Исследование структурных, фазовых и химических процессов в растворах и гидрогелях полисахаридов, инициируемых гидроакустическим воздействием

О группе:

Основные направления исследований: 

  • структурная гомогенизация и ориентационные процессы в растворах и гидрогелях полисахаридов (крахмал, хитозан, пектин, агар) и их парных смесях  при гидроакустическом воздействии;
  • механоинициируемая деполимеризация в растворах полисахаридов;
  • механоакустическое инкорпорирование функциональных аддитивов в полимерные матрицы;
  • коллоидизация полисахаридов в кавитирующей среде в присутствии агентов преципитации;
  • получение ультрадисперсных органо-неорганических коллоидов, стабилизированных ионогенными полисахаридами, с использованием гидроакустического воздействия;
  • жидкофазная механоактивация полисахаридов в суспензиях (хитин, хитозан, крахмал);
  • получение композиций на основе полисахаридов и синтетических полимеров с повышенной совместимостью ингредиентов;
  • влияние гидроакустического воздействия на скорость полимераналогичных превращений в полисахаридах.

Объекты исследований: полисахариды природного происхождения (хитин, хитозан, крахмал, пектины, эфиры целлюлозы, альгинат натрия, агар), оксиды металлов, неорганические соли, нерастворимые органические соединения и лекарственные препараты. 

В настоящее время проводятся исследования, направленные на получение полисахаридных ультрадисперсных, гидрогелевых и пленочных носителей функциональных препаратов. В рамках этого направления проводится изучение нековалентных взаимодействий в системах на основе природных ионогенных полисахаридов (хитозан, альгинат натрия, гиалуроновая кислота) и амфифильных макрогетероциклических соединений (в качестве модельных соединений используются серии водорастворимых металлофталоцианинов).  Одним из практических применений исследований является получение волокнистых материалов, модифицированных субмикронными частицами-носителями на основе хитозана, и иммобилизация на образующемся якорном слое амфифильных органических функциональных соединений (бактерицидных, фунгицидных, лечебных и др.). Получены волокнистые материалы медицинского, гигиенического и косметического назначения.

Параллельно проводятся исследования, направленные на получение биодеградируемых материалов с высоким содержанием крахмала с использованием механической активации, реализуемой в роторно-импульсном аппарате. 

Исследуется возможность практического использования композитных хитозановых аппретов для нанесения на волокнистые материалы с целью придания им специальных свойств: суперсорбционных, бактерицидных, лечебных и др.  

Используемое в исследованиях гидроакустическое воздействие, реализуемое в роторно-импульсном аппарате, представляет собой комбинацию ультразвуковой кавитации и высоких сдвиговых напряжений, которым жидкий материал подвергается в узких (0,1-0,3 мм) зазорах между элементами ротора и статора.  Механоактивация жидкофазных (текучих) материалов с использованием гидроакустического воздействия является мощным фактором изменения структуры растворов и гелей, а также межфазных процессов в смесях и дисперсиях на основе полисахаридов.

Результаты исследований использованы при разработке и внедрении на текстильных предприятиях механохимических технологий получения экономичной шлихты и модифицированных крахмальных загусток.

По заказу фирмы ООО «Колетекс» (г.Москва) в рамках ФЦП «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности РФ на период до 2020 года и дальнейшую перспективу» разработаны и защищены патентами РФ биосовместимые органо-неорганические модификаторы комплексного действия для получения радиационно- и биоустойчивых гидрогелевых матриц на основе альгината натрия, используемых для адресного пролонгированного высвобождения противоопухолевых и анестезирующих препаратов в пораженных полостях при лечении онкозаболеваний. Модификаторы обеспечивают отсроченное желирование раствора альгината в формах, устойчивость к действию плесени при хранении, а также устойчивость к синерезису при радиационной стерилизации дозой до 15кГр. Гидрогелевые матрицы с инкорпорированными противоопухолевыми препаратами прошли успешные испытания и внедрены в лечебную практику в институте МНИОИ им. П.А. Герцена, в Российском онкологическом научном центре РАМН им. Н.Н. Блохина (г. Москва), в ФГУ РНЦ радиологии и хирургических технологий (г. С-Петербург).

 

Изобретательская и патентно-лицензионная работа:

1. Патент RU № 2432942 С1 Композиция для приготовления обладающей пролонгированным действием лекарственной формы для лечения орофарингеальной зоны Россия, МПК А61К 31/00, 47/36, 47/12,9/06, А61Р 35/00 / И.М. Липатова, Л.И. Макарова, Е.А. Мезина, А.П. Морыганов, Н.Д. Олтаржевская, М.А. Коровина. Заявка №2010121713/15(030848), заявлено 28.05.2010.; опубл. 10.11.2011  Б.И. № 31.

2. Патент RU № 2432954 С1 Способ получения гидрогеля лечебного назначения (варианты) Россия, МПК А61К 31/738, 31/722, 33/06, А61Р 43/00 / И.М. Липатова, Л.И. Макарова, Е.А. Мезина, А.П. Морыганов, Н.Д. Олтаржевская, М.А. Коровина. Заявка №2010121712/15(030847), заявлено 28.05.2010, опубл. 10.11.2011 Б.И. № 31.

3. Патент RU №2612002 C1 Способ получения гигиенического средства противовоспалительного действия для ухода за кожей ног, Россия, МПК А61К 31/00, 47/36, 47/12,9/06, А61Р 35/00 / Липатова И.М., Мезина Е.А., Морыганов А. П., Макарова Л.И. Опубликовано: 01.03.2017 Бюл.N7.

4. Патент RU 2691 050 С1 Способ получения композиционного сорбента для извлечения ионов тяжелых металлов из водных растворов, Россия МПК B01J20/30, B01J20/24, B01J20/26, B01J20/10 / Авторы: Никифорова Т.Е., Козлов В.А., Липатова И.М., Натареев С. В., Кузьмина М.В. Заявка: № 2018116841, заявлено 04.05.2018, опубл. 07.06.2019 Бюл. №16.

Награды:
  • Серебряная медаль на 51-м Международном салоне инновационных исследований и новых технологий «Эврика 2002», Брюссель. 
  • Золотая медаль на V Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (2005 г.). 
  • Золотая медаль на 54-м Международном салоне инновационных исследований и новых технологий «Эврика 2005», Брюссель 
  • Серебряная медаль на VIII Московском Международном салоне инноваций и инвестиций (2008 г.) 
Проекты, гранты лаборатории:
  • Грант РФФИ 06-08-9650-р «Теоретическое и экспериментальное обоснование использования гидроакустической техники для интенсификации технологических процессов переработки и модификации природных полисахаридов» (2006-2007 гг.);
  • Грант «У.М.Н.И.К.-2007» (Лосев Н.В., Корнилова Н.А.) по теме «Разработка механохимического способа получения селективных сорбентов на основе хитозанов, закрепленных на носителях различной природы» (2008-2009 гг.);
  • Программа №05 ОХНМ «Создание новых видов продукции из минерального и органического сырья», тема «Новые материалы на основе хитозана с механоакустически инкорпорированными функциональными аддитивами» (2009 - 2010  гг.);
  • Договор № 12411/2012-01 «Разработка технологии получения гидрогелевых матриц», шифр «4.4-Аппликоматериал - ИХР» (в рамках гос. контракта № 12411.1008799.13.032, ФЦП «Организация исследований, разработок и опытно-промышленного производства инновационных лечебных аппликационных текстильных  и полимерных материалов для направленной доставки лекарственных препаратов», шифр «4.4-Аппликоматериал») (2012-2014 гг.);
  • Грант «У.М.Н.И.К.-2015» (Мезина Е.А.) по теме «Разработка механо-химической технологии получения функциональных волокнистых материалов с нанесенным слоем нано- и мезоразмерных биополимерных частиц.» (2015-2016 гг.);
  • Грант РФФИ №16-03-00-135 Процессы супрамолекулярной самоорганизации с участием водорастворимых металлофталоцианинов и хитозана в растворах и на межфазных границах. (2016-2017 гг.);
  • Грант РФФИ №19-03-00085 Научные основы модификации функционализированных полисахаридных композитов in situ путем жидкофазной механохимической активации (2019-2021 гг.).
Главный научный сотрудник
Доктор химических наук
профессор
Научный сотрудник
Кандидат технических наук
Младший научный сотрудник
Научный сотрудник
Кандидат технических наук
Научный сотрудник
Кандидат технических наук

Статьи в рецензируемых журналах (2016-2021 гг)

1. Lipatova I.M., Makarova L.I., Yusova A.A. Rutin-containing chitosan films produced using in situ mechanoactivated precipitation process. // Food Hydrocolloids. – 2021. V. 110, 106157. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106157

2. Lipatova I.M., Losev N.V., Makarova L.I., Rodicheva J.A., Burmistrov V.A. Effect of composition and mechanoactivation on the properties of films based on starch and chitosans with high and low deacetylation // Carbohydrate Poymers. – 2020. V. 239, 116245. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116245

3. Titov V., Nikitin D., Naumova I., Losev N., Lipatova I., Kosterin D., Pleskunov P., Perekrestov R., Sirotkin N., Khlyustova A., Agafonov A., Choukourov A. Dual-mode solution plasma processing for the production of chitosan/ag composites with the antibacterial effect. // Materials. – 2020. V. 13, Is. 21, 4821. https://doi.org/10.3390/ma13214821

4. Lipatova I.M., Yusova A.A., Losev N.V., Indeikin E.A. Gelation in solutions of low deacetylated chitosan initiated by high shear stresses // International Journal of Biological Macromolecules. – 2019. V. 139. P. 550-557. doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.07.164.

5. Lipatova I.M., Yusova A.A., Makarova L.I., Petrova M.V. Effect of hyaluronic acid on the State and photoactivity of Zn(II) phthalocyanine cationic derivative in mixed aqueous solutions // Journal of Photochemistry and Photobiology a-Chemistry. - 2019. V. 382, № 111927. doi.org/10.1016/j.jphotochem.2019.111927.

6. Lipatova I.M., Yusova A.A., Maizlish V.E. Preparation of submicron chitosan-alginate particles and study of their selective sorption properties with respect to amphiphilic organic compounds // Russian Journal of General Chemistry.- 2019. V. 89, № 6. P. 1324-1331. doi.org/10.1134/S1070363219060306.

7. Lipatova I.M., Losev N.V., Makarova L.I. The influence of the combined impact of shear stress and cavitation on the structure and sorption properties of chitin // Carbohydrate Polymers.- 2019. V. 209. P. 320-327. doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.038.

8. Lipatova I.M., Mezina E.A., Yusova A.A. Supramolecular self-assembly and phase transformations in aqueous systems based on chitosan and sulfonated metallophthalocyanines. // Russian Journal of General Chemistry. – 2019. V. 89, № 3. P. 612-618. https://doi.org/10.1134/S1070363219030423

9. Burmistrov V.A., Lipatova I.M., Rodicheva J.A., Losev N.V., Trifonova I.P., Koifman O.I. Rheological, dynamic mechanical and transport properties of compatibilized starch/synthetic copolymer blends // European Polymer Journal. – 2019. V. 120, № 109209. doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2019.08.036.

10. Lipatova I.M., Makarova L.I., Losev N.V. Adsorption of Anionic Metallophthalocyanines on Submicron Chitosan-Sulfate Particles in Aqueous Dispersions. // Russian Journal of General Chemistry. – 2019. V. 89, P. 2733–2740. https://doi.org/10.1134/S1070363219120491

11. Lipatova I.M., Makarova L.I., Yusova A.A. Adsorption removal of anionic dyes from aqueous solutions by chitosan nanoparticles deposited on the fibrous carrier // Chemosphere. – 2018. V. 212. P. 1155–1162. doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.08.158.

12. Burmistrov V.A., Lipatova I.M., Losev N.V., Rodicheva J.A., Koifman O.I. Influence of the composition and high shear stresses on the structure and properties of hybrid materials based on starch and synthetic copolymer // Carbohydrate Polymers. – 2018 . V. 196. P. 368–375. doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.05.056.

13. Sheinin V.B., Kulikova O.M., Lipatova I.M., Yusova A.A., Koifman O.I. Photoactivity inhibition of zinc phthalocyanine choline derivatives (Cholosens) by sodium alginate // Dyes and Pigments. – 2018. V. 155. P. 42–50. doi.org/10.1016/j.dyepig.2018.03.026.

14. Burmistrov V.A., Lipatova I.M., Losev N.V., Rodicheva J.A., Koifman O.I. Influence of the composition and high shear stresses on the structure and properties of hybrid materials based on starch and synthetic copolymer // Carbohydrate Polymers. – 2018. V. 196. P. 368–375. doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.05.056.

15. Lipatova I.M., Yusova A.A., Lukyanets E.A. Supramolecular complexation of the cationic derivative of Zn (II) phthalocyanine and sodium alginate in mixed aqueous solutions // Journal of Photochemistry and Photobiology a-Chemistry. – 2018. V. 364. P. 588–594. doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.06.046.

16. Lipatova I.M., Nikiforova V.E., Makarova L.I. Sorption of Phthalocyanine Dyes by Chitosan- Sulfate Particles Immobilized on a Fiber Substrate // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. – 2018. V. 54, № 4. P. 574–581. DOI: 10.1134/S2070205118040093.

17. Losev N.V., Lipatova I.M. Application of Hydroacoustic Treatment for Intensification of Alkaline Deacetylation of Chitin // Russian Journal of General Chemistry. – 2018. V. 88, № 2. P. 356–361. DOI: 10.1134/S1070363218020287.

18. Losev N.V., Nikiforova T.E., Makarova L.I., Lipatova I.M. The effect of mechanical activation on the structure and sorption activity of chitin. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. - 2017. V. 53. Is. 5. P. 801-806. DOI: 10.1134/S2070205117040141.

19. Lipatova I.M., Chernova E.A., Yusova A.A. Supramolecular complexation of sulfonated aluminum phthalocyanines and chitosan in the mixed aqueous solutions. // Макрогетероциклы / Macroheterocycles. - 2017. 10(3). Р. 334-339. DOI: 10.6060/mhc170303l.

20. Lebedeva N.S., Gubarev Y.A., Yurina E.S., Vyugin A.I., Lipatova I.M. Features of сhitosan interaction with copper(II) and cobalt(II) tetrasulfophthalocyanines. // Russian Journal of General Chemistry. - 2017. V. 87. Is. 10. P. 2327-2331. DOI: 10.1134/S1070363217100139.

21. Lipatova I.M., Moryganov A.P. Functionalization of synthetic fibrous materials using nanosized polymer carriers. // Russian Journal of General Chemistry. - 2017. V. 87. Is. 6. P. 1378-1385. https://doi.org/10.1134/S1070363217060408

22. Титов В.А., Липатова И.М., Мезина Е.А., Кузьмичева Л.А.Плазмохимическая деструкция и модифицирование хитозана в растворе. // Химия высоких энергий. - 2016. Т.50. N. 5. С.434-438.

23. Олтаржевская Н.Д., Швец В.И., Коровина М.А., Липатова И.М., Хлыстова Т.С. Выбор состава биополимерной лечебной депо-композиции для использования в различных областях медицины. // Биотехнология. - 2016. N.1. С. 43-52.

24. Nikitin D., Choukourov A., Titov V., Kuzmicheva L., Lipatova I., Mezina E., Aleksandriiskii V., Shelemin A., Khalakhan I., Slavinska D., Biederman H. In situ coupling of chitosan onto polypropylene foils by an Atmospheric Pressure Air Glow Discharge with a liquid cathode. // Carbohydrate Polymers. - 2016. V. 154. P. 30–39. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.08.023

25. Lipatova I.M., Makarova L.I., Mezina E.A. A Spectrophotometric Study of the Complexation Between Methylene Blue Dye and Sodium Alginate // Russian Journal of General Chemistry. - 2016. Vol. 86. N. 9. P.2226-2231. https://doi.org/10.1134/S1070363216090371

26. Lipatova I.M., Mezina E.A., Yusova A.A. Supramolecular Self-Assembly and Phase Transformations in Aqueous Systems Based on Chitosan and Sulfonated Metallophthalocyanines. // Russian Journal of General Chemistry. - 2019, Vol. 89, №. 3, 612-618.https://doi.org/10.1134/S1070363219030423

27. Хлыстова Т.С., Олтаржевска Н.Д., Эйзенах И.А., Липатова И.М. Лечебные гидрогелевые материалы для направленной доставки лекарственных препаратов в онкоурологии // Российский биотерапевтический журнал. - 2016. T.15 N.1. С.49-50.

28. Колаева А.В., Гусев И.В., Липатова И.М., Олтаржевская Н.Д. Особенности создания стерильных материалов «Колегель» и «Колегель-диск» для направленной доставки лекарственных препаратов // Российский биотерапевтический журнал. - 2016. T.15 N.1. С.113-114.

29. Липатова И.М., Мезина Е.А., Юсова А.А. Спектрофотометрическое исследование комплексообразования хитозана с фталоцианиновыми красителями. // Известия Уфимского научного центра РАН. - 2016. N.3(1). C. 53-55.

Главы в монографиях

1. Lipatova I.M., Moryganov A.P. Mechanoinitiated structural and chemical transformations in solutions and liquid dispersions of polysaccharides. / In: Chemistry of Polysaccharides, Ed. By G.E. Zaikov.: Brill Academic Publishers/VSP, Netherlands, 2005, pр. 294-343.

2. Lipatova I.M., Losev N.V., Yusova A.A., Makarova L.I., Moryganov A.P. Energy effectiveness of ultrasonic and hydroacoustic splitting of starch hydrogels. / In: Starch: From Polysaccharides to Granules, Simple and Mixture Gels, Ed. by V.P. Yuryev, P. Tomasik and H. Ruck.: Nova Science Publishers, Inc. NY, 2004, pp. 171-186.

3. Липатова И.М. Глава 7 Жидкофазная механохимическая модификация хитина и хитозана. стр.392- 445 в книге:"Современные проблемы модификации природных и синтетических волокнистых и других полимерных материалов: теория и практика" //Под ред. А.П. Морыганова и Г.Е. Заикова. Изд-во НОТ (Научные основы технологии), Санкт-Петербург, 2012. - 446 стр.

4. Липатова И.М. Реологические свойства водных растворов полисахаридов и способы их регулирования. / Глава в книге: Растворы в химии и технологии модифицирования полимерных материалов: новое в теории и практике (Проблемы химии растворов) // Отв. ред. А.Ю. Цивадзе. Иваново: ОАО «Издательство «Иваново», 2014. С.248-297. ISBN 978-5-85229-491-5.

UV/VIS спектрофотометр УФ и видимой области