Монодисперсные полимерные частицы с функциональными группами для создания трехмерно-упорядоченных матриц (стр. 3 )

Таблица 2

Условия формирования и характеристики субмикронных частиц П(Ст-ВФА)

Опыт №	T, оC	ВФА/Ст, мас.%	АИП/ВФА+Ст мас.%	ВФА+Ст/Н2О мас.%	РРЦ*/Ст, мас.%	pH0	Конвер-сия, %	D, нм	δ, %
3ск	65	5.9	3.0	9.2	ДАДФДС – 0.28	6.80	73	300	10.1
4ск	70	3.0	3.5	15.0	-	6.08	73	280	3.3
5ск	70	1.0	2.7	15.0	-	6.11	62	270	6.1
6ск	70	1.3	3.7	10.0	-	6.15	51	250	2.9
7ск	70	3.0	3.0	10.0	МЭ – 0.20	6.61	91	220	2.8
8ск**	70	3.0	3.0	10.0	МЭ – 0.20	6.60	99	305	5.6

* РРЦ (регулятор роста цепи): ДАДФДС – диаминодифенилдисульфид, МЭ – меркаптоэтанол.

** 1.5 мас.% ДМЭГ по отношению к стиролу и 1.5×10-2 моль/л KH2PO4 в водной фазе.

Гидролиз их поверхности проводился в водном растворе НСl c рН 2 при 40оС. Данные о суммарной поверхностной концентрации слабоосновных и слабокислых групп до и после гидролиза, полученные кондуктометрическим титрованием, приведены в табл. 3. О соотношении карбоксильных и аминогрупп на поверхности частиц после гидролиза судили по зависимостям их ζ-потенциала от рН. Так, до гидролиза частицы П(Ст-ВФА) 3ск в широком диапазоне рН имеют положительный ζ-потенциал. Однако после гидролиза происходит инверсия знака ζ-потенциала частиц в нейтральной области рН (рис. 6), что указывает на присутствие в их поверхностном слое соизмеримых количеств карбоксильных и аминогрупп. Напротив, частицы латексов 5ск, 6ск и 8ск после гидролиза сохраняли положительный заряд, причем значения их ζ-потенциала даже возрастали (рис. 6). Синтез этих частиц проходил при меньшем содержании ВФА в смеси мономеров (табл. 2), чем в опыте 3ск, поэтому они имели менее гидрофильную поверхность. Очевидно, что в результате гидролиза поверхности таких частиц поверхностная концентрация аминогрупп заметно выше, чем карбоксильных групп.

Таблица 3

Концентрация поверхностных функциональных групп частиц П(Ст-ВФА), [моль/м2]

№ опыта	3ск	5ск	6ск	8ск
Поверхностная концентрация слабоосновных и слабокислых групп [NH2+КГИ+COOH]*	до гидролиза	1.6·10-6	0.3 10-6	0.2·10-6	0.8·10-6
после гидролиза	6.0·10-6	3.2·10-6	1.1·10-6	1.2·10-6

* КГИ - концевые группы остатков инициатора АИП.

Таблица 4

Условия синтеза и диаметр наночастиц П(Ст-ВФА) и П(ММА-ВФА)

Опыт №	Мономеры, мас. ч.	Инициатор/ мономеры мас.%	Мономеры/ вода, мас.%	Эмульгатор, ККМ#	Т, ºC	D, нм
9cк	Ст:ВФА:АМСтГХ 80:3:20	АИП 3.0	5.0	1.7 ЦТАБ	90	55
10ск	Ст:ВФА 100:3	АИП 3.5	2.0	1.7 ЦТАБ	90	70
11ск	Ст:ВФА 100:3	АИП 3.5	5.0	1.4 ЦТАБ	90	90
12ск	Ст:ВФА 100:3	АИП 3.5	5.0	1.0 ЦТАБ	90	110
14мк	ММА:ВФА 100:3	АИП 3.5	5.0	1.0 ЦТАБ	90	100
15мк	АИП 3.5	1.0 ЦТАБ	67	75
16мк	ЦВК 3.5	1.0 Disponil	75	80

С целью получения монодисперсных наночастиц П(ММА-ВФА) и П(Ст-ВФА) применялся метод эмульсионной сополимеризации ММА или стирола с ВФА в присутствии ПАВ около критической концентрации мицеллообразования (ККМ). Варьирование природы инициатора с катионными (АИП) или анионными (ЦВК) группами, эмульгатора: катионного - цетилтриметиламмоний бромида (ЦТАБ) с ККМ(25оС) = 9.2∙10-4 моль/л, или анионного - натриевой соли сульфата алкиларил­полигликолевого эфира, (Disponil AES 60 IS) с ККМ(25оС) = 0.07 мас.%, а также введение в реакционную смесь в оп. 15мк поверхностного модификатора (0.1 мас.% декстрана к водной фазе) позволило получить монодисперсные наночастицы диаметром 70-110 нм при его среднеквадратичном отклонении менее 2% (табл. 4). Использование в оп. 9ск гидрохлорида аминостирола (АМСтГХ) для повышения положительного заряда первичных ядер на стадии нуклеации снизило диаметр образующихся частиц до 55 нм. В области ККМ ЦТАБ формируются наночастицы, для которых не происходит инверсии знака поверхностного заряда при повышении рН среды (рис. 7). Это является результатом конкуренции имидазолиновых групп на концах полимерных цепей и катионов ЦТАБ за место в поверхностном слое. Уменьшение концентрации остатков АИП на поверхности частиц приводит к снижению доли карбоксильных групп, образующихся при их гидролизе. Напротив, отрицательный ζ-потенциал частиц 16мк снижался до 0 при рН<4, что указывает на присутствие в поверхностном слое только карбоксильных групп.

3.1.2. Самосборка частиц П(Ст-ВФА) и П(ММА-ВФА).

При высушивании полимер­ной дисперсии (1 мас.%) субмикронные частицы образовывали пленочные структуры (рис. 8), о трехмерной упорядоченности которых свидетельствует пик отражения на зависимости оптической плотности пленки от длины волны (рис. 9).

Полученные наночастицы в диализованных водных дисперсиях формировали периодические коллоидные структуры, что проявлялось как свечение в видимом спектральном диапазоне всего объема дисперсии либо отдельных «блесток» – ламеллярных структур площадью до 5 мм2. В спектрах пропускания дисперсий обнаружены резонансные пики, обусловленные дифракцией света на образовав­шихся структурах (рис. 10). Эти структуры разрушались при перемешивании, но обратимо восстанавливались уже через 2 мин после его прекращения. Можно полагать, что кооперативные взаимодействия наночастиц с амфотерной поверхностью способствуют упрочнению формируемых структур.

3.2. Модификация монодисперсных полимерных частиц

3.2.1. Модификации частиц П(ММА-ВФА) белком..

Карбоксильные группы на поверхности субмикронных частиц П(ММА-ВФА) были использованы для иммобилизации бычьего сывороточного альбумина (БСА) методом активированнных эфиров с применением водорастворимого гидрохлорида 1-(3-диметиламинопропил)-3-этилкарбодиимида и N-гидроксибензотриазола. Амфотерная поверхность частиц обеспечивала их электростатическую стабилизацию в слабокислой среде в процессе активации карбоксильных групп. Связывание белка увеличивалось с повышением содержания звеньев ВФА в сополимере (рис. 11).

3.2.2. Ковалентное присоединение флуоресцеин изотиоцианата (ФИТЦ) по аминогруппам частиц и оптические свойства матриц на их основе.

Для модификации частиц П(Ст-ВФА) люминофором было проведено ковалентное связывание ФИТЦ с их поверхностными аминогруппами. Получена изотерма хемосорбции с выходом на плато (рис. 12). Предельная хемосорбция составляет 0.26×10-6 моль/м2, то есть, из 10 титруемых аминогрупп (2.9×10-6 моль/м2) примерно одна участвует в присоединении люминофора. Такой результат подтверждается уменьшением положительного ζ-потенциала частиц после связывания ФИТЦ всего на 5-10 мВ. Частицы П(Ст-ВФА), успешно апробированы в ФГБУ «НИИЭМ» СЗО РАМН при исследовании функциональной активности лейкоцитов периферической крови методом проточной цитофлуориметрии. Кроме того, из частиц, модифицированных ФИТЦ, были получены трехмерно-упорядоченные структуры, которые были использованы в ЦФ РАН как сенсорные слои, изменяющие интенсивность флуоресценции в присутствии аммиака.

3.2.3. Модификация поверхности частиц за счет ионного обмена катионов люминофоров и оптические свойства матриц на их основе.

В качестве другого способа модификации люминофорами полимерных частиц после окончания синтеза исследовали ионный обмен катионов люминофоров на поверхности частиц П(Ст-МАК). В результате были получены частицы, содержащие в поверхностном слое катионы Родамина 6Ж или двухзарядные катионы СКС-16 (схема 2). Для Родамина 6Ж в водно-спиртовой среде (20 об.% этанола) емкость обмена составляла 0.3 10-6 моль/м2 при рН 7 и возрастала до 0.9 10-6 моль/м2 при рН 9. Для двухзарядного катиона СКС-16 емкость обмена достигала 3.3 10-6 моль/м2 при рН 9. Результаты сканирую­щей электронной микроскопии и спектры брэгговского отражения (рис. 13), измеренные в ФТИ РАН, показывают, что такие частицы образуют трехмерно -

Родамин 6Ж СКС-16 Схема 2. Ионный обмен катионов люминофоров на поверхности частиц П(Ст-МАК).