Затравочная полимеризация. 
Создание полимерных микросфер для биотехнологии с функционально-модифицированной поверхностью в широком интервале диаметров

Затравочная полимеризация глицидилметакрилата

Затравочную сополимеризацию глицидилметакрилата и этиленгликольдиметакрилата проводили в присутствии ПГМА затравочных частиц со средним диаметром 2,5 мкм, в присутствии пероксида бензоила в качестве инициатора с соотношением мономерной фазы к полимерной 1:8.

Стоит отметить, что целевой диаметр полимерных микросфер составляет 5 мкм. Это обусловлено, прежде всего, размером эритроцитов, ведь их аналогами при проведении реакции латекс-агглютинации и являются синтезируемые частицы. Кроме того, ПГМА-микросферы того же размера седиментируют со схожей с эритроцитами скоростью.

Рис. 3.3.1.1. Схема проведения затравочной полимеризации.

Технологически частицы данного размера возможно получить различными способами. Можно использовать рецептуру одностадийного синтеза дисперсионной полимеризацией частиц размера 5 мкм, но в таком случае любые манипуляции с микросферами в агрессивных средах приведут к разрушению нативной структуры полимера, сделав невозможным проведение довольно большого количества необходимых полимераналогичных реакций. Также с увеличением размера будет в значительной степени повышаться полидисперсность частиц.

Гораздо рациональнее использовать затравочную полимеризацию в предварительно набухших пГМА-микросферах. Это даёт возможность варьировать соотношение мономерной и полимерной фазы, регулируя тем самым степень набухания и конечный размер, использовать сшиватели для придания стойкости частицам к воздействиям агрессивных сред, использовать добавки к мономерной фазе (пигменты, флуоресцентные метки, модифицирующие агенты, другие мономеры и т. д.). Кроме того, при правильно подобранном соотношении мономерная фаза: полимерная фаза частицы сохранят монодисперсность; их РЧР будет уже, чем при использовании только дисперсионной полимеризации.

Была проведена серия опытов по определению оптимального соотношения мономер: полимер. Дело в том, что без использования специальных добавок, набухаемость полимера в растворителях весьма ограничена, а при слишком низких соотношениях мономер/полимер степень сшивки будет недостаточной, и стадия затравочной полимеризации не приведёт к желаемому эффекту.

Для определения верхней границы набухаемости достаточно было наблюдать результат в световой микроскоп: появляется полидисперсность, образование частиц начинает происходить не за счёт набухших мономере затравочных частиц, а за счёт стабилизации капель мономера в водной фазе, а также коалесценции ПМЧ. Нижняя граница набухаемости была определена посредством помещения заполимеризованных частиц в сильный растворитель — дихлорметан. При недостаточном количестве мономерной фазы даже при использовании значительной части сшивателя (ЭГДМА) частицы всё равно растворялись.

Таблица 3.3.1.1. Результат исследования степени набухания 2,5-мкм затравочных ПГМА частиц в мономерной фазе состава 90% ГМА-10% ЭГДМА.

Согласно формуле, соответствующей в идеале полному набуханию мономера в полимере.

М: П=n³-1, где n=d_к/d_н,.

было выбрано соотношение мономерной фазы к полимерной, равное 7:1. По данной формуле такое соотношение фаз приводит к увеличению частиц в 2 раза в ходе затравочной полимеризации, при этом достигается оптимальная структура микросфер.

Итак, если цель — получение 5-мкм микросфер, затравочные частицы должны быть диаметром 2,5-мкм.

Таблица 3.3.1.2. Рецептура затравочной полимеризации на ПГМА-частицах.

• 1. В реактор загружается водная затравочная суспензия в 1% растворе ПВС.
• 2. Параллельно в мономерной фазе растворяется инициатор
• 3. Полученная смесь вводится в реактор
• 4. Проводится набухание затравочных ПГМА частиц мономером в течение 30 минут при температуре 50 ^оС
• 5. После этого температура в реакторе поднимается до 80 ^oС. С этого момента ведется отсчет времени полимеризации.

Полимеризацию ведут 2 часа при температуре 80 ^oС. По истечении указанного времени процесс прекращают.

Выше показаны результаты определения размера частиц по окончании затравочной полимеризации методом динамического светорассеяния.

Одной из важнейших задач, в процессе получения полимерных суспензий является удаление из их объема остаточного мономера. Присутствие остаточного мономера негативно отражается на устойчивости полимерных суспензий при хранении, и при иммобилизации биолигандов на поверхность частиц.

Конечный размер частиц позволяет далее при очистке не использовать центрифугирование, а промывать их на фильтре Шота мелкой пористости (Por.3 марки SchottDuran). Стоит отметить, что остаточный мономер и олигомеры хорошо удаляются водой при использовании системы ГМА-ЭГДМА.

Для определения остаточного мономера в объеме полимерной суспензии использовали спектрофотометрический метод. Суть его заключается в отгонке мономеров из пробы полимерной суспензии с метанолом (содержащим n-трет-бутилпирокатехин для предотвращения полимеризации мономера) и определение мономера в отгоне по поглощению света с длиной волны 282 ± 3 нм.

Удаление остаточного мономера в частицах после проведения затравочной полимеризации производится промыванием на фильтре Шота избытком деионизованной воды после предварительного центрифугирования. В отличие от микросфер состава полистирол-полидивинилбензол, не требуется экстракция остаточного мономера и олигомеров органическими растворителями, поскольку ГМА довольно гидрофилен, так что промывки водой частиц вполне достаточно. В экспериментальных целях проводилась экстракция ПГМА микросфер дихлорметаном после предварительной очистки водой, и по результатам анализа состава экстрагента олигомеров не было обнаружено.