Структурообразование неионогенного блоксополимера pluronic P123 при варьировании температуры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом динамического рассеяния света исследованы водные растворы Pluronic P123 при варьировании температуры, растворителя и добавок кверцетина. Выявлены существенные изменения среднего размера частиц и индекса полидисперсности в зависимости от условий. Изучено влияние температуры на мицеллообразование блоксополимера в водном растворе в интервале T = 15–45°С, наиболее часто рассматриваемом при использовании Р123 в золь-гель синтезе кремнеземов. Наиболее существенное влияние температуры на мицеллообразование рассматриваемого ПАВ отмечено при T = 15–20°C. При этом распределение интенсивности рассеяния по размерам полимодально, что указывает на присутствие в системе макромолекул, мицелл и их агрегатов. Дальнейший рост температуры до 45°C не приводит к значительному изменению размера частиц. В водных растворах в интервалах температур 21–25 и 35–40°C формируются мицеллы с узким распределением по размерам (минимальным индексом полидисперсности). Отмечено значительное влияние добавок алканолов и полифенольных веществ как солюбилизатов, способных влиять на структуру мицелл как в их объеме, так и на поверхности полярных частей ПАВ. Показано, что в присутствии бутанола-1 наблюдается стабилизация мицелл при температурах 15–20°C. При T > 30°C происходят перестройки структуры мицелл. По мере увеличения доли бутанола-1 в растворе его влияние проявляется при меньших температурах. Отмечено, что этанол оказывает деструктивное действие на мицеллы. Добавки кверцетина проявляют противоположный стабилизирующий мицеллы эффект, приводящий к формированию однородной структуры ПАВ. Показано, что, варьируя состав растворителя, можно контролировать связывание флавоноида с мицеллой за счет изменения сольватации. Наибольшее влияние кверцетина на структурообразование P123 отмечено при составе растворителя, отвечающего мольному соотношению этанола и блоксополимера n(EtOH) : n(P123)=80 : 1.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Завалюева

Воронежский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a-kh-01@yandex.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

С. И. Карпов

Воронежский государственный университет

Email: a-kh-01@yandex.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

А. Н. Дубовицкая

Воронежский государственный университет

Email: a-kh-01@yandex.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

М. Г. Холявка

Воронежский государственный университет

Email: a-kh-01@yandex.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

В. Ф. Селеменев

Воронежский государственный университет

Email: a-kh-01@yandex.ru
Россия, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018

Список литературы

  1. Patidar P., Bahadur A. Modulating effect of different biomolecules and other additives on cloud point and aggregation of amphiphilic linear and starblock copolymer // Journal of Molecular Liquids. 2018. V. 249. P. 219–226. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.11.019
  2. Patidar P., Pillai S.A., Bahadur P., Bahadur A. Tuning the self-assembly of EO-PO block copolymers and quercetin solubilization in the presence of some common pharmacuetical excipients: A comparative study on a linear triblock and a starblock copolymer // Journal of Molecular Liquids. 2017. V. 241. P. 511–519. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2017.06.035
  3. Wei D., Ge L., Guo R. Microstructure transition of hydrophilic modified ibuprofen and Pluronic copolymer F127 complexes // Colloid and Polymer Science. 2013. V. 291. P. 1255–1265. https://doi.org/10.1007/s00396-012-2859-8
  4. Basak R., Bandyopadhyay R. Encapsulation of hydrophobic drugs in Pluronic F127 micelles: Effects of drug hydrophobicity, solution temperature, and pH // Langmuir. 2013. V. 29. № 13. P. 4350–4356. https://doi.org/10.1021/la304836e
  5. Zhao D., Feng J., Huo Q. et al. Triblock copolymer syntheses of mesoporous silica with periodic 50 to 300 angstrom pores // Science. 1998. V. 279. № 5350. P. 548–552. https://doi.org/10.1126/science.279.5350.548
  6. Kim T. W., Kleitz F., Paul B., Ryoo R. MCM-48-like large mesoporous silicas with tailored pore structure: Facile synthesis domain in a ternary triblock copolymer-butanol-water system // Journal of the American Chemical Society. 2005. V. 127. № 20. P. 7601–7610. https://doi.org/10.1021/ja042601m
  7. Roik N.V., Belyakova L.A., Dziazko M.O., Oranska O.I. Influence of azo dye additives on structural ordering of mesoporous silicas // Applied Nanoscience. 2020. V. 10. № 8. P. 2547–2556. https://doi.org/10.1007/s13204-019-01013-5
  8. Дементьева О.В., Наумова К.А., Шишмакова Е.М. и др. Синтез бифункциональных частиц-контейнеров из кремнезема на мицеллах антисептика с солюбилизированным куркумином и оценка их биологической активности // Коллоид. журн. 2021. Т. 83. № 6. С. 623–633. https://doi.org/10.31857/s0023291221060021
  9. Beck J.S., Vartuli J.C., Roth W.J. et al. A new family of mesoporous molecular sieves prepared with liquid crystal templates // Journal of the American Chemical Society. 1992. V. 114. № 27. P. 10834–10843. https://doi.org/10.1021/JA00053A020
  10. Wanka G., Hoffmann H., Ulbricht W. Phase diagrams and aggregation behavior of poly(oxyethylene)-poly(oxypropylene)-poly(oxyethylene) triblock copolymers in aqueous solutions // Macromolecules. 1994. V. 27. № 15. P. 4145–4159. https://doi.org/10.1021/ma00093a016
  11. Letaief N., Lucas-Girot A., Oudadesse H. et al. Effect of aging temperature on the structure, pore morphology and bioactivity of new sol-gel synthesized bioglass // Journal of Non-Crystalline Solids. 2014. V. 402. P. 194–199. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.06.005
  12. Хлуднева А.С., Карпов С.И., Ресснер Ф., Селеменев В.Ф. Структура и сорбционные свойства мезопористых кремнеземов, синтезированных при варьировании температуры и кремниевой основы // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. № 5. С. 669–680. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3773
  13. Dan H., Chen L., Xian Q. et al. Tailored synthesis of SBA-15 rods using different types of acids and its application in adsorption of uranium // Separation and Purification Technology. 2019. V. 210. P. 491–496. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2018.08.039
  14. Costa F.O., Misael C.G.A., Silva A.M., Sousa B.V. Textural analysis of SBA-15 molecular sieve using ethanol as co-solvent // Adsorption. 2015. V. 21. P. 671–676. https://doi.org/10.1007/s10450-015-9717-1
  15. Semeykina V., Zharov I. Medium controlled aggregative growth as a key step in mesoporous silica nanoparticle formation // Journal of Colloid and Interface Science. 2022. V. 615. P. 236–247. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.01.166
  16. Oliveira M.R., Deon M., Benvenutti E.V. et al. Effect of microwave irradiation on the structural, chemical, and hydrophilicity characteristics of ordered mesoporous silica SBA-15 // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2020. V. 94. P. 708–718. https://doi.org/10.1007/s10971-020-05219-w
  17. Li Y., Tian Y., Jia X. et al. Effect of pharmaceutical excipients on micellization of Pluronic and the application as drug carrier to reverse MDR // Journal of Molecular Liquids. 2023. V. 383. P. 122182. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.122182
  18. Khimani M., Rao U., Bahadur P., Bahadur P. Calorimetric and scattering studies on micellization of Pluronics in aqueous solutions: Effect of the size of hydrophilic PEO end blocks, temperature, and added salt // Journal of Dispersion Science and Technology. 2014. V. 35. № 11. P. 1599–1610. https://doi.org/10.1080/01932691.2013.858349
  19. Parmar A., Singh K., Bahadur A. et al. Interaction and solubilization of some phenolic antioxidants in Pluronic® micelles // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2011. V. 86. № 2. P. 319–326. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2011.04.015
  20. Chaghi R., Ménorval L.C.de, Charnay C., Zajac J. Competitive interactions between components in surfactant-cosurfactant-additive systems // Journal of Colloid and Interface Science. 2010. V. 344. № 2. P. 402–409. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.12.064
  21. Ерин К.В. Об изменении распределения частиц и агрегатов по размерам при разбавлении магнитных жидкостей // Коллоид. журн. 2017. Т. 79. № 1. С. 32–37. https://doi.org/10.7868/s0023291217010037
  22. Молодкина Л.М., Голикова Е.В., Бареева Р.С. и др. Кинетика агрегации гидрозоля ОХ50 в растворах NаCl, исследованная методом динамического светорассеяния // Коллоид. журн. 2016. Т. 78. № 5. С. 578–587. https://doi.org/10.7868/s0023291216050104
  23. Branca C., D’Angelo G. Aggregation behavior of Pluronic F127 solutions in presence of chitosan/clay nanocomposites examined by dynamic light scattering // Journal of Colloid and Interface Science. 2019. V. 542. P. 289–295. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.02.031
  24. Luo H., Jiang K., Liang X. et al. Insights into morphological transition of Pluronic P123 micelles as a function of gallate // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. V. 572. P. 221–229. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.04.005
  25. Dey J., Kumar S., Nath S. et al. Additive induced core and corona specific dehydration and ensuing growth and interaction of Pluronic F127 micelles // Journal of Colloid and Interface Science. 2014. V. 415. P. 95–102. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2013.10.019
  26. Nguyen-Kim V.., Prévost S., Seidel K. et al. Solubilization of active ingredients of different polarity in Pluronic® micellar solutions – Correlations between solubilizate polarity and solubilization site // Journal of Colloid and Interface Science. 2016. V. 477. P. 94–102. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.05.017
  27. Parekh P., Dey J., Kumar S. et al. Butanol solubilization in aqueous F127 solution: Investigating the enhanced micellar solvation and consequent improvement in gelation characteristics // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2014. V. 114. P. 386–391. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.10.030
  28. Maheswari U., Sridevi Sangeetha K.S., Umamaheswari S. et al. Flavonoids: Therapeutic potential of natural pharmacological agents // International journal of pharmaceutical sciences and research. 2016. V. 7. № 10. P. 3924–3930. https://doi.org/10.13040/IJPSR.0975-8232.7(10).3924-30
  29. Taraba A., Szymczyk K., Tyszczuk-Rotko K. Surfactant-rutin-alcohol interactions: A multi-techniques analysis // Journal of Molecular Liquids. 2021. V. 328. P. 115447. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115447
  30. Tiwari S., Ma J., Rathod S., Bahadur P. Solubilization of quercetin in P123 micelles: Scattering and NMR studies // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. V. 621. P. 126555. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.126555
  31. Roik N.V., Belyakova L.A., Dziazko M.O. Solubilization of azo dyes by cetyltrimethylammonium bromide micelles as structure control factor at synthesis of ordered mesoporous silicas // Journal of Molecular Liquids. 2021. V. 328. P. 115451. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.115451
  32. Наумова К.А., Дементьева О.В., Зайцева А.В., Рудой В.М. Солюбилизация как способ создания гибридных мицеллярных темплатов для синтеза многофункциональных мезопористых частиц-контейнеров // Коллоид. журн. 2019. Т. 81. № 4. С. 478–486. https://doi.org/10.1134/s0023291219040098
  33. H.J., Ryu C.Y. Scalable PEO-PPO-PEO triblock copolymer purification from Pluronics through competitive adsorption // Polymer. 2012. V. 53. № 22. P. 5052–5059. http://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.09.009
  34. Ganguly R., Kumar S., Soumya M. et al. Structural and therapeutic properties of salicylic acid-solubilized Pluronic solutions and hydrogels // Soft Matter. Royal Society of Chemistry. 2024. V. 20. № 9. P. 2075–2086. https://doi.org/10.1039/d4sm00079j
  35. Filippov S.K., Khusnutdinov R., Murmiliuk A. et al. Dynamic light scattering and transmission electron microscopy in drug delivery: A roadmap for correct characterization of nanoparticles and interpretation of results // Materials Horizons. Royal Society of Chemistry. 2023. V. 10. № 12. P. 5354–5370. https://doi.org/10.1039/d3mh00717k
  36. Jian T., Anastasiadis S.H., Semenov A.N. et al. Dynamics of composition fluctuations in diblock copolymer solutions far from and near to the ordering transition // Macromolecules. 1994. V. 27. № 17. P. 4762–4773. https://doi.org/10.1021/ma00095a017
  37. Stepanek P., Lodge T.P. Dynamic Light Scattering from Block Copolymer Melts near the Order-Disorder Transition. 1996. V. 29. № 4. P. 1244–1251. https://doi.org/10.1021/ma9509772
  38. Ricardo N.M.P.S., Ricardo N.M.P.S., Costa F. de M.L.L. et al. The effect of n-, s- and t-butanol on the micellization and gelation of Pluronic P123 in aqueous solution // Journal of Colloid and Interface Science. 2011. V. 353. № 2. P. 482–489. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2010.09.061
  39. Dahanayake R., Dormidontova E.E. Molecular structure and co-solvent distribution in PPO-PEO and Pluronic micelles // Macromolecules. 2022. V. 55. № 23. P. 10439–10449. https://doi.org/10.1021/acs.macromol.2c01206
  40. Hsu Y.H., Tsui H.W., Lee C.F. et al. Effect of alcohols on the heat of micellization of Pluronic F88 aqueous solutions // Colloid and Polymer Science. 2015. V. 293. P. 3403–3415. https://doi.org/10.1007/s00396-015-3662-0
  41. Volkova T., Simonova O., Perlovich G. Revisiting the solubility–permeability relationship with hydrophobic drug umifenovir in Pluronic solutions: Impact of pH and co-solvent // Pharmaceutics. 2023. V. 15. № 2. P. 422. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15020422
  42. Thapa R.K., Cazzador F., Grønlien K.G., Tønnesen H.H. Effect of curcumin and cosolvents on the micellization of Pluronic F127 in aqueous solution // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2020. V. 195. P. 111250. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020.111250
  43. Chaghi R., Ménorval L.C., Charnay C., Zajac J. Competitive interactions between components in surfactant-cosurfactant-additive systems // Journal of Colloid and Interface Science. 2010. V. 344. № 2. P. 402–409. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.12.064
  44. Taraba A., Szymczyk K. Spectroscopic studies of the quercetin/rutin-nonionic surfactant interactions // Journal of Molecular Liquids. 2022. V. 360. P. 119483 https://doi.org/10.1016/j.molliq.2022.119483

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Распределение по размерам в растворе P123 при варьировании температуры (1 – 15°C, 2 – 17°C, 3 – 20°C, 4 – 21°C, 5 – 25°C, 6 – 30°C, 7 – 35°C, 8 – 40°C, 9 – 45°C): а) по интенсивности рассеяния; б) по числу частиц; в) по объему.

Скачать (41KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость среднего гидродинамического диаметра от температуры при варьировании соотношения n(BuOH) : n(P123) : 1 – 0; 2 – 40 : 1; 3 – 60 : 1; 4 – 80 : 1; 5 – 160 : 1.

Скачать (13KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение по размерам частиц Pluronic P123: 1, 2 – в водном растворе, 3, 4 – в присутствии бутанола-1 (n(BuOH) : n(P123)=80 : 1): а) по интенсивности рассеяния; б) по числу частиц; в) по объему. T = 30°C (1, 3) и 40°C (2, 4).

Скачать (27KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение по размерам частиц Pluronic P123 при варьировании состава водно-этанольного растворителя: 1 – без добавок этанола; 2 – n(EtOH) : n(P123) = 80 : 1; 3 – n(EtOH) : n(P123) = 160 : 1; 4 – n(EtOH) : n(P123) = 370 : 1; а, г) по интенсивности рассеяния; б, д) по числу частиц; в, е) по объему. T = 20°C (а–в) и 40°C (г–е).

Скачать (52KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение по размерам частиц Pluronic P123 при варьировании соотношения n(Quer) : n(P123): 1 – 0; 2 – 0.024; 3 – 0.072; 4 – 0.144: а) по интенсивности рассеяния; б) по числу частиц; в) по объему. T = 20°С, n(EtOH) : n(P123) = 160 : 1.

Скачать (28KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость среднего гидродинамического диаметра (а) и индекса полидисперсности (б) от мольного соотношения n(Quer) : n(P123) при варьировании состава водно-этанольного растворителя: 1 – n(EtOH) : n(P123) = 80 : 1; 2 – n(EtOH) : n(P123) = 160 : 1; 3 – n(EtOH) : n(P123) = 250 : 1; 4 – n(EtOH) : n(P123) = 370 : 1. Температура измерений 40°C.

Скачать (30KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024