КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЯ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК C08L29/04 

Описание патента на изобретение RU2190644C1

Изобретение относится к технологии высокомолекулярных соединений, а именно к композитным полимерным гелям и процессам их получения.

Более конкретно изобретение касается композитных криогелей (гелей, формируемых операциями замораживания-оттаивания) на основе поливинилового спирта (ПВС). Наиболее эффективно заявляемые материалы могут быть использованы в биотехнологии в качестве хроматографических или адсорбционных матриц, а также в биомедицинской практике, например, в качестве гемосорбентов.

Известны криогели ПВС биотехнологического и биомедицинского назначения [В. И. Лозинский. Криотропное гелеобразование растворов поливинилового спирта. // Усп. химии, т.67, 7, с.641-655 (1998)], которые находят применение в качестве носителей иммобилизованных клеток [В.И. Лозинский, Е.С. Вайнерман, С. В. Рогожин. Способ получения иммобилизованных клеток микроорганизмов. // Авт. свид. СССР 1400071 (1986)], матриц для получения иммуносорбентов [В.И. Лозинский, Ф.М. Плиева, Е.И. Исаева, А.Л. Зубов. Способ концентрирования вируса. // Пат. РФ 2130069 (1997)], искусственных рыболовных насадок [А.Л. Зубов, В.И. Лозинский. Способ получения гранулированной искусственной насадки. // Пат. РФ 2054254 (1992)], биомедицинских препаратов [M. Nambu, M. Honmoku, T. Kinoshita, M. Watase. Process for increasing the mechanical strength of a frozen gel of polyvinyl alcohol. // Eur.Pat. 0107055 (1984)] и др.

Известны также композитные криогели ПВС, содержащие в своем составе частицы дисперсных наполнителей. Так, известны композитный криогель ПВС, содержащий гидрофильные твердые частицы наполнителя (например, хорошо совместимые с водой частицы цеолита), и способ получения такого композита путем смешения дисперсного наполнителя с раствором ПВС и последующим не менее чем двукратным замораживанием и оттаиванием полученной суспензии [M. Nambu, M. Honmoku, T. Kinoshita, M. Watase. Process for increasing the mechanical strength of a frozen gel of polyvinyl alcohol. // Eur.Pat. 0107055 (1984)]. Подобная многократная криогенная обработка приводит к повышению механической прочности как наполненных, так и ненаполненных криогелей ПВС.

Однако этот способ не позволяет включить в состав композитных криогелей ПВС и равномерно распределить в его массе гидрофобные нерастворимые добавки.

Известен также композитный криогель ПВС, содержащий не только гидрофильный, но и гидрофобный наполнитель [V.I. Lozinsky, A.L. Zubov, E.F. Titova, Poly( vinyl alcohol) cryogels which are used as matrices for cell immobilization. 2. Entrapped cells resemble porous fillers in their effects on the properties of PVA-cryogel carrier. Enzyme Microb. Technol., 20, No 3, 182-190 (1997)] . В качестве гидрофобного наполнителя применяется биомасса бактериальных клеток рода Pseudomonas, выделенных из активированного ила станций водоочистки нефтеперерабатывающих предприятий. Клеточная стенка таких бактерий, использующих углеводороды в качестве субстратов жизнедеятельности, имеет гидрофобные свойства. Все остальные наполнители прототипа - гидрофильные. Способ получения указанных композитов с гидрофобными наполнителями состоит в том, что сгущенная центрифугированием биомасса смешивается с водным раствором ПВС, после чего замораживается при -15oС в течение 18 ч и затем оттаивается.

Это техническое решение, как наиболее близкое к заявляемому по природе включаемого в гидрофильный криогель ПВС гидрофобного наполнителя, принято за прототип.

Композитные криогели ПВС, выбранные за прототип, получают способом, который приводит к композитному криогелю с гидрофобным наполнителем, однако уже при концентрации наполнителя выше 4% (в расчете на сухой вес клеток) имеет место снижение жесткости композита по сравнению с ненаполненным криогелем, то есть происходит ухудшение механических свойств конечного наполненного криогеля. Кроме того, способ-прототип не дает возможности сформировать композитный криогель ПВС с равномерно распределенной в нем дискретной фазой, что также обуславливает неоднородность структуры целевого продукта и, следовательно, неоднородность физико-механических свойств.

Задачей предлагаемого изобретения является получение композитных криогелей ПВС однородной структуры с улучшенными физико-механическими свойствами и расширение круга гидрофобных наполнителей, которые можно ввести в состав композитных криогелей ПВС.

Указанная задача решается тем, что состав исходной композиции для получения целевого продукта по заявляемому решению включает от 6 до 26 мас.% поливинилового спирта, от 3 до 33 мас.% гидрофобного наполнителя и от 55 до 90 мас. % диметилсульфоксида, при этом поливиниловый спирт растворяют в диметилсульфоксиде, гидрофобный наполнитель вносят в полученный раствор с дальнейшим замораживанием приготовленной суспензии, выдерживают в замороженном состоянии с последующим оттаиванием и дальнейшей промывкой полученного композитного криогеля водой для замены диметилсульфоксида на воду.

Оказалось, что осуществление процесса в соответствии с указанной последовательностью операций позволяет ввести в состав гидрофильного криогеля ПВС гидрофобные наполнители различной природы (такие как, например, гидрофобизованный силикагель, полистирол разной степени сшивки, углеродные волокна, сшитый М-винилкапролактам и другие) и при этом дискретная фаза равномерно распределяется в матрице геля-носителя.

Получение целевого продукта - криогеля ПВС с гидрофобным наполнителем - заключается в том, что готовят раствор ПВС в диметилсульфоксиде (ДМСО; его температура кристаллизации +18,4oС), для чего сухой полимер диспергируют в растворителе, дают ПВС набухнуть и затем растворяют его при нагревании, например, на кипящей водяной бане. Далее диспергируют в полученном вязком растворе полимера частицы гидрофобного наполнителя. Полученную суспензию (контроль равномерности распределения дискретной фазы в непрерывной фазе проводят с помощью оптического микроскопа) помещают в форму, которую необходимо придать будущему композиту, и замораживают при 15...-30oС в течение 1-24 ч, а затем оттаивают. Получают композитный криогель ПВС, модуль упругости которого определяют с помощью динамометрических весов Каргина-Соголовой. Для замены ДМСО на водную среду образец композитного криогеля помещают в проточный сосуд, через который пропускают, например, дистиллированную воду до отсутствия следов ДМСО в элюате (контроль с помощью газожидкостной хроматографии).

Гидрофобные наполнители, которые согласно заявляемому техническому решению суспендируют в растворе ПВС в ДМСО, могут вносится в композицию как в сухом виде, так и увлажненными растворителем, совместимым с ДМСО (например, вода, диоксан, формамид и др.), а при замене ДМСО на воду в полученном композитном криогеле промывка последнего может осуществляться как просто водой, так и подходящим водным буферным раствором (например, фосфатным, карбонатным, цитратным и т.д.), если необходимо создать в композитном криогеле среду с заданным значением рН.

Конкретные примеры заявляемых составов, режимов получения целевых композитных криогелей ПВС, а также примеры сравнения, где формирование композитов проведено по способу-прототипу, приведены в таблице.

Заявляемое техническое решение имеет следующие преимущества перед прототипом:
1) обеспечивает получение композитных криогелей ПВС с равномерным распределением гидрофобного наполнителя (повышение однородности структуры целевого продукта);
2) приводит к улучшению механических свойств (жесткости) конечного продукта (за счет повышения однородности структуры);
3) дает возможность расширить круг гидрофобных наполнителей, вводимых в гидрофильный криогель ПВС, и повысить их содержание в конечном продукте без ухудшения механических свойств.

Конкретные показатели свойств полученных композитных криогелей с различными гидрофобными наполнителями (в сравнении с решением-прототипом) также приведены в таблице примеров.

Как показывает сопоставление свойств полученного композитного криогеля ПВС с гидрофобным наполнителем, используемым в заявляемом решении и в прототипе (биомасса бактерий Pseudomonas} , жесткость композита повышается в 1,5-3,5 раза. При использовании же гидрофобных наполнителей по заявляемому техническому решению, но формируя композитные криогели по способу-прототипу, т. е. не в среде ДМСО, а в воде, получаются композиты с худшими физико-механическими показателями (например, композит 1д в 1,9 раз слабее, чем препарат 1 г; композит 3в в 2 раза слабее, чем препарат 3б; композит 4в в 1,3 раза слабее, чем препарат 4б; композит 5в в 1,2 раза слабее, чем препарат 5в, композит 6в оказывается даже менее жестким, чем ненаполненный криогель, а композит состава 7г в условиях способа-прототипа не образуется вовсе).

Наиболее эффективно заявляемые материалы могут быть использованы в биотехнологии в качестве хроматографических или адсорбционных матриц, а также в биомедицинской практике, например, в качестве гемосорбентов.

Похожие патенты RU2190644C1

название год авторы номер документа
КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАСЛОНАПОЛНЕННОГО КРИОГЕЛЯ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УКАЗАННОГО КРИОГЕЛЯ И МАСЛОНАПОЛНЕННЫЙ КРИОГЕЛЬ 2006
  • Лозинский Владимир Иосифович
  • Подорожко Елена Анатольевна
RU2326908C1
СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ КРИОГЕЛЕЙ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА 2014
  • Лозинский Владимир Иосифович
  • Подорожко Елена Анатольевна
RU2561120C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЯ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА 2003
  • Лозинский В.И.
  • Дамшкалн Л.Г.
RU2252945C1
НАПОЛНЕННЫЙ ЧАСТИЦАМИ СОРБЕНТА МАКРОПОРИСТЫЙ ПОЛИМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ, КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2015
  • Лозинский Владимир Иосифович
  • Рябев Андрей Николаевич
  • Павлова Людмила Александровна
  • Цурюпа Мария Петровна
  • Блинникова Зинаида Константиновна
  • Даванков Вадим Александрович
RU2601605C1
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЕЙ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ЖЕСТКОСТИ И ТЕПЛОСТОЙКОСТИ 2018
  • Лозинский Владимир Иосифович
  • Мичуров Дмитрий Алексеевич
  • Колосова Ольга Юрьевна
RU2678281C1
БИОКАТАЛИЗАТОР И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2002
  • Лозинский В.И.
  • Дамшкалн Л.Г.
  • Резникова Н.В.
RU2233327C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОКАТАЛИЗАТОРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СПИРТОСОДЕРЖАЩИХ ИГРИСТЫХ НАПИТКОВ 2003
  • Мартыненко Н.Н.
  • Грачева И.М.
  • Эль-Регистан Г.И.
  • Зубов А.Л.
  • Лозинский В.И.
RU2239658C1
КОМПОЗИЦИЯ В КАЧЕСТВЕ БАКТЕРИЦИДНОГО СРЕДСТВА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА НА ЕЕ ОСНОВЕ И МАКРОПОРИСТЫЙ БАКТЕРИЦИДНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ДАННОЙ КОМПОЗИЦИИ 2009
  • Аскадский Андрей Александрович
  • Курская Елена Анатольевна
  • Самойлова Надежда Аркадьевна
  • Ямсков Игорь Александрович
RU2404781C1
СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ВИРУСА 1997
  • Лозинский В.И.
  • Плиева Ф.М.
  • Исаева Е.И.
  • Зубов А.Л.
RU2130069C1
ВРЕМЕННЫЙ ИМПЛАНТАТ ДЛЯ ПАЦИЕНТОВ С ИНФИЦИРОВАННЫМИ ДЕФЕКТАМИ В ЧЕЛЮСТНО-ЛИЦЕВОЙ ОБЛАСТИ И СПОСОБ ИХ ЛЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТАКОГО ИМПЛАНТАТА 2020
  • Шайхалиев Астемир Икрамович
  • Коршаков Евгений Валерьевич
  • Колосова Ольга Юрьевна
  • Краснов Михаил Сергеевич
  • Лозинский Владимир Иосифович
RU2729929C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 190 644 C1

Реферат патента 2002 года КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЯ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИОГЕЛЯ

Изобретение относится к композитным полимерным гелям и процессам их получения и касается криогелей на основе поливинилового спирта (ПВС). Заявляемые материалы могут быть использованы в биотехнологии в качестве хроматографических или адсорбционных матриц, а также в биомедицинской практике, например в качестве гемосорбентов. Задачей изобретения является получение композитных криогелей ПВС однородной структуры с улучшенными физико-механическими свойствами и расширение круга гидрофобных наполнителей, которые можно ввести в состав композитных криогелей ПВС. Указанная задача решается тем, что состав исходной композиции для получения целевого продукта по заявляемому решению включает от 6 до 26 мас.% ПВС, от 3 до 33 мас.% гидрофобного наполнителя и от 55 до 90 мас.% растворителя - диметилсульфоксида (ДМСО), при этом наполнитель вносится в ДМСО-раствор ПВС в сухом виде. Далее приготовленную суспензию замораживают при 15...-30oС, выдерживают в замороженном состоянии 1-24 ч и оттаивают, после чего полученный композитный криогель промывают водой для замены ДМСО на водную среду. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 190 644 C1

1. Композиция для получения криогеля поливинилового спирта, содержащая поливиниловый спирт, наполнитель и растворитель, отличающаяся тем, что в качестве растворителя она содержит диметилсульфоксид, а в качестве наполнителя она содержит гидрофобный наполнитель, выбранный из группы: гидрофобизованный силикагель, сшитый полистирол, сшитый N-винилкапролактам, углеродное волокно, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Поливиниловый спирт - 6-26
Вышеуказанный наполнитель - 3-33
Диметилсульфоксид - 55-90
2. Способ получения криогеля поливинилового спирта из композиции по п.1, заключающийся в том, что поливиниловый спирт растворяют в диметилсульфоксиде, гидрофобный наполнитель вносят в полученный раствор с дальнейшим замораживанием приготовленной суспензии при температуре 15...-30oС, выдерживают в замороженном состоянии в течение 1-24 ч с последующим оттаиванием и дальнейшей промывкой водой полученного композитного криогеля для замены диметилсульфоксида на воду.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2190644C1

Lozinsky V.I., Zubov A.L., Titova E.F
Poly(vinyl alcohol) cryogels which are used as matrices for cell immobilization
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Entrapped cells resemble porous fillers in their effects on the properties of PVA-cryogel carrier
Enzyme Microb
Technol., 20, No 3, 1997, s
Затвор для дверей холодильных камер 1920
  • Комаров Н.С.
SU182A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ ИСКУССТВЕННОЙ НАСАДКИ 1992
  • Зубов А.Л.
  • Лозинский В.И.
RU2054254C1
СПОСОБ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ВИРУСА 1997
  • Лозинский В.И.
  • Плиева Ф.М.
  • Исаева Е.И.
  • Зубов А.Л.
RU2130069C1
Реферативный журнал химии
- М.: ВИНИТИ, 1990
Насос 1917
  • Кирпичников В.Д.
  • Классон Р.Э.
SU13A1
Получение и некоторые свойства гидрогелевого комплекса поливинилового спирта с диоксидом кремния.

RU 2 190 644 C1

Авторы

Лозинский В.И.

Савина И.Н.

Даванков В.А.

Даты

2002-10-10Публикация

2001-04-26Подача