Ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева вместе с российскими и греческими коллегами научились синтезировать перспективный проводящий полимер полианилин локально на поверхности частиц силикагеля. Исследователи планируют использовать новый материал для создания носителей фарм-препаратов, а также отработать метод на примере других полимеров и подложек. Статья опубликована в августовском номере журнала Polymer.

Изображения поверхности, полученные на сканирую...

Изображения поверхности, полученные на сканирующем электронном микроскопе. А –силикагель; B — силикагель с осажденным MnO2; С — силикагель с нанесенным полианилином. Изображение предоставлено РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Полианилин — это один из самых популярных полимеров молекулярной электроники. Из него можно изготавливать транзисторы, суперконденсаторы, покрытия для электростимуляции роста биологических тканей и другие устройства, а также он перспективен для адресной доставки лекарств и терапии онкозаболеваний. Однако работать с полианинилином не просто. Он плохо растворим в большинстве растворителей, не плавок и в чистом виде это порошок, из которого сложно изготовить нужное изделие.

Лучший выход — это нанесение полианилина на подложки. Так, с помощью электрополимеризации полианилиновые покрытия можно получить на поверхности электропроводящих материалов, но в случае непроводящих подложек этот метод недоступен. Вместо этого проводят химическую полимеризацию: непроводящую подложку вносят в раствор мономера анилина и добавляют туда окислитель. Постепенно на поверхности образуется пленка полимера, но параллельно с этим в объеме раствора также появляются нерастворимые полимерные гранулы, которые оседают на подложку, затрудняя контроль свойств и морфологии покрытия. Покрытие становится неоднородным и в нем появляются дефекты, что негативно влияет на его свойства.

В новом исследовании использовали другой подход. “Мы локализовали реакционную зону непосредственно на поверхности подложки и провели на ней полимеризацию, — рассказывает один из авторов работы, профессор РХТУ, Ярослав Межуев. — “Для этого мы взяли частицы силикагеля, осадили на них нерастворимый окислитель, а дальше привели их в контакт с раствором анилина: на поверхности частиц пошла полимеризация, а в объеме, где не было окислителя, процесс был подавлен. И так был разработан интересный метод, перспективный для адресного формирования полианилиновых слоев и контроля их свойств”.

Подход один — вариаций много

В дополнительных экспериментах ученые изучили процесс в деталях. Так, с помощью метода электронного парамагнитного резонанса отслеживалась кинетика протекающих реакций, и было доказано, что полимеризация идет только на границе раздела твердого носителя (силикагеля) и жидкого раствора мономера. Кроме того, предполагается, что процесс протекает преимущественно в порах носителя маленького размера.

Теперь исследователи хотят распространить новый подход на нанообъекты и испытать частицы покрытые полианилином в качестве носителей фармакологических препаратов: молекула полианилина электрически заряжена и поэтому на нее достаточно легко иммобилизовать различные вещества.

“Вообще предложенный подход гораздо шире и, видимо, принципиально не ограничен использованными подложкой, мономером и окислителем”, — говорит Межуев. “Не обязательно синтезировать полианилин — можно получать другой проводящий или непроводящий полимер по реакции окислительной полимеризации, не принципиально. Не обязательно брать именно силикагель — таким же образом можно модифицировать любую другую подложку, главное только чтобы она была инертна по отношению к нерастворимому окислителю, который в свою очередь должен быть достаточно активен в реакции полимеризации выбранного мономера. То есть этот метод проведения окислительной полимеризации на границе раздела фаз твердое вещество — жидкость, видимо, универсален”.

РХТУ им. Д.И. Менделеева — опорный университет химической отрасли России, работа которого направлена не только на получение новых знаний, но и на внедрение их в промышленность. Исследование проведено сотрудниками кафедры биоматериалов РХТУ им. Д.И. Менделеева в коллаборации с коллегами из ИБХФ РАН, ИХФ РАН, а также университета Крита (Гераклион, Греция) при финансовой поддержке инициативной программы РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Статья: Y.O. Mezhuev et al, Interfacial oxidative polymerization of aniline on silica gel’s surface, Polymer, 203, 2020. DOI: 10.1016/j.polymer.2020.122808