Материалы биомедицинского назначения на основе механохимически модифицированного хитозана

Разработана методология создания новых функциональных полимерных материалов биомедицинского назначения путем твердофазного механохимического модифицирования хитозана введением заместителей, позволяющих придать полисахариду набор регулируемых свойств и расширить его способность к переработке. Реакции алкилирования и ацилирования хитозана в условиях механохимической обработки приводят к получению избирательно и неизбирательно замещенных производных хитозана. Твердофазная реакция нуклеофильного присоединения бромистого аллила к хитозану в отсутствие щелочи протекает избирательно по аминогруппам хитозана, в то время как проведение процесса в щелочной среде приводит к образованию как О-, так и N-замещенных алкилпроизводных. Суммарное содержание аллильных заместителей в образцах составляет от 5 до 50 в расчете на 100 звеньев хитозана и зависит от исходного соотношения компонентов в реакционных смесях. В реакциях ацилирования хитозана гидроксикарбоновой кислотой и циклическим димером молочной кислоты в условиях механохимического модифицирования в отсутствие катализа образуются преимущественно N-замещенные производные со степенью замещения аминогрупп до 0.41-0.43. Механохимическое взаимодействие хитозана с олигомерами, полимерами и сополимерами лактида позволяют получать привитые сополимеры с различной молекулярной массой основной цепи хитозана, стереохимическим строением, количеством и степенью полимеризации привитых цепей, которые определяют их растворимость в водных и/или органических средах, морфологию и свойства материалов на их основе. Механохимический подход позволяет получать в одностадийном процессе многокомпонентные сополимерные системы с возможностью одновременного введения в них дополнительных биоактивных компонентов, например, белков для придания материалам специфических биологических свойств. Методами, которые для немодифицированного хитозана не могут быть применены, такими как расплавные технологии, лазерная стереолитография, формование и электроформование из хлорсодержащих растворителей, на основе синтезированных амфифильных производных и сополимерных систем хитозана получен ряд дву- и трехмерных полимерных материалов с заданной структурой и свойствами, необходимыми для их применения в качестве биодеградируемых имплантов. Эффективность лазерно-индуцированного сшивания полимерных композиций возрастает с увеличением степени замещения функциональных групп хитозана и степени полимеризации олиголактида в сополимерах, а также в случае прививки аморфного олиго(L,D-лактида) на хитозан по сравнению с аморфно-кристаллическим стереоизомером, что определяется разным характером взаимодействия привитых цепей в растворах. Разработаны способы формирования макропористых гидрогелей с регулируемой скоростью биодеградации на основе хитозана и его производных и сополимеров; композиционных гидрогелей на основе хитозана и гиалуроновой кислоты. Изучение взаимосвязи структуры, физико-химических и биологических свойств макропористых гидрогелей показало, что степень влагопоглощения, скорость ферментативного гидролиза и цитосовместимость гидрогелей, определяются природой и строением заместителей в боковой цепи хитозана. Характеристики основной цепи и привитых фрагментов в сополимерах хитозана с олиго/полиэфирами определяют их способность к использованию в качестве компонента дисперсной фазы при получении самоорганизующихся микрочастиц без применения эмульгаторов в дисперсионной среде. При применении производных и сополимеров хитозана в качестве эмульгаторов в дисперсионной среде их способность стабилизировать границу раздела фаз возрастает с увеличением степени замещения функциональных групп хитозана гидрофобными заместителями и степени полимеризации олиголактида в сополимерах. Наночастицы, полученные из хитозана и его производных, служат эффективными стабилизаторами границы раздела фаз в эмульсиях Пикеринга при получении микрочастиц; степень анизометрии, размер и однородность распределения наночастиц по размеру существенно влияют на выход микрочастиц, их форму, распределение по размерам и морфологию поверхности. Состав и свойства поверхности микрочастиц позволяют использовать их в качестве исходных материалов при получении трехмерных структур методом поверхностно-селективного лазерного спекания.