Специалисты химического факультета МГУ применили спектроскопию электронного парамагнитного резонанса, чтобы понять процессы, происходящие в одной из самых перспективных для химии сред – сверхкритических флюидах. Это состояние вещества, при котором исчезает различие между жидкостью и газом.
Вещества переходят в состояние сверхкритических флюидов при температуре и давлении выше критических – максимальных значений, при которых еще существуют газ и жидкость как две отдельные фазы. В сверхкритическом состоянии они обладают свойствами, промежуточными между газом и жидкостью.
При нахождении вещества в этом состоянии небольшое изменение давления и температуры кардинально влияет на растворимость, реакционную способность, диффузию веществ. Например, сверхкритическая вода становится способна растворять масло.
Исследовать процессы при закритических параметрах сложно, поскольку нужно работать с повышенными температурой и давлением. Поэтому в большей части работ до недавнего времени изучалось состояние системы до применения сверхкритических флюидов и после завершения работы с ними.
“Наша кафедра много лет специализируется на спектроскопии электронного парамагнитного резонанса. Этот метод позволяет различать молекулы не только по химическому составу, но и по целому ряду физических свойств: ориентации частиц друг относительно друга, их движению.
Мы получаем информацию о микродинамике, микрополярности, микроокружении парамагнитных центров. Поэтому нам очень хотелось применить этот метод, чтобы in situ наблюдать за процессами в сверхкритических флюидах”, – рассказала ведущий научный сотрудник кафедры химической кинетики Химического факультета МГУ, заведующая межкафедральной лабораторией «Центр сверхкритических флюидов» Елена Голубева.
В итоге авторам совместно с сотрудниками ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» удалось создать реактор, позволяющий снимать спектры электронного парамагнитного резонанса прямо в сверхкритических флюидах.
“Пока мы попробовали изучить процессы диффузии маленьких молекул в полимеры. Сейчас мы можем оценить, сколько вещества заходит в полимер, как оно высвобождается, что происходит с частицами внутри полимера (как они двигаются, какие есть области концентрирования). Эти знания важны, поскольку нет необходимости проводить многочисленные эксперименты для получения желаемого результата.
Теперь можно узнать точные параметры процесса, с помощью которых достигается определенная насыщенность полимера. Также можно убедиться, что полимер хорошо, равномерно пропитан нужным веществом”, – рассказала Елена Голубева.
Растворение веществ в сверхкритических флюидах – очень востребованный процесс. Например, его можно использовать для создания временных протезов, выделяющих при разложении полезные вещества: факторы роста, антибиотики, нестероидные противовоспалительные препараты.
Такие протезы должны быть прочными, но при этом рассасывающимися со временем. Для разработки таких протезов важно, чтобы в «зеленых», чистых условиях полимер можно было пропитать полезными веществами при помощи растворителя.
Еще одна область применения – разработка систем доставки лекарств в организм. Например, создание таблеток, из которых лекарства высвобождаются постепенно и в определенные промежутки времени. Третья область – разработка послеоперационных компрессов, которые способны систематически выделять необходимые лекарства.
“Пока мы посмотрели только на диффузионные процессы, но в дальнейшем планируем развивать новый подход, применять его к изучению химических реакций в сверхкритических флюидах. Также интерес представляют процессы, происходящие со сверхкритическими флюидами при сбросе давления.
Мы планируем начать заниматься этим в самое ближайшее время и надеемся, что сможем многое узнать о сверхкритических процессах благодаря предложенному подходу”, – рассказала Елена Голубева.
Работа опубликована в журнале Polymers.