Эксперты о квантовых компьютерах
Подробнее
27 мая
РНФ

Смоделировано внутреннее строение микрогелей, способных стабилизировать и медленно высвобождать лекарства

4.4

Международный коллектив ученых получил двухкомпонентные полимерные микрочастицы, которые изменяют свой размер в зависимости от температуры и растворителя. Физики определили внутреннее строение микросфер в разных условиях, сопоставив экспериментальные результаты и данные компьютерного моделирования. Такие системы можно использовать для доставки и постепенного высвобождения лекарств, а также проведения химических реакций в микрообъемах и на поверхности раздела жидкостей.

Четыре состояния микрогеля / ©Елена Кожунова

Статья об исследовании, поддержанном грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликована в Journal of Colloid and Interface Science. Некоторые лекарственные вещества не могут стабильно существовать в водных растворах. Для того, чтобы отделить их от окружающей среды или высвободить в нужном отделе организма, фармацевты используют различные носители: желатиновые капсулы, жировые капли или полимерные оболочки.

Способность таких носителей медленно растворяться или деформироваться позволяет высвобождать лекарства не сразу целой дозой, а постепенно, иногда в течение нескольких дней. Этот подход ослабляет побочные эффекты и продлевает лечебные.

Полимерные структуры могут набухать в жидкостях и удерживать раствор вместе с плавающими в нем молекулами. Наиболее простым примером такой системы служат гидрогели для цветов. Для переноса лекарств требуются аналогичные частицы, но намного меньшего размера, полностью безвредные и биологически совместимые, реагирующие на внешние изменения более «умным» и настраиваемым способом. Чтобы создать такой материал, российские физики синтезировали двухкомпонентные микрогели — полимерные частицы диаметром несколько сот нанометров.

Они состоят из двух взаимопроникающих полимерных сеток, по-разному реагирующих на внешние условия. В результате такие системы имеют богатый набор состояний. В частности, микрогели на основе взаимопроникающих сеток могут при одном pH образовывать полости и экранировать переносимые ими молекулы от внешней среды, и при этом сжиматься при другом pH, высвобождая лекарство, как выжимаемая губка.

В отличие от гидрогелевых шариков, полученные частицы слишком маленькие, чтобы можно было изучить их внутреннее строение обычными методами. Чтобы исследовать поведение полимеров, ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, Исследовательского центра химической физики имени Н. Н. Семенова (Москва), Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова (Москва), НИЦ «Курчатовский институт» и РАН совместно с коллегами из Токийского университета (Япония) и Комплексной исследовательской организации для науки и общества (Япония) помещали частицы в растворы с разной кислотностью и температурой.

Рассеяние ими света и рентгеновского излучения позволило сделать выводы о неоднородной внутренней структуре таких микрогелей при определенных условиях. С помощью компьютерного моделирования удалось понять, как именно выглядят неоднородности структуры.

В зависимости от внешних условий строение микрочастиц описывалось одним из четырех основных состояний. В самых благоприятных для обоих полимеров условиях — нейтральной среде и комнатной температуре — сферы целиком набухали. При нагревании до 50 градусов Цельсия получалась структура из плотных клубков одного полимера, окруженных развернутыми нитями второго. В подкисленной среде без подогрева наблюдалась обратная ситуация. В подкисленной горячей воде оба полимера сворачивались, и микрогель сжимался до состояния плотной сферы.

В будущем ученые планируют использовать полученные микрогели и в других задачах. В частности, в объеме полимерной частицы можно проводить химические реакции, стабилизируя на одной из сеток специальные активаторы. Компьютерная модель поведения полимеров позволит максимально точно рассчитать параметры такого нанореактора.

«Полимерные микрогели, реагирующие на воздействие окружающей среды, применяются для доставки лекарств и стабилизации эмульсий, в качестве строительных элементов для мембранных материалов и фотонных кристаллов, для проведения химических реакций на границе сред. Понимание и предсказание внутренней структуры микрогелей важно для дальнейшего изучения и расширения области их использования.

Одна из отличительных особенностей микрогелей с взаимопроникающими сетками заключается в том, что они могут формировать широкий диапазон структур от плотных сфер до системы полностью набухших», — отметила автор статьи Елена Кожунова, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории функциональных полимеров физического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
Сегодня, 05:30
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

Позавчера, 14:06
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Вчера, 19:30
Мария Осетрова

Исследование на мышах показало, что дефицит белка в пожилом возрасте ускоряет развитие старческого слабоумия, а пищевая добавка из семи незаменимых аминокислот, напротив, замедляет.

Позавчера, 14:06
Мария Азарова

Американские исследователи оценили вероятность повторного заражения коронавирусами SARS-CoV, HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 и особенно SARS-CoV- 2.

Сегодня, 05:30
Мария Азарова

Ученые из Швейцарии и Германии сделали неожиданный вывод: катехины зеленого чая не подавляют окислительный стресс, а способствуют ему. Однако на этом их действие не заканчивается.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: