Получение пористых электропроводящих композитов на основе сополиуретанимидов и наночастиц графена для клеточных технологий

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В условиях управляемой термодеструкции уретановых блоков в сополи(уретан-имиде), содержащем уретановые и имидные звенья в мольном соотношении 1:10 и допированном графеном (1.0 мас% от массы полимера), синтезированы пленки поли(оксидифенилен)пиромеллитимида с развитой пористой поверхностью. Полученные композитные пленки использованы в качестве субстратов (подложек) для культивирования на их поверхности дермальных фибробластов человека. Изучены механические, электрические и сорбционные свойства полученных композитов. С помощью метилтетразолиевого теста показано, что исследуемые материалы на основе полиимидов биосовместимы. Синтезированные в работе композитные пленки могут представить интерес в качестве плоских биоэлектродов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Андрей Леонидович Диденко

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Автор, ответственный за переписку.
Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4285-7734

к.х.н., с.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Алмаз Маратович Камалов

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2044-957X

к.т.н., с.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Михаил Александрович Шишов

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5100-2565

к.т.н., с.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Наталья Владимировна Смирнова

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5524-2785

к.б.н., с.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Константин Андреевич Колбе

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2304-1759

м.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Анна Сергеевна Нестерова

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru

м.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Глеб Вячеславович Ваганов

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru

к.т.н., с.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Владимир Евгеньевич Юдин

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5517-4767

д.ф-м.н., г.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Владислав Владимирович Кудрявцев

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7392-4659

д.х.н., проф., г.н.с., филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, Большой пр. В. О., д. 31

Список литературы

  1. Constantin C. P., Aflori M., Damian R. F., Rusu R. D. Biocompatibility of polyimides: A mini-review // Materials. 2019. 12. Р. 3166. https://doi.org/10.3390/ma12193166
  2. Bernard M., Jubeli E., Pungente M. D., Yagoubi N. Biocompatibility of polymer-based biomaterials and medical devices — Regulations, in vitro screening and risk-management // Biomater. Sci. 2018. 6. P. 2025–2053. https://doi.org/10.1039/c8bm00518d
  3. Alexander M. R., Williams P. Water contact angle is not a good predictor of biological responses to materials // Biointerphases. 2017. V. 12. N 2. P. 02C201 (1–6). https://doi.org/10.1116/1.4989843
  4. Kamalov A., Dresvyanina E., Borisova M., Smirnova N., Kolbe K., Yudin V. The effect of electrical conductivity of films based on chitosan and chitin on the bioactivity of human dermal fibroblasts // Mater. Today Proc. 2020. V. 30. Part 3. P. 798–801. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.02.346
  5. Smirnova N. V., Kolbe K. A., Dresvyanina E. N., Dobrovolskaya I. P., Yudin V. E. Optimization of mechanical properties and bioactivity of composite matrices based on chitosan and chitin nanofibril for tissue engineering // Cell Tissue Biology. 2019. V. 13. P. 382–387. https://doi.org/10.1134/S1990519X19050067
  6. Yu R., Zhang H., Guo B. Conductive biomaterials as bioactive wound dressing for wound healing and skin tissue engineering // Nano-Micro Lett. 2022. V. 14. N 1. P. 2–46. https://doi.org/10.1007/s40820-021-00751-y
  7. Колбе К. А., Шишов М. А., Сапурина И. Ю., Смирнова Н. В., Кодолова-Чухонцева В. В., Дресвянина Е. Н., Камалов А. М., Юдин В. Е. Электростимуляция дермальных фибробластов человека на электропроводящей матрице // ЖТФ. 2022. Т. 91. № 12. С. 2059–2066. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.12.51772.160-21 [Kolbe K. A., Shishov M. A., Sapurina I. Yu., Smirnova N. V., Kodolova-Chukhontseva V. V., Dresvyanina E. N., Kamalov A. M., Yudin V. E. Electrical stimulation of human dermal fibroblasts on conducting matrix // Techn. Phys. 2022. V. 67. N 15. P. 2466–2472. https://doi.org/10.21883/TP.2022.15.55275.160-21].
  8. Kaur G., Adhikari R., Cass P., Bown M., Gunatillake P. Electrically conductive polymers and composites for biomedical applications // Royal Soc. Chem. Advances. 2015. V. 5. N 43. P. 37553–37567. https://doi.org/10.1039/C5RA01851J
  9. Kamalov A., Shishov M., Smirnova N., Kodolova-Chukhontseva V., Dobrovolʹskaya I., Kolbe K., Didenko A., Ivanʹkova E., Yudin V., Morganti P. Influence of electric field on proliferation activity of human dermal fibroblasts // J. Functional Biomater. 2022. V. 13. N 3. P. 89–104. https://doi.org/10.3390/jfb13030089
  10. Kamalov A., Smirnova N., Kolbe K., Borisova M., Bystrov S., Didenko A., Vlasova E., Yudin V. Activation of R-BAPB polyimide with cold plasma dielectric barrier discharge for improvement of cell-material interaction // J. Appl. Polym. Sci. 2022. V. 139. N 42. P. 1–9 (е53024). https://doi.org/10.1002/app.53024
  11. Kamalov A. M., Celujko K. S., Kolbe K. A., Smirnova N. V., Borisova M. E., Bondarenko P. N., Vaganov G. V., Didenko A. L., Yudin V. E. Surface modification of polyimide film in the barrier discharge for cellular technologies // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2103. N 012051. P. 1–5. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2103/1/012051
  12. Прилепский А. Ю., Дроздов А. С., Богатырев В. А., Староверов С. А. Методы работы с клеточными культурами и определение токсичности наноматериалов. СПб: Ун-т ИТМО, 2019. C. 1–43.
  13. Ghasemi M., Turnbull T., Sebastian S., Kempson I. The MTT assay: Utility, limitations, pitfalls, and interpretation in bulk and single-cell analysis // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. N 23. P. 12827–12856. https://doi.org/10.3390/ijms222312827
  14. Didenko A. L., Ivanov A. G., Smirnova V. E., Vaganov G. V., Anokhina T. S., Borisov I. L., Volkov V. V., Volkov A. V., Kudryavtsev V. V. Selective destruction of soluble polyurethaneimide as novel approach for fabrication of insoluble polyimide films // Polymers. 2022. V. 14. N 19. P. 4130–4145. https://doi.org/10.3390/polym14194130
  15. Sukhanova T. E., Didenko A. L., Borisov I. L., Anokhina T. S., Ivanov A. G., Nesterova A. S., Kobykhno I. A., Yushkin A. A., Kudryavtsev V. V., Volkov A. V. Morphological analysis of poly(4,4′-oxydiphenylene-pyromellitimide)-based organic solvent nanofiltration membranes formed by the solution method // Membranes. 2022. V. 12. N 12. P. 1235–1246. https://doi.org/10.3390/membranes12121235
  16. Диденко А. Л., Нестерова А. С., Камалов А. М., Попова Е. Н., Ваганов Г. В., Кобыхно И. А., Мамаев Н. Н., Анохина Т. С., Борисов И. Л., Кудрявцев В. В. Селективная деструкция в растворах щелочи имидных и уретановых блоков в термолизованных образцах пленок сополи(уретан-имидов) // Пласт. массы. 2023. № 11–12. С. 6–9. https://doi.org/10.35164/0554-2901-2023-11-12-6-9
  17. Chitrakar C., Hedrick E., Adegoke L., Ecker M. Flexible and stretchable bioelectronics // Materials. 2022. V. 15. N 5. P. 1664.https://doi.org/10.3390/ma15051664 https://www.mdpi.com/1996-1944/15/5/1664
  18. Durable miniaturized bioelectronics // Nature Biomed. Eng. 2017. 1. Article number: 0053. https://doi.org/10.1038/s41551-017-0053
  19. Saliterman S. S. Fundamentals of bioMEMS and medical microdevices // Book. 2006. ISBN: 9780819459770. Volume: PM153. P. 608.
  20. Герасин В. А., Антипов Е. М., Карбушев В. В., Куличихин В. Г., Карпачева Г. П., Тальрозе Р. В., Кудрявцев Я. В. Новые подходы к созданию гибридных полимерных нанокомпозитов: от конструкционных материалов к высокотехнологичным применениям // Успехи химии. 2013. Т. 82 (4). С. 303–332. https://doi.org/10.1070/RC2013v082n04ABEH004322 [Gerasin V. A., Antipov E. M., Karbushev V. V., Kulichikhin V. G., Karpacheva G. P., Talroze R. V., Kudryavtsev Ya. V.. New approaches to the development of hybrid nanocomposites: From structural materials to high-tech applications // Russ. Chem. Rev. 2013. V. 82 (4). P. 303–332. https://doi.org/10.1070/RC2013v082n04ABEH004322].
  21. Tamada Yasushi, Yoshito Ikada. Cell adhesion to plasma-treated polymer surfaces. // Polymer. 1993. V. 34. N 10. P. 2208–2212. https://doi.org/10.1016/0032-3861(93)90752-v

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вольт-амперные характеристики сухих образцов (обозначены красным цветом), образов, смоченных физиологическим раствором (обозначены синим цветом), и физиологического раствора (обозначены черным цветом). а) 1 — полиимид Р-ОДФО [9–11] + 1 мас% графена, 2 — сополи(уретан-имид-170°С + 1 мас% графена; б) 3 — сополи(уретан-имид)-300°С + 1 мас% графена, 4 — сополи(уретан-имид)-350°С + 1 мас% графена.

Скачать (272KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Развертка токов во времени для образца композиции сополи(уретан-имида), содержащего 1 мас% графена, термолизованного при 300°С. Показаны величины токов в первые минуты измерений и спустя 4 ч непрерывного циклирования потенциалом ±100 мВ П-образной формы.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофотографии атомно-силовой микроскопии свободной поверхности пленок сополимера и его композитов на разных стадиях прогрева. В режиме топографии (а) сополи(уретан-имид)-170°C, (в) сополи(уретан-имид)-170°C + 1 мас% графена, (д) сополи(уретан-имид)-300°C, (ж) сополи(уретан-имид)-300°C + 1 мас% графена; в режиме амплитуды (б) сополи(уретан-имид)-170°C, (г) сополи(уретан-имид)-170°C + 1 мас% графена, (е) сополи(уретан-имид)-300°C, (ж) сополи(уретан-имид)-300°C + + 1 мас% графена; площадь сканирования 1 × 1 мкм.

Скачать (4MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Диаграмма метилтетразолиевых тестов по результатам культивирования дермальных фибробластов человека в течение 1 (левый столбец каждого образца) и 4 сут (правый столбец каждого образца) на поверхностях субстратов. 1 — сополи(уретан-имид)-170°С, 2 — сополи(уретан-имид)-170°С + 1 мас% графена, 3 — сополи(уретан-имид)-300°С, 4 — сополи(уретан-имид)-300°С + 1 мас% графена и контрольный образец (культуральный пластик полистирол). Научное редактирование проведено научным сотрудником ИНХС им. А. В. Топчиева РАН А. Я. Якимовой.

Скачать (2MB)
Метаданные
6. Формула 1

Скачать (78KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024