РОЗДІЛ 2
Матеріали і методи дослідження
2.1. Об’єкти дослідження
2.1.1. Кремнезем
Найбільш характерною і стійкою сполукою кремнію є діоксид кремнію, або
кремнезем, – SiО2. Він існує як у кристалічному, так і в аморфному стані.
Кристалічні форми кремнезему складаються головним чином з однакових структурних
елементів – тетраедрів SiО4, упорядковано розміщених в тривимірній структурі.
Аморфний кремнезем також складається з тетраедрів SiО4, однак вони не утворюють
у його тривимірній структурі сітки паралельних площин, а лише окремі тетраедри
або їх сукупність, що орієнтовані в просторі випадково. Структурні
характеристики кремнезему залежать від способу його одержання [155 – 157].
Останнім часом частіше застосувують різні види аморфного синтетичного діоксиду
кремнію – силікагелі, білі сажі, аеросили. Властивості різних типів аморфного
кремнезему з високим значенням питомої поверхні значною мірою залежать від
хімії поверхні твердої фази.
Найбільш вживаними у медичній практиці є високодисперсні кремнеземи з
розвиненою поверхнею. Саме непористі нанорозмірні частинки таких кремнеземів
мають унікальні протео- та бактеріонектичні властивості, високу хімічну
чистоту, хімічну, термічну, радіаційну і мікробіологічну стійкість та є
фізіологічно нешкідливими [158].
Високодисперсний кремнезем (ВДК), зареєстрований (ФС 42У-82/224-889-00),
виробляється експериментальним заводом Інституту хімії поверхні в м. Калуш. Він
широко використовується в процесах створення адсорбентів, матеріалів медичного
призначення, матриць для культивування клітин в біотехнології [159,160],
складової частини лікарських засобів пролонгованої дії [155,161–163], а також
як самостійний лікарський препарат. Таке широке застосування в медичній
практиці потребує детального розуміння та вивчення механізмів, що обумовлюють
його взаємодію з компонентами біологічних рідин. Ця взаємодія визначається як
структурою та властивостями складових компонентів, так і будовою та морфологією
частинок ВДК.
ВДК (А – 300), питома поверхня (SBET) якого становить 300 м2/г – легкий, білий
порошок з насипною густиною 40 – 60 г/л, одержаний високотемпературним
гідролізом тетрахлориду кремнія в воднево-кисневому полум’ї [164] по загальній
схемі:
SiCl4 + 2H2 + O2 SiO2 + 4HCl
Одержаний таким чином ВДК складається з непористих частинок розміром 5 – 50 нм.
При охолодженні (температура реакції більше 1300 °С) та взаємодії з парами води
гідратованість поверхні частинок зростає. На поверхні за рахунок гідролізу
з’являються додаткові гідроксильні групи та формуються кластери молекулярно
адсорбованої води. Оскільки умови одержання та властивості наночастинок
кремнезему визначають його функціональні властивості, необхідною умовою
вивчення його взаємодії з молекулами біополімерів є визначення структурної
ієрархії, будови частинок та структури активних центрів поверхні. Загалом
фрагмент поверхні високодисперсного кремнезему може бути представлений:
ізольованими гідроксильними групами (а), фізично зв’язаною водою (б),
силоксановими зв’язками (в), силандіольними групами (їх кількість надзвичайно
мала в отриманих високотемпературним гідролізом продуктах) (г), суміжними
(віциальними) групами (д).
З усіх вищезгаданих груп для взаємодії з молекулами біополімерів найбільше
значення мають вільні гідроксильні групи та молекулярно адсорбована вода. Саме
завдяки структурним гідроксильним групам поверхня кремнезему має кислотні
протонодонорні властивості і перебуває в частково депротонованому стані при рН
вищому ІЕТ (рН0= 1.8) [165]. Тобто гідроксильний покрив забезпечує гідрофільні
властивості кремнезему та обумовлює його надзвичайно високу адсорбційну
активність по відношенню до полярних молекул (молекул води).
При дослідженні будови поверхневого шару кремнезему, концентрацію поверхневих
гідроксильних груп (aОН) зазвичай визначають методами, що базуються на їх
заміщенні іншими функціональні групи з подальшим аналізом сполук, що
утворюються на поверхні, або продуктів реакції, що десорбувалися з неї [166].
Гідратно-гідроксильний покрив кремнезему може бути досліджений методами
ІЧ-спектроскопії. При цьому виділяють чотири смуги поглинання гідроксильних
груп з максимумами 3400-3450, 3550, 3650-3680 та 3750 см-1, які обумовлені
валентними коливаннями зв’язку О-Н (нО-Н) в гідроксильних групах та сорбованих
молекулах води. Відомо [155-157,167-169], що інтенсивна вузька смуга 3750 см-1
відповідає вільним силанольним групами (а), а широка смуга з максимумом біля
3450 см-1 – шару фізично сорбованої води (б).
Для розуміння перебігу процесу взаємодії кремнезему з біополімерними молекулами
надзвичайно важливим є не тільки хімічний склад поверхні, а і її структурні
особливості, які детально розглянуті в робітах [155, 170]. При формуванні
кінцевої структури частинок кремнезему визначальними стають взаємодії
частинка-частинка. В подальшому ці взаємодії впливають на агрегацію біомолекул
з колоїдними частинками дисперсного кремнезему. Тобто на формування
біонанокомпозиту впливає не тільки природа поверхні (хімічний склад)
кремнезему, а й його структурні особливості.
Високодисперсний кремнезем, одержаний високотемпературним гідролізом,
складається з непористих часток SiO2, розміром від 5 до 50 нм, які в результаті
міжчастинкових взаємодій (в основному за рахунок водневих зв’язків) первинні
частинки поєднуються в агрегати (100 – 500 нм), а в подальшому – в агломерати.
Показано, що механічна обробка в кульовому млині або ультразвуковій ванні
призводить до руйнування агломератів та частково – агрегатів кремнезему
[155,164,165]. У водних дисп
- Киев+380960830922