Фотополімеризаційна колагенова композиція на основі акрилату кобальту

Фотополімеризаційна колагенова композиція на основі акрилату кобальту, що містить колаген, триетаноламін і метиленовий блакитний, яка відрізняє ться тим, що містить акрилат кобальту формули 2 3 28655 Дослідження в модельних біосистемах акрилатів 3d-металів як структур увальних зшивальних агентів є перспективним, оскільки вони дадуть можливість встановити факт утворення координаційних сполук між іонами кобальту і колагеном. Позитивним моментом є те, що всі вони є хромофорами, тобто можуть поглинати лазерне опромінення, що дає можливість наявне визначити особливості фото хімічних реакцій і порівняти структурні перетворення у колагенових системах. Суть корисної моделі пояснюється конкретними прикладами виконання. Приклад. Фотополімерна колагенова композиція, що містить колаген, триеталомін і метиленовий блакитний згідно х корисною моделлю, як структур у вальний агент вводять акрилат кобальта формули CH2 =CH-C O Co OH 2 при такому співвідношенні компонентів: масова частка % водний розчин колагену 14 триетаноламін 0,01 метиленовий блакитний 0,0001 акрилат кобальта 3. Заявлену композицію одержували наступним чином. Першочергова стадія отримання матеріалу зводилася до приготування колагенових шарів і нанесення їх на скляні основи. Для цього наважку колагену (14,0г) поміщали у хімічний стакан і додавали 95мл води. Суміш набухала протягом 24 год. Після цього склянку з розчином переносили у термостат і інкубували 2год при 70°С, постійно помішуючи. Потім гарячий розчин фільтрували через фільтр Шотта у колбу Бунзена під вакуумом водоструменевого насосу. Для видалення бульбашок повітря розчин витримували в термостаті впродовж 12 год, охолоджували до 40°С і за допомогою устаткування (Фіг.1) отримували плівки на скляних основах "методом витягування". Розчин колагену (1) у склянці переносили в термостат (Т), нагрівали до 40°С. Скляні основи (2) закріплювали на фіксуючому уста ткуванні (3), яке підвішувалося на капроновому шн урі (4) через блок (5). Піднімальний механізм складався з електромотора (М), редуктора (Р) і барабана (Б). Для нивілювання вібрацій з метою отримання однорідних шарів усі елементи встановлювали і монтували на масивній металевій плиті (6), яка лежить на основі з поліуретану. Скляні основи очищували в насиченому розчині Nа2СО3, промивали водою, витримували в хромовій суміші, знову промивали у воді, етанолі, сушили у боксі. Оброблені таким чином основи закріплювали попарно (3) занурювали у розчин колагену, нагрітого до 40°С і через 5хв їх виймали, при цьому на поверхні скла залишався рівномірний шар колагену товщиною близько 20мкм. Плівки 4 витримували в боксі одну добу до висушування, після чого піддавали термічному твердінню в сушильній шафі протягом 15-20хв, при 150°С. Наступний синтез сполучнотканинних середовищ являв собою трьохстадійну хімічну обробку термічно отверділих колагенових плівок. Спочатку основи з плівками занурювали в розчин акрилату кобальту і витримували у термостаті при 40°С протягом 20хв. Після такої обробки плівки занурювали у водний розчин метиленового блакитного (0,02-0,03%) на 30-40с і у водний розчин триетаноламіну (3-4,5%) на 1-2хв. Після видалення крапель розчину (приблизно через 15хв) комплексне біополімерне середовище готове до лазерохімічного структур ування. Для генерації лазерного опромінення використовувалось устаткування, в якому джерелом був гелій-неоновий лазер з l = 633нм і потужністю 10-3Вт. Створення модельного біосередовища полягає в обробці колагенових матриць розчином акрилату кобальту (масова частка 3%) протягом 30хв при 40°С із наступною сенсибілізацією у розчинах метиленового блакитного (масова частка 0,02%) протягом 30с і витримуванням у розчині триетаноламіну (масова частка 3%) впродовж 1хв. Після опромінення приготовані таким чином матриці піддавалися ІЧ-спектроскопії. Екстракція колагену І типу зі шкіри людини виконувалася за методом, запропонованим Strom [1]. Інфрачервоні спектри в діапазоні 400-4000см-1 знімали на спектрофотометрах Nexus 470 фірми Nicolet (США) та Pye-Unicam SP3-300 (США) в діапазоні 200-600см -1. Електронні спектри знімалися на спектрофотометрі "Specord М-40" та Pye-Unicam PU 8800 (США) у діапазоні 200-830нм (UV/VIS) відносно еталону MgO. Для визначення характеру ймовірної взаємодії акрилату кобальта з колагеном спочатку були зняти ІЧ-спектри самого акрилату як структуру вального агенту. Віднесення частот коливань показано в таблиці. Віднесення частот смуг поглинання в ІЧспектрах акрилату кобальта (таблетки з КВr та Csl) Таблиця Тип коливань і відповідальний структурний елемент n Me-O r -СООds -СООώ -СООdas =CH2 das =CH n s =СН-С n s C-O n s -COOds –COOdas –COOn s C=C Хвильове число, см -1 285,370 495 590 685 865 970-995 1075 1285 1370 1460 1610 1650 5 28655 Як один з ефективних методів дослідження процесів комплексоутворення, типового для 3dметалів, була вибрана електронна спектроскопія поглинання, що дозволило оцінити склад координаційної сфери, її будову, а також процеси структуроутворення. Спочатку вивчали електронних спектрів поглинання водних розчинів акрилату кобальту, потім колагенових біоматриць, насичених водними розчинами того ж самого акрилату, а потім матриць після проведення дегідратації. Електронні спектри поглинання колагенової матриці, обробленої акрилату Co(II) представлені на Фіг.2: 1 - гідратована матриця, 2 - водний розчин, 3 - дегідратована матриця. Порівняння електронних спектрів поглинання водного розчину акрилату кобальту та колагенової плівки, обробленої тією ж сіллю показало, що вони збігаються і практично ідентичні (Фіг.2). У спектрі спостерігається асиметрична смуга поглинання з максимумом при 19650см -1. Такий характер електронного спектра вказує на октаедричне оточення Со2+ і смуга при 19650см -1 може відноситися до 4Tlg (F) ->4Tlg (P)-eлeктpoннoмy переходу [4]. Розміщення смуги поглинання гідратованої колагенової матриці збігається з розміщенням смуги комплексу [Со(Н2О)6]2+, що вказує на реалізацію в колагені симетрії, близької до Oh [4]. Якщо для гідратованої плівки максимум поглинання досягає значень при 19650см -1, то для дегідратованої він зміщується до 19200см-1. Це говорить про те, що і у гідратованому та дегідратованому колагені кобальт оточують швидше за все атоми кисню (для комплексів Со(II), які містять у внутрішній координаційній сфері атоми азоту, характерна тетраедрична будова, яка легко ідентифікується за електронними спектрами поглинання [4]. Зіставлення положення максимумів смуг поглинання комплексу кобальту до і після гідратації показує, що дегідратація викликає ослаблення сили поля лігандів внаслідок заміщення атомів кисню молекул води у внутрішній координаційній сфері комплексу кобальту на атоми кисню акрилатів і гідроксильних груп амінокислотних залишків оксипроліну, як найбільш характерного для колагену компонента R - OH за схемою, що наведена на Фіг.3, де амінокислотний залишок оксипроліну в колагеновому макроліганді. Враховуючи високу енергію гідратації іонів 3dметалів (для [Со(Н2О)6] ентальпія гідратації становить 490ккал/моль [5]), очевидно спостерігається більш слабке комплексоутворення кобальту з акрилат-іоном і оксипроліном колагену у водних середовищах, що і підтверджує батохромний зсув смуг електронних спектрів поглинання. Для незалежного підтвердження факту утворення макрокомплексів кобальту з акрилатіоном і колагеновою матрицею, а також для вивчення процесів структурування були дослідженні ІЧ-спектри зразків після обробки в 6 розчині цієї солі, а також після опромінення композиційного матеріалу лазерним опроміненням. У ІЧ-спектрі колагенової матриці обробленої розчином акрилату кобальту (Фіг.4), поряд зі смугами, характерними для колагену з'являються смуги, які характерні для акрилат-іона, що вказує на процес поглинання акрилату 3d-металу колагеном: віялоподібні коливання групи =СН2 (865см -1), позаплощинні деформаційні коливання групи =СН (970-990см-1). Ці смуги добре проявляються на фоні широких смуг колагену: деформаційні коливання груп NH та ОН (500800см -1), широка смуга у ділянці 1100см -1 відповідає валентному коливанню зв'язку С-О, а розширена смуга 1280-1700см-1 визначається деформаційними коливаннями N-H [6]. Після лазерного опромінення в ІЧ-спектрі спостерігаються зміни (Фіг.4, курсив), які вказують на участь у реакції як вінільних груп акрилатів, так і аміно- і гідроксильних груп колагену, оскільки значно знижуються за інтенсивністю смуги деформаційних коливань зв'язків NH- та ОН-груп (500-800см -1), а також вінільної групи (865-1000см1 ). За допомогою ІЧ-спектроскопії та електронних спектрів поглинання вдалося встановити факт координації акрилату кобальту з водних розчинів колагену, а також участь вінільних груп у процесах структур ування. Встановлено, що у результаті обробки колагенової матриці водним розчином акрилату Co (II) виникає поглинання останнього, про що свідчать результати як ІЧ-спектроскопії, так і електронної спектроскопії поглинання. Джерела інформації: 1. Микроскопическая техника: Руководство/Под ред. Д.С.Саркисова и Ю.Л.Перова. -М.: Медицина, 1996.- 544с. 2. Верещака В.В. Фотополімеризаційні процеси у колагені шкіри при навантаженні гелійнеоновим лазером. - Спорт, медицина. -2007.№1.-С.10-17. 3. Comprehensive inorganic chemistry/ Ed. Board Bailar V.C.: Pergamon Press, 1975.- 1388р. 4. Коттон Ф., Уилкиксон Дж. Современная неорганическая химия." М.: Мир, 1969, ч.3.-592с. 5. Справочник химика: В 6-ти т./ Под ред. Б.П. Никольского.- Л.: Химия, 1971, т.3.- 1006с. 6. Чиргадзе Ю.Н. Инфракрасные спектры и структура полипептидов и белков, - М.: Наука, 1965.- 135с. 7 28655 8