Смоделировано внутреннее строение микрогелей, способных стабилизировать и медленно высвобождать лекарства
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые нашли признак, который позволяет точно оценить пластичность органических кристаллов, востребованных в устройствах гибкой электроники и робототехнике. Ранее считалось, что хорошо гнутся материалы со слоистой структурой, где молекулы внутри слоя связаны крепко, а между слоями — слабо. Оказалось, что этих требований недостаточно и важно учитывать также энергию, которую нужно затратить на то, чтобы сдвинуть слои друг относительно друга — чем она ниже, тем материал более гибкий. Открытие упростит проектирование и создание органических кристаллов с заданными свойствами.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета уточнили описание вторично морских тихоходок. Удалось доказать существование двух видов организмов в Белом, Баренцевом, Карском морях и море Лаптевых, а также поставить под сомнение, что еще три вида того же семейства представляют собой разные.
Ученые НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали метод, который позволяет быстро оценить, насколько прочно пленка сцеплена с подложкой. Это важно для создания сверхвысокочастотных акустических фильтров — ключевых элементов связи нового поколения 5G и 6G. Возможность измерить поперечную жесткость сцепления между пленкой из двумерного материала и подложкой таким способом получена впервые.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно