Метою роботи є створення наукових основ для використання гідрофобного кремнезему в композитах медичного призначення на основі нанокремнеземів і гідрофільних біоматеріалів, таких як бурштинова кислота, природний бурштин, дисперговані гриби Amanita muscaria, альгінова кислота.
Актуальність: в даний час майже не вивчена можливість створення біонанокомпозитних систем, в яких використовуються гідрофобні кремнеземи. Поєднання в одній системі гідрофобних та гідрофільних матеріалів має як загальнонауковий, так і практичний інтерес, оскільки взаємодія гідрофобних та гідрофільних частинок в сухому вигляді відбувається за рахунок ван-дер-ваальсових зв’язків. При переведенні цих композитних частинок у водне середовище відбуваються процеси їх гідратації, які з термодинамічної точки зору керуються принципом мінімізації вільної енергії системи вода-тверде тіло.
Методи: низькотемпературна 1Н ЯМР спектроскопія, твердотільна ЯМР спектроскопія, термогравіметрія, ТЕМ та СЕМ мікроскопія, ІЧ-спектроскопія. Для приготування зразків використовували метод змочування-висушування з наступною механохімічною активацією. Даний метод виявився ефективним як для гідрофільних так і для гідрофобних матеріалів, при цьому повітря з міжчастинкового простору гідрофобних матеріалів видалялося шляхом дозованих механічних навантажень в присутності води.
У дисертаційній роботі представлені результати дослідження щодо можливості використання гідрофобного кремнезему, в якості компоненти композитних систем біомедичного призначення. Показано, що процес гідратації полягає у формуванні на поверхні системи нанорозмірних кластерів води, які взаємодіють з поверхнею переважно за ван-дер-ваальсовим механізмом, а структура води залежить від гідратованості та наявності додатків органічних речовин.
Зроблено припущення, що композитні система АМ-1(А-300)/бурштинова кислота, АМ-1/бурштин та АМ-1(А-300)/Amanita musсaria, які потрапляють у рідке середовище шлунково-кишкового тракту завдяки наявності гідрофобного кремнезему, формують на поверхні слизової оболонки міжфазний прошарок кластеризованої води з частково порушеною сіткою водневих зв’язків. Це, з одного боку, може впливати на повноту засвоєння біоактивних речовин, а з другого визначати швидкість їх вивільнення. Таким чином можуть бути створені системи програмованої доставки активних речовин та збільшено їх біодоступність.
Показано, що на основі гідрофільного і гідрофобного кремнеземів та їх суміші 1/1, методом дозованих механічних навантажень можуть бути отримані композитні системи з бурштинової кислотою, в яких значна її частина розподіляється в нанорозмірних міжчастинкових зазорах кремнеземів. Залежно від способу приготування композиту змінюються такі текстурні параметри, як питома поверхня і об'єм пор.
Адсорбована гідрофобним кремнеземом вода має максимальну міжфазну енергію і знаходиться в кластеризованому стані, причому радіус кластерів не перевищує 10 нм. Ймовірно, зростання величини міжфазної енергії в процесі створення композиту метилкремнезем/Н2О під впливом високих механічних навантажень, обумовлене переходом води з об'ємного в кластеризований стан. При однаковому вмісті води, міжфазна енергія (S) метилкремнезему (АМ-1) виявилася в 2,5 рази вище, ніж для створеного на його основі композиту АМ-1/БК/Н2О, що обумовлено формуванням на поверхні АМ-1 з іммобілізованою БК кластерів води більшого розміру. Таким чином, енергія гідрофобної гідратації метилкремнезему буде вищою, ніж при іммобілізації на його поверхні БК.
Запропоновано використання для медичного застосування гриба Amanita muscaria в складі нанокомпозитної системи з аморфним, високодисперсним гідрофільним і гідрофобним кремнеземами. При цьому передбачається, що основні токсичні компоненти, які в плодовому тілі гриба зв'язані ензимами, будуть адсорбуватися поверхнею кремнезему, що володіє високою спорідненістю до білкових молекул і разом будуть виводитись з організму. Показано, що вода входить до складу гриба або його композиту з нанокремнеземами може перебувати в сильно- і слабоасоційованих станах. Останній стабілізується контактом зі слабополярним середовищем, що моделює гідрофобну частину фосфоліпідних структур слизової оболонки кишечника. Висловлено припущення, що в організмі цей ефект буде підвищувати біодоступність активних речовин, які десорбуються з композитної системи.
Для гідратованої альгінової кислоти на відміну від інших вивчених систем заміна повітря середовищем CDCl3 супроводжується не зменшенням, а збільшенням взаємодії води з поверхнею. Ймовірно, це обумовлено формуванням в міжчастинкових зазорах системи кластерів води, зв'язаної з карбоксильними поверхневими групами кислотних залишків. При цьому проникнення в міжчастинкові зазори молекул хлороформу виявляється термодинамічно невигідним.
Ключові слова: гідрофобний та гідрофільний кремнеземи, бурштин, бурштинова кислота, Amanita musсaria, композитні системи, міжфазна енергія, сильно- і слабозв'язана вода, альгінова кислота.
