Сравнительный структурно-динамический анализ ультратонких волокон поли-(3-гидроксибутирата), модифицированного комплексами тетрафенилпорфирина с металлами

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Российские нанотехнологии. 2019; 14: 57-70

Сравнительный структурно-динамический анализ ультратонких волокон поли-(3-гидроксибутирата), модифицированного комплексами тетрафенилпорфирина с металлами

Карпова С. Г., Ольхов А. А., Чвалун С. Н., Тюбаева П. М., Попов А. А., Иорданский А. Л.

https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-7-8-57-70

Аннотация

Проведены комплексные исследования, сочетающие рентгеноструктурный анализ, термофизические, динамические измерения зондовым методом и сканирующую электронную микроскопию. Рассмотрена особенность кристаллической и аморфной структуры ультратонких волокон на основе поли(3-гидроксибутирата) (ПГБ), содержащего минорные концентрации (0–5%) комплексов тетрафенилпорфирина (ТФП) с марганцем (в форме MnCl2 ), цинком и железом (в форме FeCl3 ). Показано, что при добавлении в волокна ПГБ указанных комплексов меняется морфология волокон, наблюдается изменение кристалличности и замедление молекулярной подвижности в плотных и рыхлых аморфных областях ПГБ в следующей последовательности: ПГБ/ТФП, ПГБ/Zn–ТФП, ПГБ/MnCl2 –ТФП, FeCl3 –ТФП. Температурное воздействие на волокна (их отжиг при 140°С) приводит к резкому росту кристалличности и молекулярной подвижности в аморфных областях волокон. Их экспозиция в водной среде при 70°С приводит к росту энтальпии плавления и замедлению молекулярной динамики только в исходном ПГБ, но к значительному снижению энтальпии в модифицированных волокнах. Молекулярная подвижность цепей в аморфных областях при этом возрастает. Полученные волокнистые материалы обладают бактерицидными свойствами и должны найти применение при создании новых терапевтических систем антибактериального и противоопухолевого действия.

Список литературы

1. Enakieva Yu.Yu., Bessmertnykh A.G., Gorbunova Yu.G. et al. // Org. Lett. 2009. V. 11. № 17. P. 3842.

2. The United States Patent and Trademark Office. http://www.uspto.gov/patents/.

3. Rosa A., Ricciardi G., Baerends E.J. et al. // Inorg. Chem. 2005. V. 44. № 19. P. 6609.

4. Ray P.C., Leszczynski J. // Chem. Phys. Lett. 2006. V. 419. № 4. P. 578.

5. Li C., Ly J., Lei B. et al. // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. № 28. P. 9646.

6. Balzani V., Credi A., Venturi M. // Chem. Eur. J. 2008. V. 14. № 1. P. 26.

7. Lovett J.E., Hoff mann M., Cnossen A. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. № 38. P. 13852.

8. Sedghi G., Sawada K., Esdaile L.J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. № 27. P. 8582.

9. Kan J., Wang H., Sun W. et al. // Inorg. Chem. 2013. V. 52. № 15. P. 8505.

10. Demel J., Kubát P., Millange F. et al. // Inorg. Chem. 2013. V. 52. № 5. P. 2779.

11. Kleifeld O., Rulek L., Bogin O. et al. // Biochemistry. 2004. V. 43. № 22. P. 7151.

12. Modak A., Mondal J., Bhaumik A. // Appl. Catal. A. 2013. V. 459. P. 41.

13. Pal R., Ghonday A., Bhutia S.D. et al. // Int. J. Bioassays. 2013. V. 2. № 7. P. 1019.

14. Gaudard A., Varlet-Marie E., Bressolle F., Audran M. // Sports Med. 2003. V. 33. № 3. P. 187.

15. Frischmann P.D., Mahata K., Würthner F. // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. № 4. P. 1847.

16. Ragoussi M.-E., de la Torre G., Torres T. // Eur. J. Org. Chem. 2013. V. 2013. № 14. P. 2832.

17. Сультимова Н.Б., Левин П.П., Лобанов А.В., Музафаров А.М. // Химия высоких энергий. 2013. Т. 47. № 3. С. 186.

18. Lobanov A.V., Golubeva E.N., Mel’nikov M.Ya. // Mendeleev Commun. 2010. V. 20. № 6. Р. 343.

19. Bychkova A.V., Iordanskii A.L., Kosenko R.Y. et al. // Nanotechnologies in Russia. 2015. V. 10. № 3–4. P. 325.

20. Карпова С.Г., Ольхов А.А., Шилкина Н.Г. и др. // Высокомолекулярные соединения. А. 2017. Т 59. № 3. C. 262. DOI: 10.7868/S2308112017030099.

21. Карпова С.Г., Ольхов А.А., Кривандин А.В. и др. // Высокомолекулярные соединения. А. 2019. Т. 61. № 1. С. 67. DOI: 10.1134/S2308112019010164.

22. Карпова С.Г., Ольхов А.А., Лобанов А.В. и др. // Российские нанотехнологии. 2019. Т. 14. № 3–4. С. 46.

23. Tran C.D., Duri S., Harkins A.L. // J. Biomed. Mater. Res. A. 2013. № 8. Р. 2248. doi.org/10.1002/jbm.a.34520.

24. Филатов Ю.Н. Электроформование волокнистых материалов (ЭФВ-процесс). М.: Нефть и газ, 1997.

25. Liang Z., Freed J.H. // J. Phys. Chem. B. 1999. № 10. Р. 6384.

26. Тимофеев В.П., Мишарин А.Ю., Ткачев Я.В. // Биофизика. 2011. Т. 56. С. 420.

27. Vasserman A.M., Buchachenko A.L., Kovarskii A.L., Neiman M.B. // Polymer Science U.S.S.R. 1976. V. 10. P. 2238.

28. Vyazovkin S., Koga N., Schick C.V. Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, Applications to Polymers and Plastics. Amsterdam; Boston; London: Elsevier, 2002.

29. Карпова С.Г., Ольхов А.А., Бакиров А.В. и др. // Химическая физика. 2018. Т. 37. № 2. С. 64.

30. Ольхов А.А., Крутикова А.А., Гольдштрах М.А. и др. // Материаловедение. 2017. № 7. С. 23.

31. Ольхов А.А., Староверова О.В., Гольдштрах М.А. и др. // Химическая физика. 2016. Т. 35. № 10. С. 53.

32. Кухлинг Х. Справочник по физике. Пер. с нем. М.: Мир, 1982. 475 с.

33. Ольхов А.А., Лобанов А.В., Карпова С.Г. и др. // Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. Вып. 4. С. 3.

34. Tatiana A. Ageeva, Sergey A. Syrbu, Oscar I. Koifmana // Macrohete-rocycles. 2009. V. 2. № 2. P.139.

35. Озерин А.Н. Дис. … канд. хим. наук. М.: Научноисследовательский физико-химический ин-т им. Л.Я. Карпова, 1977.

36. Tertyshnaya Y.V., Shibryaeva L.S // Polymer Science B. 2013. V. 55. № 3–4. P. 164.

37. Камаев П. П. Дис. … канд. хим. наук. М.: ИХФ РАН им. Н.Н. Семенова, 2001.

38. Iordanskii A.L., Ol’khov A.A., Karpova S.G. et al. // Polymer Science. A. 2017. V. 59. № 3. P. 343.

Title in english. 2019; 14: 57-70

The comparative structure-dynamic analysis of POLY- (3-hydroxybutyrate) ultrathin fibers modified by tetraphenyl-porphyrin complexes with metals Fe (III), Mn, AND Zn

Karpova S. G., Ol’khov A. A., Chvalun S. N., Tyubaeva P. M., Popov A. A., Iordanskii A. L.

https://doi.org/10.21517/1992-7223-2019-7-8-57-70

Abstract

The study carried out comprehensive studies combining X-ray diffraction analysis, thermophysical (DSC), dynamic measurements by the probe method (EPR) and scanning electron microscopy (SEM). The crystal and amorphous structure of ul-trathin fibers based on poly (3-hydroxybutyrate) (PHB) containing minor concen-trations (0-5%) of tetraphenylporphyrin (TFP) complexes with manganese, zinc, and iron (in the form of FeCl₃) is considered. It was shown that when these com-plexes are added to the fibers of PHB, the fiber morphology changes, an increase in crystallinity and a symbatic slowdown of molecular mobility in dense and loose amorphous regions of PHB are observed in the following sequence: PHB/TFP, PHB/Zn-TFP, PHB/MnCl₂-TFP FeCl₃-TFP. The temperature effect on the fibers (their annealing at 140°C) leads to a sharp increase in crystallinity and molecular mobility in the amorphous regions of the fibers. Their exposure in an aqueous me-dium at 70°C leads to an increase in the enthalpy of melting and a slowdown in molecular dynamics only in the initial PHB, but to a significant decrease in en-thalpy in the modified fibers. In this case, the molecular mobility of chains in amorphous regions increases. The obtained fibrous materials have bactericidal properties and must find direct application in the creation of new therapeutic systems of antibacterial and antitumor effects.

References