамый природный полисахарид хитозан. Хитозан содержит доступные для модификации реакционноспособные аминогруппы, позволяющие легко осуществлять сшивание и функционализацию полимера. Наиболее распространенным сшивающим реагентом хитозана, используемым для получения гидрогелей, является глутаровый альдегид. Возможное присутствие в составе продуктов его взаимодействия с хитозаном сопряженных с двойными связями карбонильных групп приводит к росту токсичности гидрогеля. В этой связи весьма актуальным является разработка методов получения высокопористых гидрогелей хитозана в условиях, обеспечивающих снижение токсичности и стабилизацию пористой структуры.

Работа выполнена в соответствии с основными направлениями исследований кафедры аналитической, физической и коллоидной химии МГТУ им. А.Н. Косыгина, в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009-2010 гг.) (проект № 2.1.1/2859), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (Госконгракт № 16.740.11.0059), гранта РФФИ 08-04-12065-офи и Гранта молодых ученых МГТУ им. А.Н.Косыгина (2009 г.).

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось получение гидрогелей хитозана в условиях, обеспечивающих стабилизацию пористой структуры и снижение содержания сшивающего реагента, изучение особенностей структуры гелевых матриц, их гидродинамических и сорбционных свойств.

вом продукта осаждения Еи(Ы03)3 ПФ показывает, что сорбция происходит исключительно за счет введенных фосфатных групп.

Результаты осаждения ПФ ¡§г(МОз)2 из раствора с рН 9.5 показывают, что столь высокая степень осаждения 908г2+ из раствора (в составе осадка на 1 ' моль ПФ приходится 11.5 моль 908г2+) не может объясняться только комплекс о-образованием ПФ со хотя факт образования комплекса подтверждается

результатами ИК-спектроскопии. По-видимому, образование труднорастворимой соли стронция и ПФ инициирует процессы образования и осаждения гид, ролизованных форм нитрата стронция.

Учитывая, что сорбционная емкость КХТЗ-ПФ в расчете на 1 моль ПФ превышает содержание стронция в продукте осаждения 8г(Ж)з)2 ПФ, нельзя исключить участие в комплексообразовании со 908г2+ функциональных групп хитозана.

Таким образом, исследование процесса сорбции радионуклидов криоге-лями хитозана показало, что КХТЗ может быть использован для удаления 233и(У1) из низкоконцентрированных жидких радиоактивных отходов, а КХТЗ-ПФ для выделения ионов 908г2+ из растворов с низким уровнем радиоактивности.

ВЫВОДЫ

¡.Установлены закономерности криотропного гелеобразования в неглубоко замороженных растворах хитозана, сшиваемого глутаровым альдегидом, и получены широкопористые криогели хитозана при низком содержании сшивающего реагента в реакционной смеси, т.е. при концентрациях, не приводящих к гелеобразованию в области температур выше 0°С.

2. Выявлены следующие особенности криотропного гелеобразования системы «раствор хитозана - глутаровый альдегид»: несовпадение максимумов на температурных зависимостях выхода гель-фракции и степени набухания поли-

I мерной фазы гетерофазного материала, а также неоднозначная зависимость скорости протекания воды через криогели от степени набухания стенок макро-пор, связанные с влиянием эффектов переохлаждения на морфологию кристаллов льда, формирующих широкопористую структуру геля.

3. Показано, что снижение эффективности реакции криотропного гелеобразования, степени набухания и скорости протекания воды через криогель с увеличением ММ хитозана связано с ростом вязкости раствора в незамерзшей жидкой микрофазе, и как следствие, с возникновением затруднений для эффективного взаимодействия свободных аминогрупп хитозана и карбонильных групп в продукте взаимодействия хитозана и ГА.

4. Установлены закономерности гелеобразования в растворах хитозана в присутствии нового сшивающего реагента хитозана - диальдегидного производного нуклеозида уридина, использование которого исключает кротоновую конденсацию, приводящую к образованию продукта с двойными связями.

5. Предложен новый метод функционализации хитозана путем взаимодействия с пиридоксаль 5'-фосфатом. Получены функционализованные криогели

, хитозана и изучена их эффективность в процессах сорбции радионуклидов и тяжелых металлов.

6. Показано, что криогель, полученный из растворов хитозана и ГА, может быть эффективно использован для удаления ионов Си2+, а также 233U(VI) и других актинидов из малосолевых жидких радиоактивных отходов, а криогель хитозана, модифицированный пиридоксаль 5'-фосфатом - для выделения ионов 90Sr2+ из растворов с низким уровнем радиоактивности.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. В.В. Никоноров, П.А. Перминов, Н.Р. Кильдеева. Закономерности структуро-образования в растворах хитозана в присутствии сшивающего реагента для получения волокнистых биокатализаторов. // Химические волокна. - 2006. - № 2. -С. 9-11.

2. Н.Р. Кильдеева, JI.M. Тимофеева, И.А. Абронин, В.Г. Бабак, П.А. Перминов, В.В. Никоноров. Структурообразование в растворах хитозана в присутствии сшивающего реагента при получении биологически активных полимерных материалов. // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. - 2007. - Т. 50. - Вып. 3. - С. 53-56.

3. В.В. Никоноров, Р.В. Иванов, Н.Р. Кильдеева, JI.H. Булатникова, В.И. Лозинский. Синтез криогелей хитозана, сшитого глутаровым альдегидом, и изучение их свойств. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. - 2009. - Т. 52. - № 8.-С. 1436-1443.

4. A.B. Миронов, П.А. Перминов, А.Н. Ромашова, В.В. Никоноров. Исследование полимерных систем - носителей биологически активных компонентов и разработка на их основе текстильных композиционных материалов. // В сб. научн. трудов, выполн. по итогам конкурса грантов молодых исследователей «ГРАНТ-2005». - Москва, 2006 г. - С. 3-8.

5. Н.Р. Кильдеева, Т.В. Смотрина, В.В. Никоноров, П.А. Перминов, В.И. Лозинский, Р.В. Иванов. Гидрогели на основе ковалентно-сшитого хитозана. // Материалы Девятой Межд. конф. «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана». 2008. С. 23-27.

6. N.R. Kildeeva, P.A. Perminov, A.N. Zakharova, V.V. Nikonorov, S.N. Mikhailov. Periodate oxidized derivatives of nucleosides and nucleotides as novel crosslinking reagents. // Proceedings of XTVth Symposium on Chemistry of Nucleic Acid Components. - Cesky Krumlov, Czech Republic, 2008. - Vol. 10. - P. 407-409.

7. N.R. Kildeeva, V.l. Lozinsky, R.V. Ivanov, V.V. Nikonorov, P.A. Perminov, S.N. Mikhailov. Preparation and physicochemical properties of chitosan gels and cryogels. // Proceedings of 9th International Conference of The European Chitin Society. -Venice Italy, 2009. -P03-31 (P. 1-6).

8. H.P. Кильдеева, В.В. Никоноров, И.Е. Велешко, А.Н. Велешко, П.А. Перминов. Получение и свойства гидрогелей хитозана. // Вестник Московского государственного текстильного университета. - 2009 г. С.59-63.

9. И.Е. Велешко, А.Н. Велешко, Е.В. Румянцева, В.В. Никоноров, Р.В. Иванов, В.И. Лозинский, С.Н. Михайлов, Н.Р. Кильдеева. Получение коваленгно-сшитых криогелей хитозана и их использование для сорбции урана из растворов. // Материалы Десятой Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана». - Нижний Новгород, 2010 г. - С. 45-49.

10.В.В. Никоноров, А.Н. Сонина, Л.М. Симаненкова, Н.Р. Кильдеева. Исследование закономерностей получения гидрогелей на основе хитозана в присутствии

сшивающих агентов при умеренном замораживании системы. // Сборник научных трудов, выполненных по итогам конкурса грантов молодых исследователей (ITAHT - 2009). - Москва, 2010 г. - С. 8-13

11.В.В. Никоноров, П.А. Перминов, Н.Р. Кильдеева. Исследование закономерностей структурообразования в растворах хитозана в присутствии сшивающего реагента для получения волокнистых биокатализаторов. // В сб. тез. докл. «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности». - Москва, 2005.-С. 165-166.

12.В.В. Никоноров. Изучение взаимодействия хитозана с глутаровым альдегидом для создания различных форм иммобилизованных ферментов. // Сб. тезисов «Технология химических волокон и композиционных материалов на их основе». - С.-Петербург, 2007 г. - С. 4

13.V.V. Nikonorov, R.V. Ivanov. Preparation and properties of chitosan cryogels. // Abstract book of 4- Saint-Petersburg Young Scientists Conference. - St.-Petersburg, 2008.-P. 46.

14.B.B. Никоноров, П.А. Перминов, A.H. Захарова, А.И. Донецкая, С.Н. Михайлов, Н.Р. Кильдеева. Гелеобразование в растворах хитозана в присутствии сшивающих реагентов. // Сб. тезисов докл. и сообщ. XV Всеросс. конф. «Структура и динамика молекулярных систем» 2008. С. 153.

15.В.В. Никоноров, Р.В. Иванов, Н.Р. Кильдеева, И.Е. Велешко, В.И. Лозинский. Криогели хитозана, сшитого глутаровым альдегидом. // Тез. докл. пятой международной Каргинской конференции «Полимеры -2010». - Москва, 2010.-С.47

16.В.В. Никоноров, Н.Р. Кильдеева, В.И. Лозинский, Р.В. Иванов. Получение гидрогелей хитозана методом криотропного гелеобразования. // Тез. докл. IV всероссийской научной конференции (с международным участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров». - Иваново, 2009. - С. 51-52.

17. С.Н. Михайлов, Н.Р. Кильдеева, П.А. Перминов, А.Н. Захарова, В.В. Никоноров, А.И. Донецкая. Новые сшивающие агенты для получения биосовместимых материалов на основе хитозана. // Решение о выдаче патента от 07.09.2010. Дата публикации заявки 27.05.2010. Заявка на патент РФ №2008146008/20(060132). Приоритет от 21.11.2008.

Подписано в печать 26.11.10 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,25 Заказ 394 Тираж 80 ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ 4 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Гидрогели на основе хитозана

1.1.1 Ионно-сшитые гидрогели хитозана

1.1.2 Ковалентно-сшитые гидрогели хитозана 20 1.2 Криогели хитозана 31 2.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

2.1. Синтез и свойства криогелей хитозана, сшитого глутаровым альдегидом

2.1.1 Влияние состава реакционной смеси и условий криотропного гелеобразования на свойства криогелей хитозана, сшитого глутаровым альдегидом

2.1.2 Изучение морфологии криогелей хитозана, сшитого глутаровым альдегидом

2.2 Изучение взаимодействия хитозана с новым сшивающим реагентом - окисленным нуклеозидом

2.3 Изучение сорбционных свойств криогелей хитозана

2.3.1 Получение нового сорбента на основе криогеля хитозана

2.3.2 Изучение процесса сорбции ионов меди (II) криогелями хитозана

2.3.3 Изучение процесса сорбции радионуклидов криогелями хитозана

2.3.3.1 Сорбция актинидов криогелями хитозана 109 2.3.3.3 Сорбция 152'154Еи криогелями хитозана

2.3.3.2 Сорбция 908г криогелями хитозана 123 3. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Объекты исследования

3.2 Реактивы

3.3 Методики процессов

3.4 Методы анализа выводы

Актуальность темы. Техногенные нагрузки па окружающую среду, возникающие в результате работы различных отраслей промышленности, приводят к существенному росту факторов риска для здоровья человека. Создание новых типов полимерных материалов, предназначенных для решения задач реабилитации человека и окружающей среды, является актуальным направлением химии и технологии высокомолекулярных соединений.

В последние десятилетия интенсивно развиваются исследования в области получения гидрогелей, на основе которых разрабатываются материалы различной физической формы. Ковалентное сшивание полимеров в их водных растворах бифункциональными реагентами приводит к формированию непрерывной сетки геля, обладающей прочностью и в то же время обеспечивающей свободную диффузию воды. Уникальные свойства гидрогелей позволяют разрабатывать на их основе новые сорбционные материалы, материалы биотехнологического (культивирование клеток) и биомедицинского (тканевая инженерия) назначения.

Гидрогели, полученные при положительных температурах, при удалении растворителя вследствие релаксации пористой структуры и контракции пор теряют способность удерживать воду. Добиться стабилизации пористой структуры можно путем проведения процесса гелеобразования в криоусловиях, когда замороженный растворитель, выполняющий роль порогепа, после оттаивания системы придает гидрогелю макропористую структуру с системой сообщающихся пор.

Перспективным полимером для получения гидрогелей является биосовместимый, биоразлагамый природный полисахарид хитозан. Хитозан содержит доступные для модификации реакционноспособные аминогруппы, позволяющие легко осуществлять сшивание и функционализацию полимера. Наиболее распространенным сшивающим реагентом хитозана, используемым для получения гидрогелей, является глутаровый альдегид.

Возможное присутствие в составе продуктов его взаимодействия с хитозаном сопряженных с двойными связями карбонильных групп приводит к росту токсичности гидрогеля. В этой связи весьма актуальным является разработка методов получения высокопористых гидрогелей хитозана в условиях, обеспечивающих снижение токсичности и стабилизацию пористой структуры.

Работа выполнена в соответствии с основными направлениями исследований кафедры аналитической, физической и коллоидной химии МГТУ им. А.Н. Косыгина, в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2009-2010 гг.) (проект № 2.1.1/2859), ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 - 2013 годы» (Госконтракт № 16.740.11.0059), гранта РФФИ 08-04-12065-офи и Гранта молодых ученых МГТУ им. Л.Н.Косыгина (2009 г.).

Целыо работы являлось получение гидрогелей хитозана в условиях, обеспечивающих стабилизацию пористой структуры и снижение содержания сшивающего реагента, изучение особенностей структуры гелевых матриц, их гидродинамических и сорбционных свойств.

Научная новизна. Установлена взаимосвязь условий перехода раствор хитозана - гель в присутствии сшивающего реагента в области отрицательных температур, характера пористой структуры и свойств криогелей хитозана. Впервые показано, что, на широкопористую морфологию ковалентно-сшитых криогелей хитозана оказывают влияние эффекты переохлаждения реакционной массы во время ее замораживания.

Установлено, что особенности изменения гидродинамических свойств криогелей хитозана (уменьшение скорости протекания воды и снижение степени набухания гелевого каркаса) при повышении молекулярной массы хитозана связаны с влиянием разнонаправленных конкурирующих факторов: криоконцентрирования реагентов и нарастания вязкости системы, приводящей к снижению подвижности макромолекулярных цепей.

Установлено, что взаимодействие хитозана с диальдегидным производным уридина приводит к химическому сшиванию хитозана с образованием альдиминных связей и гелеобразованию в его растворах.

Впервые получено функционализованное производное хитозана путем его взаимодействия с пиридоксаль 5'-фосфатом.

Обнаружена высокая сорбционная способность функционализованных криогелей хитозана по отношению к ионам 908г2+, обусловленная как процессами комплсксообразования с остатками пиридоксаль 5'-фосфатом, так и соосаждением гидролизованных форм нитрата стронция, инициированным образованием труднорастворимой соли стронция и пиридоксаль 5'-фосфата, привитого кхитозану.

Практическая значимость. Разработан метод получения высокопористых гидрогелей хитозана в условиях, обеспечивающих снижение содержания сшивающего реагента и стабилизацию пористой структуры, которые могут быть использованы в качестве новых сорбционных материалов и материалов биотехнологического и биомедицинского назначения. Разработан новый метод функционализации криогелей хитозана пиридоксаль 5'-фосфатом. Показана эффективность применения функционализованных криогелей хитозана для удаления ионов металлов и дезактивации растворов с низким уровнем радиоактивности.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 17 печатных работах: 10 статей, в том числе, 3 статьях в научных журналах, включенных в перечень ВАК, и 6 тезисов докладов. Получено положительное решение о выдаче патента РФ.

Апробация результатов исследования. Материалы диссертации обсуждались и докладывались иа: Шестой Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (Москва, 10-11 апреля, 2007); Всероссийской студенческой олимпиаде «Технология химических волокон и композиционных материалов на их основе» (Санкт-Петербург, 2929 марта, 2007); 6ой Международной научно-практической конференции «Техника и технология химических волокон» (Чернигов, Украина, 21-25 мая, 2007); 4th Saint-Petersburg Young Scientists Conference (Saint-Petersburg, April 15-17, 2008); XV Всероссийской Конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Яльчик, 2008); XIVth Symposium on Chemistry of Nucleic Acid Components (Cesky Krumlov, Czech Republic, June 8-13, 2008);

Til

Conference «Nanofibres for the 3 millennium - nano for life» (Prague, Czech Republic, March 11-12, 2009); 9th International Conference of The European Chitin Society (Venice, Italy, May, 2009); Пятой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры - 2010» (Москва, 21-25 июня 2010); Десятой Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Нижний Новгород, 29 июня-2 июля, 2010).

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена иа 172 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, методической части, выводов, списка цитируемой литературы из 153 ссылок. Работа содержит 19 таблиц и 51 рисунок.

ВЫВОДЫ

1. Установлено влияние ММ хитозана на свойства получаемых криогелей: выход гель-фракции, степень набухания, скорость протекания воды через криогель, диаметр макропор криогеля и толщину стенок макропор. Показано, что увеличение ММ предшественника снижает эффективность реакции криотропного гелеобразоваиия, осмотические свойства и скорость протекания. С ростом ММ хитозана размер макропор и толщина их стенок уменьшались. Было выяснено, что это связано с действием разнонаправлено действующих факторов: с одной стороны, криоконцентрированием реагентов в НЖМФ и, как следствие, увеличением скорости химической реакции; с другой стороны, в НЖМФ резко нарастает вязкость реакционной системы, что снижает вероятность встраивания полимерных цепей в пространственную сетку криогеля.

2. Предложен новый сшивающий агент - окисленный уридин. Строение окисленного нуклеозида исключает процесс кротоновой конденсации. Использование его вместо ГА для сшивания хитозана приводит к получению материала с насыщенными двойными С=С связями, что положительно сказывается на биосовместимости такого материала.

3. В результате модифицирования криогеля хитозана, сшитого ГА, пиридоксаль-5'-фосфатом был получен новый функциональный сорбент. Прочно зафиксированные фосфатные группы придают поверхности криогеля отрицательный заряд, что увеличивает сорбционную емкость по отношению к ионам Си2+.

4. Сорбция 908г модифицированными криогелями хитозана показала, что в результате процесса образуется соединение, в котором на 1 элементарное модифицированное звено хитозана приходится порядка 6

90 молекул 8г.

5. Показана возможность проведения процесса сорбции радионуклидов в

Q0 динамическом режиме. Для U проскок наступал при 150, Sr - 200, 239Pu - 250,241 Am - 300 колоночных объемах.

1. С.П. Папков. Студнеобразное состояние полимеров. М.: Химия. 1974. 256 с.

2. У. Kudela. «Hydrogels» in «Encyclopedia of Polymer Science and Engineering». New-York: Wiley. 1987. Vol. 7. P. 783-807.

3. T. Tanaka. «Gels», in «Structure and Dynamics of Biopolymers». / Edited by Nicolini, C. Boston: Martinus Nijho Publishers. 1987. P. 237-257.

4. O.E. Филиппова. «Восприимчивые» полимерные гели // Высокомолекулярные соед. 2000. Т. 42. №12. С. 2328-2352.

5. А.А. Тагер. Физико-химия полимеров. М.: Химия. 1968. С. 427. 536 с.

6. R.Muzarelli. «Chitosan» in «Natural Chelating polymers». / Edited by R.Muzarelli. Oxford: Pergamon Press. 1973. P.144-176.

7. P.Sorlier, A.Denuziere, C.Viton, A.Domard. Relation between the degree of acetylation and the electrostatic properties of chitin and chitosan. // Biomacromol. 2001. № 3. Vol. 2. P.765-772.

8. Y.M.Dong, W.B.Qiu, Y.H.Ruan, Y.S.Wu, M.A.Wang, C.Y.Xu. Influence of molecular weight on critical concentration of chitosan/formic acid liquid crystalline solution. // Polym.J. 2001. Vol. 33. P.387-389.

9. R.A.A. Muzzarelli, C. Muzzarelli. Chitosan Chemistry: Relevance to the Biomedical Sciences. // Advances in Polymer Science. Polysaccharides I. 2005. Vol. 186. P. 151-209.

10. P. Calvo, J.L. Vila-Jato, M.J. Alonso. Evaluation of cationic polymer-coated nanocapsulcs as cular drug carriers. // Int. J. Pharm. 1997. Vol. 153. № 1. P. 41-50.

11. M.G.N. Campos, H.R. Rawls, L.H. Innocentini-Mei, N. Satsangi. In vitro gentamicin sustained and controlled release from chitosan cross-linked films. // J. Mat.Science: Materials in Medicine. 2009. Vol.20. № 2. P.537-542.

12. H. Ueno, T. Mori, T. Fujinaga. Topical formulations and wound healing applications of chitosan. I I Adv. Drug Deliv. Rev. 2001 .Vol. 52. № 2. P.105-115.

13. Felt, A. Carrel, P. Baehni, P. Buri, R. Guray. Chitosan as tear substitute: A wetting agent endowed with antimicrobial efficacy. // J. Ocul. Pharmacol. Ther. 2000. Vol. 16. № 3. P. 261-270.

14. A. Bhatnagar, M. Sillanpaa. Applications of chitin- and chitosan-derivatives for the detoxification of water and wastewater A short review. // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. Vol. 152. № 1-2. P. 26-38.

15. G. Crini, P.-M. Badot. Application of chitosan, a natural aminopolysaccharide, for dye removal from aqueous solutions by adsorption processes using batch studies: A review of recent literature. // Prog. Polym. Sci. 2008. Vol. 33. № 4. P. 399-447.

16. X.F. Liu, Y.L. Guan, D.Z. Yang, Z. Li, K.D. Yao. Antibacterial action of chitosan and carboxymethylated chitosan. // J. Appl. Polym.Sci. 2001. Vol.79. № 7.P. 1324-1335.

17. M.G. Peter. Applications and environmental aspects of chitin and chitosan. // J. Macromol. Sci. A. 1995. Vol. 32. № 4. P. 629-640.

18. Xiao Ling, Yu Zu-yu, Yang Chao, Zhu Hua-yue, Du Yu-min. Swelling studies of chitosan-gelatin films cross-linked by sulfate. // Wuhan University Journal of Natural Sciences. 2004. Vol. 9. № 2. P. 247-251.

19. M.V. Risbud, A.A. Hardikar, S.V. Bhat, R.R. Bhonde. pH-sensitive freeze-dried chitosan-polyvinyl pyrrolidone hydrogels as controlled release system for antibiotic delivery. // J. Controlled Release. 2000. Vol. 68. № 1. P. 2330.

20. X. Chen, W. Li, W. Zhong, Y. Lu, T. Yu. pH sensitivity and ion sensitivity of hydrogels based on complex-forming chitosan/silk fibroin interpenetrating polymer network. // J. Appl. Polym. Sci. 1997. Vol. 65. № 11. P. 2257-2262.

21. V. Ramakrishnan, K.M. Lathika, S.J. Dsouza, B.B. Singh, K.G. Raghavan. Investigation with chitosan-oxalate oxidase-catalase conjugate for degrading oxalate from hyperoxaluric rat chime. // Indian J. Biochem. Biophys. 1997. Vol. 34. № 4. P. 373-378.

22. N.A. Peppas. «Preparation methods and structure of hydrogels» in: «Hydrogels in medicine and pharmacy, Fundamentals». / Edited by N.A. Peppas. CRC Press. 1986. Vol. 1. P. 1-25.

23. F.L. Mi, C.T. Chen, Y.C. Tseng, C.Y. Kuan, S.S. Shyu. Iron(III)-carboxymethylchitin microsphere for the pH-sensitive release of 6-mercaptopurine. // J. Controlled Release. 1997. Vol. 44. № 1. P. 19-32.

24. K.I. Draget, K.M. Varum, E. Moen, H. Gynnild, O. Smidsrod. Chitosan cross-linked with Mo(VI) polyoxyanions: a new gelling system. // Biomaterials. 1992. Vol. 13. № 9. P. 635-638.

25. A. Chenite, C. Chaput, C. Combes, F. Jalal, A. Selmani. Temperature-controlled pH-dependant formation of ionic polysaccharide gels. // Patent WO 99/07416. 1999.

26. X.Z. Shu, K.J. Zhu. Controlled drug release properties of ionically cross-linked chitosan beads: the influence of anion structure. // Int. J. Pharm. 2002. Vol. 233. № 1-2. P. 217-225.

27. A.D. Sezer, J. Akbuga, Controlled release of piroxicam from chitosan beads. //Int. J. Pharm. 1995. Vol. 121. № 6. P. 113-116.

28. G. Spagna, R.N. Barbagallo, E. Greco, I. Manenti, P.G. Pifferi. A mixture of purified glycosidases from Aspergillus niger for oenological application immobilised by inclusion in chitosan gels. // Enzyme Microb. Technol. 2002. Vol. 30. № 1. P. 80-89.

29. X.Z. Shu, K.J. Zhu, W. Song. Novel pH-sensitive citrate cross-linked chitosan film for drug controlled release. // Int. J. Pharm. 2001. Vol.212. № 1. P. 19-28.

30. X. Shu, K.J. Zhu. A. novel, approach to prepare tripolyphosphate/chitosan complex beads for controlled release drug delivery. // Int. J. Pharm. 2000. № 1. Vol. 201. P. 51-58.

31. Xingshuang Gao, Wanshun Liu, Baoqin Han, Xiaojuan Wei and Chaozhong Yang. Preparation and properties of a chitosan-based carrier of corneal endothelial cells. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2008. Vol. 19. № 12. P. 3611-3619.

32. N. Murata-Kamiya, H. Kamiya, H. Kaji, H. Kasai. Mutational specificity of glyoxal, a product of DNA oxidation, in the lacl gene of wild-type Escherichia coli W3110. // Mutat. Res. 1997. Vol. 377. P. 255-262.

33. B. Ballantyne, S.L. Jordan. Toxicological, medical and industrial hygiene aspects of glutaraldehyde with particular reference to its biocidal use in cold sterilization procedures. // J. Appl. Toxicol. 2001. Vol. 21. № 2. P. 131-151.

34. A. Singh, S.S. Narvi, P.K. Dutta, N.D. Pandey. External stimuli response on a novel chitosan hydrogel crosslinked with formaldehyde. // Bull. Mater. Sci. 2006. Vol. 29. № 3. P. 233-238.

35. S. Dumitriu, P.F. Vidal, E. Chornet. «Hydrogels based on polysaccharides» in «Polysaccharides in Medicinal Applications» / Edited by S. Dumitriu. New-York: Marcel Dekker. 1999. Vol.1. P. 125-241.

36. A.A. De Angelis, D. Capitani, V. Crcsccnzi. Synthesis and 13C CPMAS NMR characterisation of a new chitosan-based polymeric network. // Macromolecules. 1998. Vol. 31. № 5. P. 1595-1601.

37. F.L. Mi, H.W. Sung, S.S. Shyu. Synthesis and characterization of a novel chitosan-based network prepared using naturally occurring crosslinker. // J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 2000. Vol. 38. № 15. P. 2804-2814.

38. F.L. Mi, Y.C. Tan, H.F. Liang, H.W. Sung. In vivo biocompatibility and degradability of a novel injectable-chitosan-based implant. // Biomaterials. 2002. Vol. 23. № 1. P. 181-191.

39. Huiqun Yu, Jun Lu, Chaobo Xiao. Preparation and properties of novel hydrogels from oxidized konjac glucomannan cross-linked chitosan for in vitro drug delivery. // Macromol. Biosci. 2007. Vol. 7. № 9-10. P. 11001111.

40. S.J. Lee, S.S. Kim, Y.M. Lee. Interpenetrating polymer network hydrogels based on poly(ethylene glycol) macromer and chitosan. // Carbohydr. Polym. 2000. Vol. 41. № 2. P. 197-205.

41. C. Airoldi, O.A.C. Monteiro. Chitosan-organosilane hybrids-syntheses, characterization, copper adsorption and enzyme immobilization. // J. Appl. Polym. Sci. 2000. Vol. 77. № 4. P. 797-804.

42. M.Z. Wang, J.C. Qiang, Y. Fang, D.D. IIu, Y.L. Cui, X.G. Fu. Preparation and properties of chitosan-poly(N-isopropylacrylamide) semi-IPN hydrogels. // J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 2000. Vol. 38. № 3. P. 474-481.

43. J. Berger, M. Reist, J.M. Mayer, O. Felt, N.A. Peppas, R. Gumy. Structure and interactions in chitosan hydrogels formed by complexation or aggregation for biomedical applications. // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2004. Vol.57. № 1. P.35-52.

44. F.L. Mi, H.W. Sung, S.S. Shyu. Drug release from chitosan-alginate complex beads reinforced by a naturally occurring cross-linking agent. // Carbohydr. Polym. 2002. Vol. 48. № 1. P. 61-72.

45. D. Capitani, A.A. De Angelis, V. Crescenzi, G. Masci, A.L. Segre. NMR study, of a novel chitosan-based hydrogel. // Carbohydr. Polym. 2001. Vol.45. № 3. P. 245-252.

46. A.S. Aly. Self-dissolving chitosan. I. Preparation, characterization and evaluation for drug delivery system. // Angew. Makromol. Chem. 1998. Vol.259. № l.P. 13-18.

47. PI. Jiang, W. Su, M. Brant, D. Tomlin, T.J. Bunning. Chitosan gel systems as novel host materials for optical limiters. // Mater. Res. Soc. Symp. Proc.1997. Vol. 479. P. 129-134.

48. K.D. Yao, J. Liu, G.X. Cheng, R.Z. Zhao, W.H. Wang, L. Wei. The dynamic swelling behaviour of chitosan-based hydrogels. // Polym.Int.1998. Vol. 45. № 2. P. 191-194.

49. K.D. Yao, T. Peng, H.B. Feng, Y.Y. He. Swelling kinetics and release characteristic of crosslinked chitosan-polyether polymer network (semi-IPN) hydrogels. J. Polym. Sci. Part A Polym. Chem. 1994. Vol. 32. № 7. P. 1213-1223.

50. M. Kawase, N. Michibayashi, Y. Nakashima, N. Kurikawa, Y. Yagi, T. Mizoguchi. Application of glutaraldehyde-crosslinked chitosan as a scaffold for hcpatocytc attachment. // Biol. Pharm. Bull. 1997. Vol. 20. P.708-710.

51. P.R. Oswald, R.A. Evans, W. Henderson, R.M. Daniel, C.J. Fee. Properties of a thermostable b-glucosidase immobilized using tris(hydroxymethyl)phosphine as a highly effective coupling agent. // Enzyme Microb. Technol. 1998. Vol. 23. № 1-2. P. 14-19.

52. N. Shanmugasundaram, P. Ravichandran, P.N. Reddy, N. Ramamurty, S. Pal, K.P. Rao. Collagen-chitosan polymeric scaffolds for the in vitro cultureof human epidermoid carcinoma cells. Biomaterials. 2001. Vol. 22. № 14. P. 1943-1951.

53. В.И. Лозинский. Криогели на основе природных и синтетических полимеров: получение, свойства и области применения. // Успехи химии. 2002. Т. 71. № 6. С. 559-585.

54. М. Рихтер, 3. Аугустат, Ф. Ширбаум. Избранные методы исследования крахмала. М.: Пищевая промышленность. 1975. 183 с.

55. C.-Y. Hsieh, S.-P. Tsai, M.-H. Ho, D.-M. Wang, C.-E. Liu, C.-H. Hsieh, H.-C. Tseng, H.-J. Hsieh. Analysis of frceze-gelation and cross-linking processes for preparing porous chitosan scaffolds. // Carbohydr. Polym.,2007. Vol. 67. № 1. P. 124-132.

56. Г.Б. Сергеев, В.А. Батюк. Криохимия. M.: Химия. 1978. 296 с.

57. Г.Б. Сергеев, В. А. Батюк. Реакции в многокомпонентных замороженных системах // Успехи химии. 1976. Т. 45. № 5. С. 793-826.

58. N.R. Konstantinova, V.I. Lozinsky. Cryotropic gelation of ovalbumin solutions. // Food Hydrocolloids. 1997. Vol.l l.№ 2. P. 113-123.

59. V.I.Lozinsky, T.O.Golovina, D.G.Gusev. Study of cryostructuration of polymer systems. XIII. Some characteristic features of the behaviour of macromolecular thiols in frozen aqueous solutions. // Polymer. 2000. Vol. 41, № l.P. 35-47.

60. H. Kirsebom, M.R. Aguilar, J. S. Roman, M. Fernandez, M.A. Prieto, B. Bondar. Macroporous scaffolds based on chitosan and bioactive molecules. // Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 2007. Vol. 22. № 6. P. 621-636.

61. Y.-J. Seol, J.-Y. Lee, Y.-J. Park, Y.-M. Lee, Young-Ku, I.-C. Rhyul, S.-J. Lee, S.-B. Han, C.-P. C. Chitosan sponges as tissue engineering scaffolds for bone formation. // Biotechnology Letters. 2004. Vol. 26. № 13. P. 10371041.

62. В.И. Лозинский В.И., И.А. Сименел, A.B. Чебышев. Способ получения пористого материала. // Патент РФ № 2035476. Опубликован 20.05.1995.

63. В.И. Лозинский, А.Л. Зубов. Способ получения макропористого полимерного материала. // Патент РФ № 2078099. Опубликован 27.04.1997.

64. C.-Y. Hsieh, S.-P. Tsai, М.-Н. Но, D.-M. Wang, С.-Е. Liu, С.-Н. Hsieh, Н.-С. Tseng, H.-J. Hsieh. Analysis of freeze-gelation and cross-linking processes for preparing porous chitosan scaffolds. // Carbohydrate Polymers. 2007. Vol. 67. № 1. P. 124-132.

65. S.B. Lee, Y.M. Lee, K. W. Song, M. H. Park. Preparation and properties of Polyelectrolyte Complex Sponges Composed of Hyaluronic Acid and Chitosan and Their Biological Behaviors. // Journal of Applied Polymer Science. 2003. Vol. 90. № 4. P. 925-932.

66. J. Mao, L. Zhao, K. de Yao, Q. Shang, G. Yang, Y. Cao. Study of novel chitosan-gelatin artificial skin in vitro. // J. Biomed. Mater. Res. A. 2003. Vol. 64. №2. P. 301-308.

67. Y. Sun, Y. Peng, Y. Chen, A.J. Shukla. Application of artificial neural networks in the design of controlled release drug delivery systems. // Adv. Drug Dcliv. Rev. 2003. Vol. 55. № 9. P. 1201-1215.

68. C. Simor, A. Cifiientes, A. Gallardo. Drug delivery system: Polymers and drugs monitored by capillary electromigration methods. // J. Chromatogr. B. 2003. Vol.797. № 1-2. P. 37-49.

69. J. Chen, W.E. Blevins, II. Park, K. Park. Gastric retention properties of superporous hydrogel composites. // J. Control. Release. 2000. Vol.64. № 13. P. 39-51.

70. H. Park, D. Kim. Swelling and mechanical properties of glycol chitosan/poly(vinyl alcohol) IPN-type superporous hydrogels. // J. Biomed. Mater. Res. A. 2006. Vol. 78. № 4.P.662-667.

71. T. Koyano, N. Koshizaki, H. Umehara, M. Nagura, N. Minoura. Surface states of PVA/chitosan blended hydrogels. //Polymer. 2000. Vol. 41. № 12. P. 4461-4465.

72. K.L. Li, N. Wang, X.S. Wu. Poly(vinyl alcohol) nanoparticles prepared by freezing-thawing process for protein/peptide drug delivery. // J. Control. Release. 1998. Vol. 56. № 1-3. P. 117-126.

73. N.A. Peppas, S.L. Wright. Drug diffusion and binding in ionizable interpenetrating networks from poly(vinyl alcohol) and poly(acrylic acid). // Eur. J. Pharm. Biopharm. 1998. Vol. 46. № 1. P. 15-29.

74. N. Dagalakis, J. Flink, P. Stasikelis, J. Burke, I.V. Yannas. Design of an artificial skin. III. Control of Pore Structure. 1980. Vol. 14. № 4. P. 511528.

75. T.M. Freyman, I.V. Yannas, L.J. Gibson. Cellular materials as porous scaffolds for tissue engineering. // Progr. Mater. Sci. 2001. Vol. 46. № 3-4. P. 273-282.

76. M. Radhika, B. Mary, P.K. Sehgal. Cellular proliferation on desamidated collagen matrices. // Comparative Biochem. Physiol. Part C: Pharmacology, Toxicology and Endocrinology. 1999. Vol. 124. P. 131-139.

77. G.P. Chen, Y. Ushida, T. Tateishi. Scaffold design for tissue engineering. // Macromolecular Biosci. 2002. Vol. 2. № 2. P. 67-77.

78. L. Ma, C. Gao, Z. Mao, J. Zhou, J. Shen, X. Hu, C. Han. Collagen/chitosan porous scaffolds with improved biostability for skin tissue engineering. // Biomaterials. 2003. Vol. 24. № 26. P. 4833-4841.

79. M.-H. Ho, P.-Y. Kuo, H.-J. Hsieh, T.-Y. Hsien, L.-T. Hou, J.-Y. Lai, D.-M. Wang. Preparation of porous scaffolds by using freeze-extraction and freeze-gelation methods. //Biomaterials. 2004. Vol. 25. № 1. P. 129-138.

80. L.T. Hou, C.M. Liu, J.Y. Lei, M.Y. Wong, J.K. Chen. Biological effects of cementum and bone extracts on human periodontal fibroblast. // J. Periodontal. 2000. Vol. 71. № 7. p. 1100-1108.

81. R. Langer, J.P. Vacanti. Tissue engineering. // Science. 1993. Vol. 260. №5110. P. 920-926.

82. R. Langer. Prevascularization of porous biodegradable sponges. // Biotech. Bioeng. 1993. Vol. 42. № 6. P. 716-723.

83. DJ. Mooney, P.M. Kaufmann, K. Sano, K.M. Mcnamara, J.P. Vacanti, R. Langer. Transplantation of hepatocytes using porous biodegradable sponges. // Transplant. Proc. 1994. Vol. 26. P. 3425-3426.

84. J.W. Wang, M.H. Hon. Sugar-mediated chitosan/poly(ethyleneglycol)-beta-dicalcium pyrophospate composite: mechanical and microstructural properties. // J. Biomed. Mater. Res. A. 2003. Vol. 64. № 2. P. 262-272.

85. H. Minamisawa, H. Iwanami, N. Arai, T. Okutani. Adsorption behavior of cobalt(II) on chitosan and its determination by tungsten metal furnace atomic absorption spectrometry. // Analytica Chimica Acta. 1999. Vol. 378. № 1-3. P. 279-285

86. Z.-B. Wu, W.-M. Ni, B.-H. Guan. Application of chitosan as flocculant for coprecipitation of Mn(II) and suspended solids from dual-alkali FGD regenerating process. // Journal of Hazardous Materials. 2008. Vol. 152. № 2. P. 757-764

87. N. Seko, M. Tamada, F. Yoshii. Current status of adsorbent for metal ions with radiation grafting and crosslinking techniques. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2005. Vol. 236. № 1-4. P. 21-29

88. A.A. Atia. Studies on the interaction of mercury(II) and uranyl(II) with modified chitosan resins. // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 80. № 1-2. P. 13-22.

89. F.M. Plieva, В. Mattiasson. Macroporous gel particles as novel sorbent materials: rational design. // J. Ind. Eng. Chem. Res. 2008. Vol. 47. P. 4131-4141.

90. B.B. Никопоров, P.B. Иванов, H.P. Кильдеева, И.Е. Велешко, В.И. Лозинский. Криогели хитозана, сшитого глутаровым альдегидом. // Сб. материалов Пятой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры 2010». - Москва: МГУ. - 2010. - С. 47.

91. S.J. Meade, A.G. Miller, J.A. Gerrard. The role of dicarbonyl compounds in non-enzymatic crosslinking: a structure-activity study. // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2003. Vol. 11. № 6. P. 853-862.

92. I. Migneault, C. Dartiguenave, M.J. Bertrand, K.C Waldron. Glutaraldehyde: behavior in aqueous solution, reaction with proteins, and application to enzyme crosslinking. Biotechniques. 2004. V. 37. № 5. P. 790.

93. H. P. Кильдеева, П. А. Перминов, JT. В. Владимиров, В. В. Новиков, С. Н. Михайлов. О механизме реакции глу гарового альдегида с хитозаном. // Биоорг.химия. 2009. Т. 35. № 3. С. 397-407.

94. S. Margel, A. Rembaum. Synthesis and characterization ofpoly (glutaraldehyde). A potential reagent for protein immobilization and cell separation. // Macromolecules. 1980. V. 13. № 1. P. 19-24.

95. B.B. Никоноров, П.А. Перминов, H.P. Кильдеева. Закономерности структурообразования в растворах хитозана в присутствии сшивающего реагента для получения волокнистых биокатализаторов. // Хим. волокна. 2006. №2. С. 9-11.

96. В.И.Лозинский. Новое семейство макропористых и сверхмакропористых материалов биотехнологического назначенияполимерные криогели. // Известия PAII. Сер. хим. 2008. № 5. С. 9961013.

97. V.I.Lozinsky, I.Yu.Galaev, F.M.Plieva, I.N.Savina, H.Jungvid, B.Mattiasson. Polymeric cryogels as promising materials of biotechnological interest. // Trends in Biotechnol. 2003. V. 21. № 10. P. 445-451.

98. V.l. Lozinsky, F.M. Plieva, I.Yu. Galaev, B. Mattiasson. The potential of polymeric cryogels in bioseparation. // Bioseparation. 2001. V. 10. № 45. P. 163-188.

99. А.Я. Малкин. «Вязкость» в кн. «Энциклопедия полимеров». М.: Советская энциклопедия. 1972. Т. 1. С. 572. 1224 с.

100. В.И. Иржак, Б.А. Розепберг, Ениколопяи Н.С. Сетчатые полимеры. М.: Наука, 1974. 248 с.

101. V.A. Davankov, M.P. Tsyurupa. in "Characterization and Theory of Polymeric Networks and Gels" // Edited by S.N. Aharoni.: New-York: Plenum Press. 1992. P. 179-200.

102. M.A. Masse, E. Kiran, A.L. Fricke. Freezing and glass transition phenomena in polymer-diluent mixtures. // Polymer. 1986. V. 27. № 4. P. 619-622.

103. R.A.A. Muzzarelli. Chitin. Oxford: Pergamon Press. 1977. 305 p.

104. M.S. Masri, F.W. Renter, M. Friedman. Binding of metal cations by natural substances. // J. Appl. Polym. Sci. 1974. Vol. 18. № 3. P. 675-681.

105. Е. Piron, М. Accominotti, A. Domard. Interaction between chitosan and uranyl ions. Role of physical and physicochemical parameters on the kinetics of sorption. //Langmuir. 1997. Vol. 13. № 6. P. 1653-1658.

106. Е.В. Румянцева, Г.А. Вихорева, П.Р. Кильдеева, А.А. Пеборако, Е.Ю. Сараева, Л.С. Гальбрайх. Сорбция ионов меди гранулированным хитозаном. // Хим. волокна. 2006. №2. С. 11-14

107. A. J. Varma, S.V. Deshpande, J.F. Kennedy. Metal complexation by chitosan and its derivatives: a review. // Carbohydrate Polymer. 2004. Vol. 55. №1. P. 77-93

108. T. Sakaguchi, A. Nakajima. Recovery of uranium by chitin phosphate and chitosan phosphate. // Chitin and chitosan proceedings of the second international conference of chitin and chitosan. 1982. P. 177-180

109. D. Dolphin, R. Poulson, O. Avramovic. Vitamin B6 pyridoxal phosphate. // Chemical, Biochemical and Medical Aspects, Part A., New-York: Wiley-Interscience. 1986

110. F. Bartl, H. Urjasz, B. Brzezinski. FT-IR study of pyridoxal phosphate. // Journal of Molecular Structure. 1998. Vol. 441. № 1. P. 77-81130. 1I.A. Перминов, H.P. Кильдеева, JI.M. Тимофеева, И.А. Абронин,

111. B.Г. Бабак, В.В. Никоноров. Структурообразование в растворах хитозана в присутствии сшивающего реагента при получении биологически активных полимерных материалов. // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2007. Т. 50. Вып. 3. С. 53-56.

112. Е.В. Румянцева. Получение и исследование гранулированных сорбентов на основе хитозана: Дисс. канд. хим. наук. М. 2008. 132 с.

113. A.IT. Велешко, Е.В. Румянцева, С.А. Кулюхин, И.Е. Велешко, Г.А. Вихорева, Н.С. Лобанов. Сорбция U(VI) из сульфатных растворов на сферогранулированных хитозанах. // Радиохимия. 2008. Т. 50. №5.1. C. 446-453.

114. A. Bhatnagar, М. Sillanpaa. Applications of chitin- and chitosan-derivatives for the detoxification of water and wastewater A short review. // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. Vol. 152. № 1-2. P. 2638.

115. А.И. Москвин. Координационная химия актиноидов. М.: Атомиздат. 1975. 288 с.

116. М. Мархол. Ионообменники в аналитической химии. М.: Мир. 1985. Т.2. С. 270-275.

117. V.A. Borovinskii, E.V. Lyzlova, L.M. Ramazanov. Sorption of Uranium on Zirconium Phosphate Inorganic Cation Exchanger. // Radiochcmistry. 2001. Vol.23. № 1. P.77-79.

118. R. Drot, E. Simoni. Uranium(VI) and europium(III) speciation at the phosphate compounds—solution interface. // Langmuir. 1999. Vol. 15. № 14. P.4820-4827.

119. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия. 1973. 571 с.

120. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Часть II. // Под ред. Большакова К.А. М.: Высшая школа. 1976. С.81-82. 368 с.

121. Координационная химия редкоземельных элементов. // Под ред. В.И. Спицина, Л.И. Мартыненко. М.: Изд.МГУ. 1976. С.236-239. 254 с.

122. М.Т. Valentini Ganzerli, V. Crespi Caramclla, L. Maggi. Adsorption of actinides by chelating agents containing benzene rings, fixed on charcoal. // J. of Radioanal. and Nuclear Chem. 2002. Vol. 254. № 1. P. 3-7.

123. F. Maca? ek. Complexation of radionuclides with natural polyelectrolytes proteins, polysaccharides and humic substances. // J. of Radioanal. and Nuclear Chem. 2002. Vol. 240. № 1. P.251-259.

124. P. Benez, K. Stamberg, L. Siroki, J. Mizera. Radiotracer study of sorption of europium on Gorleben sand from aqueous solutions containing humic substances. //J. of Radioanal. and Nuclear Chem. 2002. Vol. 254. № 2. P.231-239.

125. Y. Takahashi, Y. Minai, T. Kimura, T. Tominaga. Adsorption of europium(III) and americium(III) on kaolinite and montmorillonite in the presence of humic acid. // J. of Radioanal. and Nuclear Chem. 1998. Vol. 234. № 1-2. P.277-282.1. А (9

126. B.N. Narasinga Rao, С. Ramakrishnan, P. Balaram. Metál binding to pyridoxal derivatives. An NMR study of the interaction of Eu(III) with pyridoxal phosphate and pyridoxamine phosphate. // J.Biosci. 1979. Vol.1. №1. P.35-47.

127. IO.A. Сапожников, P.A. Алиев, C.H. Калмыков. Радиоактивность окружающей среды. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006. С. 21-27, 61-67. 286 с.

128. A. Salva", J. Frau, F. Mun~oz, В. Vilanova, J. Donoso. FT-IR study of pyridoxamine 5'phosphate. Review. // Biochimica et Biophysica Acta. 2003. Vol. 1647. №1-2. P. 83-87

129. B.M. Вдовенко. Современная радиохимия. M.: Атомиздат.1969. 542 с.

130. IO.A. Кокотов., В.А. Пасечник. Равновесие и кинетика ионного обмена. Ленинград: Химия. 1970. С. 214 232. 336 с.

131. Э.Г. Раков, C.B. Хаустов. Процессы и аппараты производств радиоактивных и редких металлов. М.: Металлургия. 1993. С. 55 60.

132. Ю.Г. Фролов. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия. 1989. 462 с.

133. М.Х. Карапетянц. Химическая термодинамика. М.: Химия. 1975. С.584.

134. Справочник биохимика: Пер. с англ. / Р. Досон, Д. Эллиот, У. Эллиот, К. Джойс. М.: «Мир». 1991. С. 111. 544 с.