способ получения полиакриламидного гидрогеля

Формула изобретения

Способ получения полиакриламидного гидрогеля путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризации, отличающийся тем, что в качестве инициатора полимеризации используют смесь 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты при их содержании в водном растворе 0,03-0,07 мас.% и 0,07-0,35 мас.%, соответственно, а полимеризацию проводят при температуре 70-80°C и pH 3,0-4,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химии полимеров, биохимии и медицины, а именно к способу получения полиакриламидного гидрогеля, который благодаря высокой пористости применяется в качестве разделяющей среды в жидкостной хроматографии, в качестве носителя иммобилизованных биологически активных веществ, а также для изготовления эндопротезов мягких тканей.

Известен способ получения полиакриламидного гидрогеля путем -облучения дозой 0,5-5,0 Мрад порошкообразного полиакриламида с последующим добавлением воды и механической гомогенизацией полученной смеси [патент РФ 2114867, C08F 120/56, 1998].

Недостатком этого способа является неоднородная структура получаемого гидрогеля, обусловленная наличием пор разного размера. Все поры гидрогеля доступны для молекул инсулина с молекулярной массой (ММ) 6000 и молекул сывороточного альбумина с ММ 67000, 70-80% пор доступны для молекул алкогольдегидрогеназы с ММ 141000 и 40-50% пор доступны для молекул фибриногена с ММ 340000.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения полиакриламидного гидрогеля путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризаци [Методы исследования в иммунологии, под ред. И. Лефковитса и Б. Перниса, Мир, Москва, с.99-107].

В качестве инициатора полимеризации используют окислительно-восстановительную систему: персульфат аммония и N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамин, и полимеризацию проводят при комнатной температуре.

Недостатком этого способа является структурная неоднородность получаемого гидрогеля, обусловленная широким разбросом пор по размерам. В зависимости от количества акриламида и N,N'-метиленбисакриламида, получаемые гидрогели в набухшем состоянии содержат 80-95% воды, все поры гидрогелей доступны для молекул инсулина, 90-95% пор доступны для молекул овомукоида с ММ 31000, 80-90% пор доступны для молекул сывороточного альбумина, 50-60% пор доступны для молекул алкогольдегидрогеназы и 30-40% пор доступны для молекул фибриногена.

Задачей изобретения является повышение структурной однородности гидрогеля.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение структурной однородности гидрогеля.

Технический результат достигается тем, что в способе получения полиакриламидного гидрогеля путем полимеризации водного раствора, содержащего 7-15 мас.% акриламида и 0,5-1,5 мас.% N,N'-метиленбисакриламида, в присутствии инициатора полимеризации, в качестве инициатора полимеризации используют смесь 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты при их содержании в водном растворе 0,03-0,07 мас.% и 0,07-0,35 мас.% соответственно, а полимеризацию проводят при температуре 70-80°С и pH 3,0-4,0.

Пример 1.

В 89,5 мл воды при pH 3,6 растворяют 10 г акриламида (АА), 0,5 г N,N'-метиленбисакриламида (БИС), 0,065 г 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) (ЦПК) и 0,07 г аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты (ДТБ). Раствор вакуумируют при 10^-3 мм рт.ст. и выдерживают 20 часов при 78°C. Полученный гель измельчают продавливанием через сито с диаметром пор 1 мм и промывают 10-кратным избытком дистиллированной воды. Содержание воды в гидрогеле оценивают взвешиванием набухшего в воде гидрогеля и лиофильно высушенного гидрогеля. Для оценки содержания в гидрогеле пор различного размера к 2 мл геля добавляют 4 мл раствора белка и смесь выдерживают 48 часов при 4°C. Концентрацию исходного раствора белка и раствора белка после контакта с гидрогелем измеряют спектрофотометрически при 280 нм, используя предварительно построенную калибровочную зависимость. Учитывая соотношения объемов гидрогеля и раствора белка, рассчитывают количество пор, доступных для каждого белка, принимая за 100% количество пор, доступных для воды. Свойства гидрогеля приведены в таблице 2.

Примеры 2-4.

Процесс проводят по примеру 1, используя различные количества компонентов. Составы реакционной смеси и условия полимеризации приведены в таблице 1.

Пример 5 (контрольный, по прототипу).

При комнатной температуре и перемешивании в 89 мл дистиллированной воды растворяют 10 г акриламида и 0,5 г N,N-метиленбисакриламида. После полного растворения в раствор добавляют 0,08 г персульфата аммония. Раствор вакуумируют при 10-12 мм рт.ст., к нему добавляют 0,08 мл N,N,N',N'-тетраметилэтилендиамина и выдерживают при комнатной температуре (18-21°C) в течение 5 часов. Полученный гель извлекают из сосуда, измельчают продавливанием через сито с диаметром пор 1 мм и промывают 10-кратным избытком дистиллированной воды.

Таблица 1
№ примера	Вода, мл	АА, г	БИС, г	ЦПК, г	ДТБ, г	Температура, °C	pH
1	89,5	10	0,5	0,065	0,07	78	3,6
2	92	7	0,5	0,06	0,10	75	4,0
3	86	10	1,0	0,03	0,15	80	3,0
4	84	15	1,5	0,07	0,35	70	3,5

Таблица 2
№ примера	Содержание воды в гидрогеле, %	Содержание пор в гидрогеле (%), доступных для белка с молекулярной массой
		6000	31000	67000	141000	340000
1	94	100	81	60	24	5
2	96	100	84	74	21	10
3	95	95	80	61	24	8
4	96	97	68	58	19	5
5к	89	100	91	82	51	38

Видно, что использование в качестве инициатора полимеризации смеси 4,4'-азобис(4-цианопентановой кислоты) и аммонийной соли 4-S-дитиобензоата 4-цианопентановой кислоты в процессе сополимеризации акриламида и N,N'-метиленбисакриламида приводит к получению более однородных мелкопористых гидрогелей, в которых крайне мало содержание пор большого размера. Так, если в гидрогеле, полученном по способу-прототипу, все поры имеют размеры, обеспечивающие доступность для молекул воды и молекул белка с ММ 6000, а из них 38 % доступны для молекул белка с ММ 360000, то в гидрогелях, полученных по предлагаемому способу, количество пор, доступных для молекул белка с MM 360000, сокращено в 3,8-7,6 раза.

Предельные значения компонентов инициатора обусловлены тем, что при концентрациях ниже указанных значений полимеризация протекает с крайне низкой скоростью, а при концентрациях выше указанных значений гидрогель не образуется. Только при значении pH 3,0-4,0 удается получать гомогенный раствор всех используемых соединений. При температуре выше 80°C полимеризация носит взрывной характер, а при температуре ниже 70°C она не протекает.