Молекулярно импринтированные селенсодержащие полимерные сорбенты для селективной сорбции холестерина

Во ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и
задачи работы, определена научная новизна и практическая значимость полученных
результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре литературы представлена информация о видах сорбентов для гемо- и
плазмосорбции, о современных исследованиях в области эмульсионной полимеризации в
эмульсиях Пикеринга, о селективных сорбентах, полученных на основе эмульсионной
полимеризации в эмульсиях Пикеринга, рассмотрены виды молекулярного импринтинга и
современные исследования в области молекулярно импринтированных полимеров.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В главе приведены характеристики исходных реактивов, описания методик синтеза
поверхностно импринтированных полимерных сорбентов, методов исследования физико-
химических и сорбционных свойств.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Синтез нанокомпозитов Se/ПВП
В качестве стабилизатора полимер-мономерных капель для осуществления
эмульсионной полимеризации в эмульсиях Пикеринга использовались нанокомпозиты –
наночастицы селена, стабилизированные поли-N-винилпирролидоном, (НЧ-Se/ПВП). Синтез
нанокомпозитов осуществлялся путем восстановления селенистой кислоты аскорбиновой
кислотой в водном растворе ПВП (Мw = 55∙103) с получением красного аморфного Se0.
Полученные нанокомпозиты имели гидродинамический радиус равный 60 нм и узкое
унимодальное распределение по размерам. Нанокомпозиты имели сферическую форму,
которая является предпочтительной для стабилизации эмульсий Пикеринга. Коллоидный
раствор НЧ-Se/ПВП сохранял устойчивость в растворе в течение 1 месяца.
Размер полученного нанокомпозита, унимодальность распределения по размерам
частиц, устойчивость в растворе, и низкая токсичность позволяют использовать
нанокомпозиты НЧ-Se/ПВП в качестве стабилизатора полимер-мономерных капель при
синтезе полимерных сорбентов в эмульсиях Пикеринга.
3.2 Синтез полимерных сорбентов
Полимерные гранулы сорбентов были получены двумя методами синтеза:
эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга – селенсодержащие сорбенты серии
1 (КП-1), и осадительной полимеризацией в н-пропиловом спирте – полимерные сорбенты
серии 2 (КП-2). Для синтеза полимеров обеих серий были использованы гидрофильный 2-
гидроксиэтилметакрилат (2-ГЭМА) и гидрофобный сшивающий агент диметакрилат
этиленгликоля (ЭГДМА). Полимерные сетки поли(ГЭМА-ЭГДМА) (Рисунок 1) были
синтезированы методом свободно радикальной полимеризации с использованием
инициирующей системы персульфат аммония – аскорбиновая кислота.
Отличительной особенностью метода синтеза селенсодержащих полимеров являлось
формирование микроглобул, обусловленное проведением полимеризации в эмульсиях
Пикеринга, сформированных при диспергировании мономерных капель гидрофобного
мономера ЭГДМА, на поверхности которых адсорбировались нанокомпозиты НЧ-Se/ПВП. В
процессе синтеза диспергированные полимер-мономерные капли агрегировали между собой,
что приводило к образованию «слипшихся» между собой микроглобул. В результате
сшивания таких полимерных частиц осуществлялось формирование гранул полимера, в то
время как при проведении полимеризации в растворителе гранулы образуются только в
результате диспергирования. Кроме того, можно выделить характерный бледно-розовый
цвет селенсодержащих гранул, обусловленный присутствием красного аморфного селена в
составе полимеров в результате адсорбции нанокомпозитов на поверхности полимер-
мономерных капель.
Рисунок 1 – Схематическое
представление полимерной
сетки поли(ГЭМА-ЭГДМА).

Таким образом, полимерные гранулы были получены двумя методами синтеза:
эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга и осадительной полимеризацией в
растворителе.
3.3 Синтез поверхностно импринтированных полимерных сорбентов
Существенной разницей синтеза поверхностно импринтированных полимерных
сорбентов серии 1 и серии 2 (ХС-МИП-1 и ХС-МИП-2), в отличие от синтеза контрольных
полимеров (КП-1 и КП-2), являлось добавление ХС в полимеризационную смесь на
завершающей стадии формирования полимерных гранул для осуществления молекулярного
импринтинга в поверхностном слое. В результате происходила самоорганизация мономеров,
еще не вступивших в реакцию полимеризации, вокруг молекул темплата. Молекулы ХС
фиксировались в полимерной сетке, формируя вместе со сшитыми цепями
импринтированную ячейку. Содержание ХС в реакционных смесях составляло 2 мол.% (ХС-
МИП-1-2 и ХС-МИП-2-2), 4 мол.% (ХС-МИП-1-4 и ХС-МИП-2-4) и 6 мол.% (ХС-МИП-1-6 и ХС-
МИП-2-6), рассчитанных по отношению к массе сомономеров.
Синтезированные полимерные гранулы многократно отмывали этиловым и н-
пропиловым спиртом при комнатной температуре. После очистки полимеров серии 1 в
промывных водах было показано отсутствие селена с помощью качественной реакции с
использованием аскорбиновой кислоты. Это свидетельствовало о том, что наночастицы
селена после синтеза остаются в составе полимеров. Кроме того, благодаря присутствию
красного аморфного селена, селенсодержащие полимеры имели бледно-розовую окраску в
отличие от полимерных сорбентов, синтезированных в н-пропаноле без использования
наночастиц, которые сохранили белую окраску. Экстракция ХС из импринтированных гранул
бутиловым спиртом осуществлялась до полного удаления ХС из полимерных частиц.
Содержание ХС в экстрактах определяли спектрофотометрически при длине волны 500 нм с
помощью ферментативного колориметрического теста Холестерин-Витал. Количество
введенного ХС соответствовало его количеству в промывных водах. Таким образом, было
показано отсутствие остаточного темплата в импринтированных полимерных сорбентах.
Увеличение количества ХС, вводимого при синтезе, привело к росту выходов
полимерных сорбентов как серии 1 (c 67 % до 83 %), так и серии 2 (с 81 % до 97 %). Это было
обусловлено самоорганизацией 2-ГЭМА и ЭГДМА вокруг темплатных молекул ХС, что
способствовало увеличению количества молекул мономеров, участвующих в формировании
полимерной матрицы.
Таким образом, методами свободно радикальной эмульсионной полимеризации в
эмульсиях Пикеринга и осадительной полимеризации в растворителе были синтезированы
неимпринтированные и поверхностно импринтированные молекулами ХС полимерные
гранулы на основе 2-ГЭМА и ЭГДМА.
3.4 Исследование синтезированных сорбентов методом инфракрасной спектроскопии
Полимерные сорбенты, полученные в разных условиях синтеза, были исследованы
методом ИК-спектроскопии (Рисунок 2). Полученные спектры соответствуют ИК-спектрам
поли(ГЭМА-ЭГДМА). Полоса 3400–3600 см-1, представляет собой полосу поглощения –O–H
для боковой цепи –CH2CH2–O–H ГЭМА в сшитом полимере. Широкая форма этой полосы
обусловлена характером водородных связей группы –O–H с другими группами –O–H и –C=O.
Полоса 2987–2955 см-1 обусловлена растяжением –О–Н и алифатических СН2/СН3,
соответственно. При этом характеристическая полоса при 2951 см-1 соответствует
валентным колебаниям –СН2– и появляется из-за сомономера ЭГДМА. Интенсивная полоса
1727 см-1 соответствует группе –С=О сложного эфира. Полосы 1457 см-1 и 1370 см-1
указывают на колебания –СН2– и (СН3)2С–, соответственно. Полосы около 1276 см-1 относят
к метильной группе полиГЭМА, а 1162 см-1 – к –С–О– в мономере ЭГДМА. Таким образом,
ИК-спектры исследуемых полимеров полностью совпадают вне зависимости от метода
синтеза и коррелируют с литературными данными.
КП-1
ХС-МИП-1-6
КП-2ХС-МИП-2-6
Absorbance

Absorbance
-11500
400035003000
ν, cм-1
15001000500ν, cм
4000350030001000500

aб
Рисунок 2 – ИК-спектры сорбентов: а – КП-1 и КП-2; б – ХС-МИП-1-6 и ХС-МИП-2-6.
3.5 Исследование полимерных сорбентов методами сканирующей и
просвечивающей электронных микроскопий
Морфология полимеров обеих серий была исследована с помощью сканирующей
электронной микроскопии (Рисунок 3).

аб

вг
Рисунок 3 – Микрофотографии поверхностей гранул сорбентов: а – КП-1 и б – КП-2; в – ХС-
МИП-1-6 и г – ХС-МИП-2-6.
Как видно из микрофотографий, поверхность КП-1 состоит из микроглобул (Рисунок 3,
а). По сравнению с поверхностью КП-1 поверхность КП-2 является более гладкой и
однородной (Рисунок 3, б). Это обусловлено формированием полимерных гранул КП-1 в
результате сшивания микроглобул при проведении полимеризации в эмульсиях Пикеринга, в
то время как формирование гранул КП-2 обусловлено только диспергированием
полимеризационной смеси при осуществлении синтеза в растворителе. Следовательно,
исследование СЭМ подтверждает, что метод синтеза полимерных сорбентов в эмульсиях
Пикеринга приводит к формированию полимерных гранул в результате сшивания
микроглобул.
Морфология импринтированных полимеров отличалась от морфологии их
неимпринтированных аналогов. Полимерные гранулы ХС-МИП-1-6 и ХС-МИП-2-6 (Рисунок 3,
в, г) имели более сегрегированные поверхности, по сравнению с полимерными гранулами
КП-1 и КП-2 (Рисунок 3, а, б), что коррелирует с данными, представленными в литературе.
Таким образом, показано, что сегрегация поверхностей ХС-МИПов была обусловлена
модификацией полимерной матрицы посредством молекулярного импринтинга при введении
ХС в полимеризационные смеси в количестве 6 мол.%.
3.6 Исследование кинетики набухания полимерных сорбентов
Исследование кинетики набухания полимерных сорбентов серии 1 в воде при
температурах 25°С и 37°С показало затруднение диффузии растворителя вглубь
полимерных матриц за счет, сформированной из нанокомпозитов, оболочки микроглобул,
образующих полимерные гранулы.
При исследовании кинетики набухания полимеров серии 1 и серии 2 в н-пропиловом
спирте при 25°С более высокая скорость набухания наблюдалась у КП-1 по сравнению с КП-
2. Следовательно, полимерные гранулы КП-1, синтезированные эмульсионной
полимеризацией в эмульсиях Пикеринга, обладали лучшей проницаемостью по сравнению с
гранулами КП-2, синтезированным осадительной полимеризацией в растворителе. В свою
очередь при повышении температуры до 37°С, диффузия растворителя в полимерные
гранулы обеих серий осуществлялась с одинаковой скоростью.
Набухание селенсодержащих ХС-МИПов серии 1 в н-пропиловом спирте при
температурах 25°С и 37°С характеризовалось более высокой скоростью набухания по
сравнению с КП-1. Следовательно, импринтирование полимерных матриц при синтезе
полимеров эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга способствовало
увеличению проницаемости полимерных гранул и, как следствие, улучшению диффузии
растворителя вглубь импринтированных гранул по сравнению с их контрольным аналогом.
Набухание ХС-МИПов серии 2 в н-пропиловом спирте при 25°С характеризовалось
более быстрой диффузией спирта вглубь импринтированных полимерных гранул по
сравнению с КП-2. Из чего следует, что импринтирование полимерных матриц при синтезе
осадительной полимеризацией в растворителе также привело к улучшению проницаемости
гранул. При температуре 37°С происходило быстрое увеличение объемов КП-2, ХС-МИП-2-4
и ХС-МИП-2-6 по мере диффузии растворителя вглубь полимерных матриц по сравнению с
набуханием при температуре 25°С.
Таким образом, при исследовании кинетики набухания в воде при температурах 25°С
и 37°С было показано приостановление диффузии растворителя вглубь полимерных матриц
за счет влияния оболочки гранул полимерных сорбентов серии 1, содержащей
нанокомпозиты. Показано, что осуществление синтеза полимерных сорбентов эмульсионной
полимеризацией в эмульсиях Пикеринга привело к улучшению диффузии н-пропилового
спирта вглубь полимерных матриц по сравнению с полимерными сорбентами,
синтезированными осадительной полимеризацией в растворе. Установлено, что
импринтирование полимерных матриц обеих серий привело к улучшению проницаемости
полимерных гранул и, следовательно, улучшению диффузии растворителя вглубь гранул.
3.7 Физико-химические свойства полимерных сорбентов
Исследование равновесного набухания сорбентов серии 1, синтезированных
эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга, в растворителях различной природы
(н-пропиловый спирт, вода) при комнатной температуре показало, что природа растворителя
практически не влияла на растяжение полимерных сеток ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4 по
сравнению с КП-1 и ХС-МИП-1-6 (Таблица 1). Это свидетельствовало о более однородной
структуре их матриц. При набухании полимерных сорбентов серии 2, синтезированных в
растворителе, в аналогичных условиях было показано, что природа растворителя оказала
наименьшее изменение полимерной сетки ХС-МИП-2-2 по сравнению с ХС-МИП-2-4 и ХС-
МИП-2-6, что также свидетельствовало о более однородной структуре матрицы.
Одновременно, введение ХС при синтезе способствовало формированию более однородных
матриц импринтированных полимеров по сравнению с КП-2.
При набухании гранул полимерных сорбентов обеих серий в воде было установлено,
что изменение температуры не оказывало существенного влияния на растяжение сеток
полимеров КП-1 и КП-2, что свидетельствовало об их структурной устойчивости. В ряду
импринтированных сорбентов серии 1 наиболее структурно устойчивым являлся ХС-МИП-1-
2. Увеличение количества ХС, введенного при синтезе импринтированных сорбентов как
серии 1, так и серии 2 привело к незначительному росту значений равновесных
коэффициентов набухания (Кнаб) при повышении температуры. Следовательно, повышение
температуры не оказало существенного влияния на растяжение полимерных сеток
импринтированных сорбентов обеих серий, что свидетельствовало о формировании матриц,
обладающих структурной устойчивостью.
Таблица 1 – Физико-химические свойства синтезированных сорбентов.
Кнаб
25 С
0370Сρн,ρи, , , сум ,
Сорбенты
г/см 3 г/см 3
%см3/г
в водев ПСв водев ПС
Селенсодержащие полимерные сорбенты (серия 1)
КП-12.0±0.1 2.5±0.1 2.1±0.1 3.0±0.1 0.232 0.986 76.47±0.011.54±0.14
ХС-МИП-1-21.9±0.1 2.0±0.1 1.9±0.1 2.5±0.1 0.165 0.952 82.67±0.012.76±0.21
ХС-МИП-1-42.1±0.1 2.2±0.1 2.3±0.1 2.9±0.1 0.195 0.924 81.00±0.013.07±0.23
ХС-МИП-1-61.8±0.1 2.2±0.1 2.0±0.1 2.6±0.1 0.170 0.926 83.00±0.013.02±0.23
Полимерные сорбенты (серия 2)
КП-22.3±0.1 3.1±0.1 2.4±0.1 3.6±0.1 0.194 0.880 78.41±0.013.28±0.23
ХС-МИП-2-22.0±0.1 2.2±0.1 2.2±0.1 2.5±0.1 0.277 0.921 69.92±0.012.75±0.21
ХС-МИП-2-42.2±0.1 2.5±0.1 2.4±0.1 3.0±0.2 0.228 0.908 74.88±0.013.06±0.22
ХС-МИП-2-62.1±0.1 2.4±0.1 2.3±0.1 2.6±0.1 0.242 0.920 73.70±0.012.83±0.21
При набухании полимерных гранул в спирте было показано, что в ряду полимеров
серии 1 наиболее структурно устойчивой матрицей обладал ХС-МИП-1-6; а в ряду полимеров
серии 2 – ХС-МИП-2-6. Следовательно, введение ХС в количестве 6 мол.% в
полимеризационные смеси при синтезе полимеров как серии 1, так и серии 2, привело к
формированию наиболее структурно устойчивых полимерных матриц. Одновременно
снижение значений коэффициентов набухания импринтированных сорбентов обеих серий, по
сравнению с соответствующими контрольными аналогами, вне зависимости от природы
растворителя свидетельствовало о более жестко сшитых однородных матрицах.
Увеличениезначенийпористостей в сольватированном состоянии, ,
импринтированных полимеров серии 1 по сравнению с КП-1 свидетельствовало о
формировании более пористых и, соответственно более проницаемых матриц (Таблица 1).
Значения суммарных объемов пор, определенных в набухшем состоянии, , сум, также
возрастали с ростом количества вводимого темплата при синтезе. Однако из общей
тенденции выбивался ХС-МИП-1-4, пористость которого незначительно снижалась, а
суммарный объем пор незначительно возрастал. По всей видимости, это связано с
формированием матрицы, способной к большему растяжению полимерной сетки
посредством сольватации молекулами растворителя, по сравнению с ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-
1-6, что отразилось на и , сум,.
Введение ХС в полимеризационные смеси при синтезе ХС-МИПов-2 привело к
незначительному уменьшению значений и , сум по сравнению с КП-2. Это было
обусловлено формированием более жестко сшитых полимерных сеток в отличие от их
контрольного аналога. Следует отметить, что в ряду ХС-МИПов серии 2 наибольшие
значения и , сум наблюдались у ХС-МИП-2-4. По всей видимости, модификация
полимерной сетки ГЭМА-ЭГДМА 4 мол.% ХС привела к формированию более растяжимой и
менее жестко сшитой полимерной матрицы по сравнению с ХС-МИП-2-2 и ХС-МИП-2-6.
Значения , сум ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-6 незначительно превосходили , сум ХС-МИП-2-2
и ХС-МИП-2-6, в то время как значения , сум ХС-МИП-1-4 и ХС-МИП-2-4 были равны.
Следовательно, при модификации полимерной сетки 4 мол.% ХС, метод синтеза не оказал
существенного влияния на , сум синтезированных полимеров.
Таким образом, осуществление синтеза поверхностно импринтированных
селенсодержащих сорбентов эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга (серии
1) привело к формированию полимерных матриц с большей пористостью по сравнению с
поверхностно импринтированными полимерными сорбентами, синтезированными в растворе
(серии 2). Было показано, что введение ХС при синтезе импринтированных сорбентов как
серии 1, так и серии 2, способствовало формированию более однородных полимерных
матриц по сравнению с их контрольными аналогами. Кроме того, введение ХС в количестве
6 мол.% в полимеризационные смеси при синтезе полимеров как серии 1, так и серии 2,
привело к формированию наиболее структурно устойчивых полимерных матриц. Структурная
устойчивостьимпринтированныхматрицдолжнаспособствоватьсохранению
комплементарности сорбционных центров к молекулам целевого объекта при изменении
условий использования полимеров.
3.8 Равновесная сорбция холестерина полимерными сорбентами
Изотермы сорбции ХС, полученные при температуре 250С на полимерах серии 1,
свидетельствовали об осуществлении полислойного связывания, так как кривые имели точку
перегиба (Рисунок 4, а, в, д, ж). В то время как, при температуре 370С, соответствующей
температуре синтеза, на ХС-МИПах реализовывалась монослойная сорбция (Рисунок 4, г, е,
з), а полислойная сорбция наблюдалась только на КП-1 (Рисунок 4, б). Равновесная сорбция
ХС из модельного однокомпонентного раствора на полимерах серии 2 КП-2 и ХС-МИП-2-2
при температуре 250С описывалась изотермами с максимумом, что было обусловлено
конкурентной сорбцией молекул сорбтива с растворителем (Рисунок 4, а, в). На ХС-МИП-2-4
при 250С реализовывалась полислойная сорбция, а на ХС-МИП-2-6 – монослойная (Рисунок
4, д, ж). При температуре 370С сорбция на импринтированных сорбентах ХС-МИП-2-2 и ХС-
МИП-2-6 осуществлялась в монослое (Рисунок 4, г, з), а на КП-2 и ХС-МИП-2-4 – в полислоях
(Рисунок 4, б, е).
Таким образом, при синтезе полимеров осадительной полимеризацией в растворителе
введение темплата в количествах 2 мол.% и 6 мол.% привело к созданию сорбционной
поверхности полимера, способной к реализации монослойной сорбции ХС при температуре
формирования импринт-сайтов. Одновременно, сорбционная поверхность полимера,
сформированная при введении ХС в количестве 6 мол.%, связывала молекулы целевого
объекта с образованием монослоя как при 250С, так и при 370С.
Согласно феноменологической классификации Джайлза, изотермы сорбции ХС,
полученные на КП-1 и КП-2 при 250С, относятся к изотермам S типа (Рисунок 4, а), что
свидетельствует о низком сродстве сорбционной поверхности к сорбтиву. Также S тип
изотерм сорбции помимо слабого сродства сорбционной поверхности указывает на
вертикальную ориентацию адсорбированных молекул. При 370С изотермы сорбции ХС на КП-
1 и КП-2 относятся к Н типу (Рисунок 4, б), что свидетельствует о высоком сродстве
сорбционной поверхности. Изменение типа изотерм сорбции с S к H было обусловлено
изменением механизма связывания молекул сорбтива с сорбционной поверхностью
полимера при температуре 370С, соответствующей температуре синтеза. По всей видимости,
изменилась ориентация молекул сорбата при связывании с сорбционной поверхностью
полимера, в результате чего сильное сродство гидрофобной поверхности сорбента к
гидрофобной части молекулы ХС способствовало формированию первого слоя сорбата, а
его часть, несущая гидроксильную группу, в большей степени формировала сорбционную
поверхность со слабым сродством для связывания следующего слоя сорбтива. Это
отражается наличием плато на кривых изотерм сорбции при 370С (Рисунок 4, б) по сравнению
с кривыми при температуре 250С (Рисунок 4, а).
Таким образом, осуществление синтеза контрольного полимера эмульсионной
полимеризацией в эмульсиях Пикеринга не привело к значительному изменению сродства
сорбционной поверхности к молекулам ХС по сравнению с сорбционной поверхностью
полимера, синтезированного полимеризацией в растворителе.
qeq, ммоль/кгqeq, ммоль/кг
25°C37°C
1600
1200
КП-1
КП-2
1200КП-1
КП-2
00
051015200246810121416
Ceq, ммоль/лCeq, ммоль/л

аб
qeq, ммоль/кгqeq, ммоль/кг
200025°C37°C
1000

ХС-МИП-1-2
1600800ХС-МИП-2-2

1200600

800ХС-МИП-2-2
ХС-МИП-1-2

400200
024681012141618200246810121416
Ceq, ммоль/лCeq, ммоль/л

вг
qeq, ммоль/кгqeq, ммоль/кг
25°C1200
ХС-МИП-2-437°C
1200ХС-МИП-2-4
ХС-МИП-1-4ХС-МИП-1-4
300
024681012140246810121416
Ceq, ммоль/лCeq, ммоль/л

де
qeq, ммоль/кгqeq, ммоль/кг
120037°C
160025°C

1000ХС-МИП-2-6
ХС-МИП-1-6
1200
800600
ХС-МИП-1-6
ХС-МИП-2-6
00
02468101214160246810121416
Ceq, ммоль/лCeq, ммоль/л

жз
Рисунок 4 – Изотермы равновесной сорбции ХС на КП-1 и КП-2 при 250С (а) и при 370С (б); на
ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-2-2 при 250С (в) и при 370С (г); на ХС-МИП-1-4 и ХС-МИП-2-4 при 250С
(д) и при 370С (е); на ХС-МИП-1-6 и ХС-МИП-2-6 при 250С (ж) и при 370С (з).
При температуре 250С изотерма сорбции ХС на ХС-МИП-2-2 относится к S типу, что
свидетельствует о низком сродстве сорбционной поверхности, а на ХС-МИП-1-2 – относится
к L типу (изотерма типа Ленгмюра) (Рисунок 4, в). Следовательно, введение 2 мол.%
темплата в полимеризационную смесь при синтезе полимерного сорбента эмульсионной
полимеризацией в эмульсиях Пикеринга, привело к усилению сродства сорбционной
поверхности поли(ГЭМА-ЭГДМА) к сорбтиву. Однако, при модификации полимерной сетки 4
мол.% ХС наблюдалось снижение сродства сорбционных поверхностей как ХС-МИП-1-4, так
и ХС-МИП-2-4 (Рисунок 4, д), так как изотермы сорбции относятся к S типу. Возможно, это
было обусловлено сорбцией ХС на неполноценных сайтах связывания. Введение темплата
при синтезе полимеров приводит к случайному формированию сорбционных центров, и в
результате, в структуре полимеров наряду с комплементарными сайтами связывания, могут
образовываться сайты, обладающие комплементарностью только к части молекулы.
Формирование таких сайтов связывания может привести к снижению сродства сорбционной
поверхности полимера к целевому компоненту. В свою очередь, изотермы сорбции,
полученные как на ХС-МИП-1-6, так и на ХС-МИП-2-6 относятся к H типу (Рисунок 4, ж).
Следовательно, введение темплата в количестве 6 мол.% в полимеризационные смеси
привело к значительному усилению сродства сорбционных поверхностей полимерных
сорбентов к молекулам сорбтива независимо от метода их синтеза.
При температуре 370С изотермы сорбции, полученные на ХС-МИП-2-2 и ХС-МИП-2-4,
относятся к Н типу, а на ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4 – к С типу изотерм (Рисунок 4, г, е).
Следовательно, осуществление равновесной сорбции целевого метаболита при температуре
формирования импринт-сайтов привело к увеличению сродства сорбционной поверхности
полимерных сорбентов серии 2 и улучшению доступности сорбционных центров полимерных
сорбентов серии 1. Кроме того, синтез полимеров в эмульсиях Пикеринга способствовал
формированию ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4, обладающих лучшей доступностью сорбционных
центров для связывания молекул ХС по сравнению с сорбционными поверхностями ХС-МИП-
2-2 и ХС-МИП-2-4, полученными полимеризацией в растворителе. Изотерма сорбции,
полученная на ХС-МИП-2-6 при температуре 370С, относится к S типу, что свидетельствует о
низком сродстве сорбционной поверхности, в то время как на ХС-МИП-1-6 относится к Н типу,
следовательно, синтез в эмульсиях Пикеринга привел к усилению сродства сорбционной
поверхности ХС-МИП-1-6 к целевой молекуле ХС (Рисунок 4, з).
Таким образом, синтез импринтированных полимеров серии 1 в эмульсиях Пикеринга
при введении темплата в количестве 2 мол.% и 4 мол.% привел к улучшению доступности
сорбционных центров полученных полимеров по сравнению с полимерными сорбентами
серии 2, синтезированными в растворителе. Введение в полимеризационную смесь 6 мол.%
ХС способствовало формированию сорбционных поверхностей полимеров серии 1 и серии
2, обладающих высоким сродством к ХС при осуществлении сорбции при 250С, а для
полимеров серии 1 – высоким сродством к ХС при реализации сорбции при 250С и 370С.
3.9. Анализ экспериментальных изотерм сорбции теоретическими моделями
Полимерные селенсодержащие сорбенты (серия 1)
Экспериментальные данные изотерм сорбции ХС при 250С удовлетворительно
описывались моделью Фрейндлиха (Таблица 2). При аппроксимации экспериментальных
данных сорбции ХС на КП-1 при 250С значение фактора гетерогенности,1/nf, больше 1, что
свидетельствовало о физических взаимодействиях, которые могут быть обусловлены
совместной адсорбцией молекул ХС, т.к. изотерма относится к S типу. При этом малая
величина KF подтверждает низкое сродство сорбционной поверхности КП-1 к молекулам ХС.
При 370С рост величины KF указывает на увеличение сродства сорбционной поверхности, что
согласуется с изменением типа изотермы с S на H. При этом значение 1/nf стремилось к 0,
что свидетельствует о гетерогенной сорбционной поверхности КП-1. С ростом температуры
за счет увеличения набухания полимерной матрицы с 2.5 до 3.0 улучшалась доступность
карбонильных групп в полимерной матрице, которые взаимодействовали с гидроксильной
группой ХС. В результате при 370С матрица обладала более гетерогенной поверхностью, а
именно участками полимерной цепи, способными к гидрофобным взаимодействиям, и
карбонильными группами, способными к взаимодействию с молекулами ХС.
Таблица 2 – Константы равновесной сорбции холестерина селенсодержащими сорбентами (серия 1), рассчитанные посредством
модельных изотерм методом нелинейной регрессии.

T =250СT =370С
СорбентKLKFKUqmax1/nfRχ2∙10-3KLKFKUqmax1/nfRχ2∙10-3
л/ммольммоль/гл/ммольммоль/г
Модель Ленгмюра
КП-1————2.09±0.700.27±0.020.84100.29
ХС-МИП-1-20.55±0.130.67±0.050.95741.40————
ХС-МИП-1-4————————
ХС-МИП-1-60.15±0.031.78±0.150.99091.610.05±0.012.20±0.350.99560.66
Модель Фрейндлиха
КП-10.06±0.011.43±0.010.999930.18±0.010.19±0.030.93681137
ХС-МИП-1-20.24±0.010.90±0.010.9997290.07±0.011.03±0.060.99531942
ХС-МИП-1-40.04±0.010.73±0.260.77197990.07±0.011.08±0.010.99997
ХС-МИП-1-60.19±0.011.06±0.070.991143800.09±0.011.08±0.130.98063044
Модель БЭТ
КП-10.13±0.110.04±0.010.94±0.520.98485.35—————
ХС-МИП-1-2——————————
ХС-МИП-1-4——————————
ХС-МИП-1-60.29±0.210.03±0.010.99±0.400.96329.000.08±0.100.01±0.021.36±1.530.99290.86
Модель Ленгмюра как частный случай БЭТ (монослой, KU = 0)
КП-1————2.09±0.700.27±0.020.84100.29
ХС-МИП-1-20.55±0.130.67±0.050.95741.42————
ХС-МИП-1-4————————
ХС-МИП-1-60.15±0.031.78±0.150.99091.610.05±0.012.20±0.350.99560.66
Сорбция ХС на ХС-МИП-1-2 при 250С осуществлялась на гетерогенной поверхности
(1/nf < 1). Однако, сорбция при температуре 370С, соответствующей температуре формирования импринт-сайтов, происходила на гомогенной сорбционной поверхности, о чем свидетельствует 1/nf = 1. Следовательно, импринт-сайты при температуре, несоответствующей температуре их формирования, теряли комплементарность к молекулам целевого объекта. Это также отразилось на сорбции ХС на ХС-МИП-1-4 при температуре 250С (1/nf < 1). Однако, при температуре сорбции 370С 1/nf > 1. Значение фактора
гетерогенности больше 1, свидетельствует о связывании ХС с сорбционной поверхностью
полимера за счет дополнительных физических взаимодействий между молекулами сорбата.
В данном случае молекулы ХС связывались друг с другом за счет гидрофобных
взаимодействий. Увеличение количества ХС, вводимого в полимеризационную смесь при
синтезе до 4 мол.%, привело к созданию сорбционной поверхности, требующей для
связывания дополнительных физических взаимодействий между молекулами целевого
вещества. В свою очередь, введение темплата в количестве 6 мол.% способствовало
созданию гомогенной сорбционной поверхности ХС-МИП-1-6, о чем свидетельствует фактор
гетерогенности, стремящийся к 1, при осуществлении сорбции при обеих температурах.
Наибольшее значение KF для сорбции ХС на ХС-МИП-1-2 при температуре 250С (Таблица 2)
указывает на наибольшее сродство его сорбционной поверхности к молекулам ХС, что
согласуется с типами изотерм сорбции по Джайлзу. При сорбции ХС при температуре 370С
наибольшее значение KF наблюдалось для сорбции на КП-1. Это также коррелирует с Н
типом изотермы сорбции ХС на данном сорбенте, указывающим на сильное сродство
сорбционной поверхности. С тип изотерм из классификации Джайлза, к которому относятся
изотермы сорбции на ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4, не характеризует сродство сорбционной
поверхности, а свидетельствует об улучшении доступности сорбционных центров, поэтому
нельзя провести корреляцию с KF. Значение KF для сорбции молекул ХС на ХС-МИП-1-6
выпадает из общей тенденции. Хотя при 250С KF согласуется с H типом изотермы сорбции,
но его значение меньше, чем для ХС-МИП-1-2, у которого изотерма сорбции относится к L
типу, т.е. сорбционная поверхность ХС-МИП-1-6 по Джайлзу должна обладать большим
сродством. При 370С также нет корреляции с типом изотермы. Это может быть обусловлено
тем, что модель Фрейндлиха применима к сорбции на гетерогенной поверхности, а ХС-МИП-
1-6 обладает гомогенной поверхностью (1/nf стремился к 1).
Экспериментальные изотермы сорбции ХС полимерными сорбентами при температуре
250С удовлетворительно описывались моделью Брунауэра-Эмметта-Теллера (БЭТ) для КП-
1, однако для сорбции на ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4 не было полного соответствия
экспериментальным изотермам во всем диапазоне равновесных концентраций. Это было
обусловлено гетерогенностью сорбционных поверхностей данных сорбентов, а условием
применимости модели БЭТ является сорбция на однородных сайтах связывания. Сорбция на
ХС-МИП-1-6 не удовлетворяла модели БЭТ в области перегиба кривой, соответствующего
формированию второго слоя. Изотермы сорбции ХС на КП-1, ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4 при
температуре 370С не удовлетворяли модели БЭТ, поскольку теоретические кривые не
описывали экспериментальные данные. Это было обусловлено тем, что изотермы сорбции
на КП-1 соответствовали H типу, на ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4 – С типу. При сорбции ХС на
ХС-МИП-1-6 при температуре 370С экспериментальные данные хорошо описывались
уравнением БЭТ и указывали на полислойное связывание молекул.
Для определения параметров формирования первого слоя при полислойной сорбции
согласно модели БЭТ, ограничивали параметр KU = 0 (константу равновесия сорбции для
верхних слоев) и равновесную концентрацию, соответствующую плато на кривых изотерм
сорбции. При температуре сорбции 250С на ХС-МИП-1-2 экспериментальные данные
удовлетворительно описывались традиционной моделью Ленгмюра и моделью Ленгмюра как
частного случая модели БЭТ до равновесной концентрации 9.0 ммоль/л, а на ХС-МИП-1-6 –
до равновесной концентрации 11.8 ммоль/л. Сорбция ХС на КП-1 и ХС-МИП-1-4 не
удовлетворяла модели Ленгмюра и модели БЭТ при заданных ограничениях.
Экспериментальные данные сорбции ХС при 370С на КП-1 до равновесной концентрации 7.6
ммоль/л и на ХС-МИП-1-6 – в полном диапазоне концентраций в таких ограничениях модели
БЭТ хорошо описывались и соответствовали параметрам модели Ленгмюра. Сорбция ХС на
ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-4 при 370С не удовлетворяла модели Ленгмюра и модели БЭТ при
KU = 0, т.к. теоретические кривые не выходили на плато в области экспериментальных
значений, а изотермы сорбции соответствовали С типу. Величины KL (константа равновесия
сорбции для первого слоя), определенные из модели Ленгмюра и модели БЭТ при KU = 0, т.е.
характеризующие взаимодействия сорбат-сорбент при формировании монослоя, для
сорбции ХС при температуре 250С на ХС-МИП-1-2 и ХС-МИП-1-6 указывают на более сильное
сродство сорбционной поверхности ХС-МИП-1-2 к молекулам ХС, по сравнению с
сорбционной поверхностью ХС-МИП-1-6. При этом эти данные коррелируют с KF, так как
значение данного параметра, определенного из модели Фрейндлиха, также
свидетельствовало о более сильном сродстве сорбционной поверхности ХС-МИП-1-2 по
сравнению с ХС-МИП-1-6, и для ХС-МИП-1-2 также коррелирует с типом изотермы сорбции.
При 370С модели Ленгмюра удовлетворяла сорбция ХС на КП-1 и ХС-МИП-1-6, а величины
KL свидетельствовали о более сильном сродстве сорбционной поверхности КП-1 по
сравнению с KL ХС-МИП-1-6. При этом значения KL коррелировали со значениями KF,
полученными из модели Фрейндлиха для этих сорбентов, и для КП-1 с типом изотермы
сорбции.
Величины KL и KU, определенные из модели БЭТ при 250С для КП-1, свидетельствуют
о более сильном взаимодействии сорбционной поверхности с молекулами сорбата, чем
взаимодействие сорбат-сорбтив при формировании полислоя. При этом то обстоятельство,
что изотерма сорбции на КП-1 не удовлетворяла модели Ленгмюра, но удовлетворяла
модели БЭТ, может свидетельствовать о начале формирования полислоя в процессе
формирования монослоя. В случае сорбции на ХС-МИП-1-6 при обеих температурах
величины KL и KU свидетельствовали о более сильном взаимодействии сорбат-сорбент по
сравнению с взаимодействиями сорбат-сорбтив.
Учитывая параметры модели Фрейндлиха и условия применимости моделей Ленгмюра
и БЭТ установлено, что при температуре 370С сорбция ХС осуществлялась в отсутствие
взаимодействий между молекулами сорбата на гетерогенной поверхности КП-1; при
температуре 250С также в отсутствие взаимодействий между молекулами ХС на слабо
гетерогенной поверхности ХС-МИП-1-2; а в случае ХС-МИП-1-6 связывание ХС
осуществлялось с гомогенной сорбционной поверхностью, обладающей высоким сродством
к целевым молекулам при обеих температурах.
Полимерные сорбенты (серия 2)
При аппроксимации моделью Фрейндлиха экспериментальных данных сорбции ХС на
КП-2 и ХС-МИП-2-2 при 250С значения 1/nf больше 1 (Таблица 3). Это свидетельствует о
дополнительных физических взаимодействиях между молекулами сорбата, необходимых
для связывания ХС с сорбционной поверхностью. Это подтверждается S типом изотермы
сорбции, который указывает на низкое сродство сорбционных поверхностей. Небольшие
величины KF также свидетельствуют о низком сродстве сорбционных поверхностей КП-2 и
ХС-МИП-2-2 к ХС. Значения 1/nf, характеризующие сорбцию ХС на ХС-МИП-2-4 и ХС-МИП-2-
6 при 250С свидетельствуют о формировании более гетерогенной поверхности сорбентов по
сравнению с КП-2 и ХС-МИП-2-2. При 370С значение 1/nf, характеризующее сорбцию ХС на
ХС-МИП-2-2, больше 1, что свидетельствует о связывании сорбтива с сорбционной
поверхностью посредством дополнительных физических взаимодействий между молекулами
сорбата. Увеличение температуры до 370С привело к изменению характера связывания ХС с
сорбционными поверхностями ХС-МИП-2-4 и ХС-МИП-2-6. В первом случае значение 1/nf
свидетельствует о сорбции на более гетерогенной поверхности по сравнению с сорбцией при
250С, а во втором случае значение 1/nf – о сорбции на поверхности со слабым сродством (S
тип) с необходимостью дополнительных физических взаимодействий. Значения KF для ХС-
МИП-2-4 и ХС-МИП-2-6 при 250С были больше, чем значения KF для КП-2 и ХС-МИП-2-2. Это
указывает на высокое сродство их сорбционных поверхностей к молекулам ХС. В случае ХС-
МИП-2-6 это подтверждается Н типом изотерм сорбции. В случае ХС-МИП-2-4 изотерма
сорбции относится к S типу, указывающему на слабое сродство сорбционной поверхности,
но на КП-2 и ХС-МИП-2-2 осуществлялась конкурентная сорбция ХС с растворителем. В
случае сорбции ХС при 370С маленькое значение KF ХС-МИП-2-6 коррелирует с S типом
изотермы сорбции, что также указывает на низкое сродство сорбционной поверхности к ХС.
Таблица 3 – Константы равновесной сорбции холестерина полимерными сорбентами (серия 2), рассчитанные посредством модельных
изотерм методом нелинейной регрессии.

T =250СT =370С
СорбентKLKFKUqmax1/nfRχ2∙10-3KLKFKUqmax1/nfRχ2∙10-3
л/ммольммоль/гл/ммольммоль/г
Модель Ленгмюра
КП-2————————
ХС-МИП-2-2————————
ХС-МИП-2-40.04±0.032.19±1.320.97141.530.12±0.041.59±0.260.97403.59
ХС-МИП-2-60.05±0.012.09±0.220.99630.34————
Модель Фрейндлиха
КП-20.03±0.011.59±0.050.99960.01————
ХС-МИП-2-20.03±0.012.50±0.230.99540.500.33±0.042.00±0.660.87043.1
ХС-МИП-2-40.11±0.020.81±0.090.97671.240.12±0.010.41±0.010.99900.003
ХС-МИП-2-60.11±0.010.84±0.060.99130.520.07±0.012.31±0.080.99930.069
Модель БЭТ
КП-2—————————
ХС-МИП-2-2—————————
ХС-МИП-2-40.32±0.130.05±0.010.42±0.060.99311.260.12±0.042.08‧10-161.59±0.290.96754.49
ХС-МИП-2-60.05±0.019.64‧10-162.09±0.250.99510.46————
Модель Ленгмюра как частный случай БЭТ (монослой, KU = 0)
КП-2——————————
ХС-МИП-2-2——————————
ХС-МИП-2-40.04±0.0302.19±1.320.97141.530.12±0.0401.59±0.260.97403.59
ХС-МИП-2-60.05±0.0102.09±0.220.99630.34—————
Изотермы сорбции ХС при 250С на КП-2 и ХС-МИП-2-2 и при 370С на КП-2, ХС-МИП-2-
2 и ХС-МИП-2-6 не удовлетворяли модели БЭТ, поскольку теоретические кривые не
соответствовали экспериментальным данным. Вероятно, это обусловлено тем, что изотермы
сорбции при 250С на КП-2 и ХС-МИП-2-2 относятся к S типу, а также описывают конкурентную
сорбцию ХС; при температуре 370С на КП-2 и ХС-МИП-2-2 соответствуют H типу, а на ХС-
МИП-2-6 – S типу. Экспериментальные данные изотерм сорбции ХС полимерными
сорбентами при 250С удовлетворительно описывались моделью БЭТ для ХС-МИП-2-4, что
свидетельствовало о полислойной сорбции. Величины KL и KU, определенные из модели БЭТ
при 250С для ХС-МИП-2-4, свидетельствуют о более сильном взаимодействии сорбционной
поверхности с молекулами сорбата, чем взаимодействия сорбат-сорбтив. Изотермы сорбции
ХС полимерными сорбентами также удовлетворительно описывались моделью БЭТ при 250С
для ХС-МИП-2-6 и при 370С для ХС-МИП-2-4. Значения констант, характеризующих
связывание верхних слоев в полислое, КU имели порядок 10-16 (Таблица 3), что
свидетельствует о низком сродстве сформировавшегося монослоя к молекулам сорбтива.
Одновременно значения KL и qmax ХС-МИП-2-6 соответствуют значениям, полученным при
аппроксимации моделью Ленгмюра, что свидетельствует о монослойной сорбции. Кроме
того, величины KL и KU как для сорбции ХС при температуре 250С на ХС-МИП-2-6, так и при
370С на ХС-МИП-2-4 свидетельствуют о более сильном взаимодействии сорбент-сорбат.
Сорбция ХС при 250С на ХС-МИП-2-4 удовлетворительно описывалась моделью БЭТ
при ограничении KU = 0 и моделью Ленгмюра до равновесной концентрации 8.8 ммоль/л и на
ХС-МИП-2-6 – во всем диапазоне концентраций, что указывало на формирование монослоя.
Однако при сорбции ХС на КП-2 и на ХС-МИП-2-2 теоретические кривые модели БЭТ при KU
= 0 и модели Ленгмюра не соответствовали экспериментальным точкам. По всей видимости,
это могло быть обусловлено конкуренцией молекул сорбтива с молекулами растворителя за
сорбционные центры, т.к. экспериментальные изотермы сорбции имеют максимум, что по
классификации Джайлза указывает на конкурентную сорбцию. Более того, изотермы сорбции
относятся к S типу, что свидетельствует о слабом сродстве сорбционных поверхностей КП-2
и ХС-МИП-2-2 к ХС. Экспериментальные изотермы сорбции ХС на ХС-МИП-2-4 при 370С
удовлетворяли модели БЭТ при KU = 0 и модели Ленгмюра во всем диапазоне концентраций,
а изотермы сорбции ХС на КП-2, ХС-МИП-2-2 и ХС-МИП-2-6 не удовлетворяли моделям,
поскольку теоретические кривые не соответствовали экспериментальным точкам. Величины
KL, определенные из данных моделей, для сорбции ХС при 250С на ХС-МИП-2-4 и ХС-МИП-
2-6 указывают на практически одинаковое сродство сорбционных поверхностей к сорбтиву.
Установлено, что связывание холестерина КП-2 и ХС-МИП-2-2 при 250С
осуществлялось посредством дополнительных физических взаимодействий между
молекулами сорбата, а на ХС-МИП-2-4 и ХС-МИП-2-6 – на более гетерогенных поверхностях
сорбентов. В то же время при 370С связывание молекул ХС с сорбционными поверхностями
ХС-МИП-2-2 и ХС-МИП-2-6 также осуществлялось посредством дополнительных физических
взаимодействий; а на ХС-МИП-2-4 – на более гетерогенной поверхности. При этом при 250С
сорбция ХС на ХС-МИП-2-4 и на ХС-МИП-2-6 и при 370С на ХС-МИП-2-4 свидетельствовала
о превалировании взаимодействий сорбент-сорбат.
Таким образом, осуществление синтеза полимеров методом эмульсионной
полимеризации в эмульсиях Пикеринга с введением 6 мол.% темплата привело к
формированию гомогенной сорбционной поверхности, обладающей высоким сродством к
молекулам ХС при температуре сорбции 250С и 370С. Синтез осадительной полимеризацией
в растворителе с введением 2 мол.% ХС привел к формированию сорбционной поверхности
полимера, требующей для связывания ХС дополнительных физических взаимодействий
между молекулами сорбата. Введение 4 мол.% темплата при данном методе синтеза привело
к формированию сорбционной поверхности сорбента, обладающей слабым сродством к ХС
при температуре сорбции 250С и высоким сродством при 370С. Введение в
полимеризационную смесь 6 мол.% ХС способствовало формированию сорбционной
поверхности полимера со слабым сродством к молекулам целевого объекта, требующей для
связывания ХС дополнительных физических взаимодействий между молекулами сорбата при
температуре сорбции 370С, и сильным сродством к молекулам ХС при температуре сорбции
250С.
3.10 Площадь доступной сорбционной поверхности для связывания молекул
холестерина синтезированными сорбентами
Площадь доступной сорбционной поверхности для молекулы ХС рассчитывалась с
использованием значений емкости монослоя (qmax). Поскольку qmax определяется с помощью
моделей изотерм сорбции Ленгмюра и БЭТ или графически с помощью точки Брунауэра
(точка В), то в тех случаях, где было возможно определить qmax были рассчитаны Sуд.
Увеличение количества введенного темплата в полимеризационную смесь при синтезе
сорбентов серии 1 приводило к увеличению Sуд как при температуре 250С (ХС-МИП-1-2 – 185
м2/г, ХС-МИП-1-6 – 334 м2/г), так и при температуре 370С, соответствующей температуре
синтеза (КП-1 – 61 м2/г, ХС-МИП-1-2 – 179 м2/г, ХС-МИП-1-4 – 199 м2/г). В свою очередь у
полимерных сорбентов серии 2 с увеличением количества темплата ХС наблюдался рост
значений Sуд только при температуре сорбции 370С (КП-2 – 111 м2/г, ХС-МИП-2-2 – 148 м2/г,
ХС-МИП-2-4 – 253 м2/г, ХС-МИП-2-6 – 280 м2/г).
Таким образом, повышение содержания ХС в реакционных смесях при синтезе
полимерных сорбентов как методом эмульсионной полимеризации в эмульсиях Пикеринга,
так и при осуществлении полимеризации в растворителе привело к росту значений площадей
сорбционных поверхностей доступных для молекул ХС при температуре сорбции,
соответствующей температуре формирования импринт-сайтов.
3.11 Динамика сорбции холестерина поверхностно импринтированными
cеленсодержащими сорбентами из модельного раствора
3.11.1 Определение оптимальных условий сорбции холестерина
Исследование динамики сорбции ХС из модельного раствора сорбентами серии 1
показало, что при скорости протекания подвижной фазы, v, равной 0.25 мл·мин–1
фронтальные кривые были симметричны (Рисунок 5, а). Это свидетельствовало о
реализации регулярных режимов динамики сорбции ХС исследуемыми сорбентами.
Одновременно, с ростом количества ХС, введенного при синтезе, регулярность режима
сорбции улучшалась. При этом наблюдалось размытие концентрационных фронтов, что
было обусловлено медленным насыщением глубоко расположенных внутри гранул
сорбционных центров (Рисунок 5, а). Кроме того, при осуществлении динамики сорбции ХС в
ряду ХС-МИПов-1 наблюдался рост динамических сорбционных емкостей, qдин, с 2.35
ммоль·мл-1 до 2.78 ммоль·мл-1 и рост степени извлечения, R, с 22.8 % до 53.1 % ХС из
модельного раствора, а также увеличение импринтинг факторов, IF, с 0.9 до 1.1.
C/C0C/C0Рисунок5–
1.01.0

0.90.9
Фронтальные
0.80.81
динамические кривые
0.7
0.7
сорбции ХС: а – при v =
0.6
0.6
30.25 мл·мин-1; б – при v
0.50.5
4= 0.5 мл·мин-1. Н = 3.0
40.4
0.4
см, С0 = 16 ммоль/л. 1 –
0.30.3

0.20.2
на КП-1; 2 – на ХС-МИП-
0.10.11-2; 3 – на ХС-МИП-1-4;
0.00.04 – на ХС-МИП-1-6.
0246810121402468101214
V-Vм, млV-Vм, мл
аб
При увеличении v до 0.5 мл·мин регулярность режима сорбции на ХС-МИПах не
-1

зависела от количества введенного ХС при синтезе (Рисунок 5, б). На всех импринтированных
сорбентах наблюдались более регулярные режимы сорбции по сравнению с сорбцией на КП-
1. При этом увеличение v способствовало обострению концентрационного фронта ХС, а
также приводило к снижению qдин исследуемых сорбентов по сравнению с qдин при v = 0.25
мл·мин-1. Кроме того, на всех импринтированных сорбентах при v = 0.5 мл·мин-1 наблюдались
практически равные значения R (~ 55.0 %). Следует отметить, что для ХС-МИП-1-6 значения
R практически не зависели от v (0.25 мл·мин-1 – 53.1 % и 0.5 мл·мин-1 – 56.7 %). Увеличение
скорости до 0.5 мл·мин-1 приводило к преимущественному насыщению сорбционных центров
поверхностно импринтированного слоя гранул, в результате уменьшался вклад
неспецифичного связывания, что отразилось на значениях IF (превышали 1).
Таким образом, исследование динамики сорбции ХС на колонках с селенсодержащими
полимерными сорбентами при Н = 3.0 см и скоростях протекания подвижной фазы 0.25
мл·мин-1 и 0.5 мл·мин-1 показало, что импринтирование полимерных матриц в процессе
синтеза приводило к регуляризации режимов сорбции.
Для исследования влияния высоты сорбирующего слоя на сорбцию ХС была выбрана
v = 0.25 мл·мин-1, так как значения qдин всех исследуемых сорбентов были наибольшими.
Увеличение Н до 4.5 см привело, с одной стороны, к регуляризации режима сорбции на всех
исследуемых сорбентах по сравнению с сорбцией при Н равной 3.0 см, а, с другой стороны,
к «размытию» концентрационных фронтов, особенно это заметно на фронтальной кривой,
описывающей динамику сорбции ХС на ХС-МИП-1-6 (Рисунок 6, кр. 4). Кроме того,
осуществление сорбции ХС в динамических условиях при Н = 4.5 см привело к снижению qдин
полимерных сорбентов серии 1 по сравнению с сорбцией ХС при Н = 3.0 см. При Н = 4.5 см
сорбционные емкости в ряду импринтированных сорбентов возрастали с 1.67 ммоль·мл-1 до
1.96 ммоль·мл-1, а значения R, полученные для ХС-МИПов-1 (R ~ 48.0 %), незначительно
отличались от значений R, полученных для КП (R = 51.9 %). Кроме того, у всех
импринтированных сорбентов серии 1 значения IF были больше 1, что свидетельствовало о
превалировании специфичного связывания в ряду ХС-МИПов-1.
C/C0
1.0
0.9
0.8
0.71Рисунок 6 – Фронтальные динамические кривые сорбции
0.62ХС при v = 0.25 мл·мин-1, Н = 4.5 см: 1 – на КП-1, 2 – на
0.5
ХС-МИП-1-2, 3 – на ХС-МИП-1-4, 4 – на ХС-МИП-1-6, С0 =
0.44
0.3
16 ммоль/л.
0.2
0.1
0.0
02468101214
V-Vм, мл
В результате исследования динамики сорбции ХС из модельного однокомпонентного
раствора сорбентами серии 1 были определены оптимальные условия осуществления
динамического сорбционного процесса извлечения ХС с реализацией регулярного режима
сорбции: v = 0.25 мл·мин-1 и Н = 3.0 см.
3.11.2 Исследование селективности сорбции холестерина
Для исследования селективности сорбции были выбраны оптимальные условия
реализации динамического сорбционного процесса. В качестве твердой фазы был выбран
ХС-МИП-1-6, поскольку данный сорбент обладал наибольшими динамической сорбционной
емкостью и импринтинг фактором в оптимальных условиях. В качестве объекта сравнения
была выбрана холевая кислота как наиболее близкий структурный аналог ХС. В отличие от
фронтальных кривых динамики сорбции ХС, выходные кривые сорбции холевой кислоты как
на КП-1, так и на ХС-МИП-1-6 были ассиметричны, что свидетельствовало о реализации
нерегулярных режимов сорбции (Рисунок 7). Кроме того, наблюдалось размытие
концентрационных фронтов холевой кислоты.
C/C0C/C0
1.01.0
Рисунок7–
0.90.9Фронтальные
0.8
0.8динамические
0.70.7
кривые сорбции ХС и
0.60.61
0.5
20.5
холевой кислоты при
0.40.4
2v = 0.25 мл·мин-1, Н =
0.30.34.5 см: а – КП-1 и б –
0.20.2
ХС-МИП-1-6. 1 – ХС,
2 – холевая кислота.
0.10.1

0.00.0
0246810121416180246810121416
V-Vм, млV-Vм, мл
аб
Значение параметра селективности, α, для сорбции на КП-1 было меньше 1 (α = 0.85).
Это свидетельствовало о большей селективности неимпринтированного полимера к холевой
кислоте,посколькумолекулыхолевойкислоты способнывзаимодействовать
гидроксильными группами с карбонильными группами матрицы полимера. Для ХС-МИП-1-6
α = 1.72, что свидетельствовало о его высокой селективности по отношению к целевому
объекту за счет связывания молекул ХС с комплементарными импринт-сайтами.
Таким образом, полимерный сорбент, импринтированный 6 мол.% ХС, обладал
большей селективностью по отношению к целевому компоненту по сравнению с КП-1.
3.12 Исследование способности поверхностно импринтированных cеленсодержащих
полимерных сорбентов к извлечению холестерина в составе липопротеиновых
комплексов из плазмы крови
С целью доказательства способности импринтированного полимера к извлечению
связанного ХС из многокомпонентной смеси была исследована сорбция ХС на сорбентах
серии 1 из плазмы крови in vitro. Равновесные емкости сорбции ХС на ХС-МИП-1-6
превышали емкости сорбции ХС на КП-1 в широком интервале концентраций. Степень
извлечения общего ХС из плазмы крови для ХС-МИП-1-6 составила 29 %, тогда как для КП-1
– 14 %. Следовательно, извлечение целевого компонента из плазмы крови в статических
условиях с помощью импринтированного полимерного сорбента осуществлялось в 2 раза
эффективнее по сравнению с контрольным аналогом.
Для доказательства способности сорбентов к извлечению ХС, находящегося в составе
липопротеиновых комплексов, в динамических условиях была осуществлена сорбция ХС из
плазмы крови в оптимальных условиях реализации динамического сорбционного процесса.
Биохимический анализ исходной сыворотки плазмы крови, проведенный в клинико-
диагностической лаборатории «Invitro», показал завышенные показатели липидного
профиля. После пропускания плазмы через колонки с КП-1 и ХС-МИП-1-6, показатели
липидного профиля свидетельствовали о снижении уровня триглицеридов, общего ХС, ХС-
ЛПВП, ХС-не-ЛПВП и ХС-ЛПНП (по Фридвальду). Степень извлечения до начала проскока
общего ХС из плазмы крови больного гиперхолестеринемией с применением ХС-МИП-1-6
составила 92%, а с применением КП-1 – 72%. Это свидетельствовало о способности обоих
сорбентов к извлечению ХС в составе липопротеиновых комплексов из плазмы крови.
Таким образом, поверхностно импринтированный 6 мол.% ХС полимерный сорбент,
синтезированный эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга, способен
извлекать связанный холестерин из плазмы крови и снижать показатели липидного профиля
более эффективно по сравнению с неимпринтированным аналогом. Полученные результаты
в дальнейшем могут послужить основой для разработки эффективного динамического
процесса сорбции связанного ХС из плазмы крови in vitro.
ВЫВОДЫ
1.Разработаны методы синтеза поверхностно импринтированных молекулами
холестерина полимерных сорбентов на основе 2-гидроксиэтилметакрилата и этиленгликоль
диметакрилата путем свободно радикальной эмульсионной полимеризации в эмульсиях
Пикеринга с использованием наночастиц селена для стабилизации полимер-мономерных
капель и осадительной полимеризацией в растворителе и исследованы их физико-
химические и сорбционные свойства.
2.Показаноулучшение проницаемости для растворителя полимерных гранул,
синтезированных эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга по сравнению с
гранулами,синтезированнымиосадительнойполимеризациейврастворителе.
Импринтирование полимерных гранул способствует формированию более однородных,
структурно-устойчивых матриц и повышению их проницаемости для растворителя по
сравнению с их контрольными аналогами. Наиболее структурно устойчивым являлся
поверхностно импринтированный 6 мол.% холестерина полимерный сорбент.
3.Установлено увеличение площадей сорбционных поверхностей доступных для
молекул холестерина у импринтированных полимерных сорбентов. Показано, что гомогенной
сорбционной поверхностью с высоким сродством к целевой молекуле обладал сорбент,
синтезированный эмульсионной полимеризацией в эмульсиях Пикеринга при введении 6
мол.% холестерина.
4.Определены условия осуществления селективного извлечения холестерина
импринтированными сорбентами из модельного раствора с реализацией регулярного режима
сорбции. Показано, что полимерный сорбент, импринтированный 6 мол.% холестерина,
обладает наибольшими динамической сорбционной емкостью и импринтинг фактором в
оптимальных условиях динамической сорбции и эффективно извлекает липопротеиновые
комплексы из плазмы крови по сравнению с неимпринтрованным аналогом.