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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Андрей Леонидович Диденко

Филиал НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ–ИВС

Author for correspondence.
Email: vanilin72@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4285-7734

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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

Russian Federation, 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

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

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Current-voltage characteristics of dry samples (marked in red), samples wetted with saline (marked in blue), and saline (marked in black). a) 1 — polyimide R-ODFO [9–11] + 1 wt% graphene, 2 — copoly(urethane-imide-170°C + 1 wt% graphene; b) 3 — copoly(urethane-imide)-300°C + 1 wt% graphene, 4 — copoly(urethane-imide)-350°C + 1 wt% graphene.

Download (272KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Current sweep over time for a sample of a copoly(urethane-imide) composition containing 1 wt% graphene, thermolyzed at 300°C. The current values ​​are shown in the first minutes of measurements and after 4 hours of continuous cycling with a potential of ±100 mV in a U-shape.

Download (1MB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Atomic force micrographs of the free surface of the copolymer films and its composites at different heating stages. In the topography mode (a) copoly(urethane-imide)-170°C, (c) copoly(urethane-imide)-170°C + 1 wt% graphene, (d) copoly(urethane-imide)-300°C, (g) copoly(urethane-imide)-300°C + 1 wt% graphene; in the amplitude mode (b) copoly(urethane-imide)-170°C, (d) copoly(urethane-imide)-170°C + 1 wt% graphene, (e) copoly(urethane-imide)-300°C, (g) copoly(urethane-imide)-300°C + 1 wt% graphene; scanning area 1 × 1 µm.

Download (4MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Diagram of methyltetrazolium tests based on the results of culturing human dermal fibroblasts for 1 (left column of each sample) and 4 days (right column of each sample) on substrate surfaces. 1 — copoly(urethane-imide)-170°C, 2 — copoly(urethane-imide)-170°C + 1 wt% graphene, 3 — copoly(urethane-imide)-300°C, 4 — copoly(urethane-imide)-300°C + 1 wt% graphene and control sample (polystyrene culture plastic). Scientific editing was performed by A. Ya. Yakimova, research fellow at the A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences.

Download (2MB)
Indexing metadata
6. Formula 1

Download (78KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences