|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Создание функциональных композитов на основе биополимеров в растворах угольной кислоты под высоким давлениемдипломная работа (Магистр)
- Научный руководитель: Пигалёва М.А.
- Автор: Новиков Илья Всеволодович
- Тип: Магистр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2019
- Аннотация: По результатам работы мы впервые показали возможность создания композитных гидрогелей на основе хитозана с наночастицами серебра, синтезированных в растворе угольной кислоты под высоким давлением. Мы провели систематическое изучение влияния таких факторов на размер и распределение наночастиц Ag, стабилизированных хитозаном, как молекулярный вес хитозана, молярное отношение хитозана к исходной соли серебра AgNO3, дополнительное ковалентное сшивание генипином. Гелеобразная природа образовавшихся композитов была подтверждена реологическими измерениями, по результатам которых было показано, что модуль накопления более чем в пять раз превышает модуль потерь, что характерно для эластичного полимерного геля. Было выяснено с помощью СЭМ, что получаемые композитные гели имеют фибриллярную структуру с наночастицами серебра, расположенными на волокнах. По результатам ПЭМ было показано, что наночастицы серебра распределены однородно в матрице хитозана, узко распределены по размеру, а их размер составляет в среднем 2-5 нм. Было обнаружено, что такие факторы как молекулярный вес хитозана, степень его деацетилирования, молярное отношение звеньев хитозана к атомам серебра, а также дополнительное сшивание генипином практически не влияют на размер и распределение наночастиц. Результаты ИК-спектроскопии показали, что композит образуется за счет координационных взаимодействий между ионами серебра и гидроксильными и аминогруппами хитозана. Было показано, что серебро в композитах восстановлено не полностью, и более высокой степени восстановления серебряных наночастиц удалось достичь с использованием газообразного водорода в качестве восстанавливающего агента. Такое использование водорода выгодно, поскольку позволяет минимизировать участие хитозана в окислительно-восстановительных процессах, сохраняя его биосовместимость. Оказалось, что в результате обработки водородом гели теряют свою стабильность и превращаются в золи, при этом по результатам ПЭМ было показано, что размер таких наночастиц увеличивается в несколько раз. Пленки, высушенные из золя, также исследовались с помощью РДА, по результатам которого было обнаружено относительное увеличение доли фазы металлического кристаллического серебра. Это хорошо согласуется с результатами микроскопии. Проблему потери механической стабильности удалось решить, применив генипин в качестве дополнительного сшивающего агента. После обработки водородом такой гидрогель сохранял свою механическую стабильность. Кроме того, золи были исследованы на УФ-вид спектрофотометре для дополнительного подтверждения металлической природы наночастиц серебра. Пик поверхностно-плазмонного резонанса для большинства образцов приходится на значение λ≅420 нм, что соответствует наночастицам металлического серебра. Таким образом, с помощью различных методов исследования (ПЭМ, рентгенофазовый анализ, ультрафиолетовая-видимая спектроскопия) было установлено, что после процедуры дополнительного восстановления наночастиц водородом они восстанавливаются до металлического серебра. Методом УФ-спектрофотометрии было показано, что хитозан восстанавливает наночастицы серебра до металла в течение месяца. При этом непосредственно сразу после синтеза стабилизированные хитозаном маленькие наночастицы серебра, наблюдаемые на ПЭМ представляют собой кластеры ионов серебра, которые затем восстанавливаются до металлических наночастиц, дающих пик характерный ППР на значении порядка 420 нм. Таким образом, было показано, что хитозан медленно восстанавливает наночастицы до металла, притом без потери стабильности гидрогеля. Кроме того, по результатам нашего исследования впервые была предложена методика создания БЦ/хитозанового композита в растворе угольной кислоты под высоким давлением. ИК-спектроскопией было доказано присутствие хитозана в композите, а также выявлен предположительный механизм формирования композита за счет водородных связей между хитозаном и БЦ. Сканирующей электронной микроскопией было показано, что хитозан наносится на волокна БЦ не только на поверхности пленки целлюлозы, но и в толще матрицы, увеличивая эффективный диаметр волокон. Более того, методом меченых атомов было показано, что количество наносимого на плёнку БЦ хитозана из растворов угольной кислоты под высоким давлением СО2 в 3 раза больше, чем при его нанесении из уксусной кислоты.
- Добавил в систему: Пигалёва Марина Алексеевна