სოციალური და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების სამაგისტრო და სადოქტორო სკოლა

ᲜᲝᲓᲐᲠ ᲓᲣᲛᲑᲐᲫᲔ - ᲐᲮᲐᲚᲘ ᲘᲝᲜᲒᲐᲛᲢᲐᲠᲘ ᲛᲐᲦᲐᲚᲘ ᲡᲣᲚᲤᲘᲠᲔᲑᲘᲡ ᲮᲐᲠᲘᲡᲮᲘᲡ ᲛᲥᲝᲜᲔ ᲞᲝᲚᲘ(ᲤᲔᲜᲘᲚᲔᲜ ᲡᲣᲚᲤᲝᲜᲔᲑᲘᲡ) ᲡᲘᲜᲗᲔᲖᲘ ᲓᲐ ᲙᲕᲚᲔᲕᲐ ᲔᲚᲔᲥᲢᲠᲝᲥᲘᲛᲘᲣᲠᲘ ᲒᲐᲛᲝᲧᲔᲜᲔᲑᲘᲡᲗᲕᲘᲡ (2025)

თანამედროვე ელექტროქიმიური ენერგიის გარდამქმნელი ხელსაწყოებ­ისათვის აუცილებელია ისეთი პროტონმიმოცვლითი მემბრანები, რომელთაც გააჩნიათ დღესდღეობით გამოყენებულ პერფთორირებულ სულფომჟავა ჯგუფის შემცველ იონომერებზე უფრო მოწინავე თვისებები. ნახშირწყალბადზე დაფუძნებული მემბრანები წარმოადგენენ ხსენებული იონომერების მიმზიდველ ალტერნატივას პროტონმიმოცვლით მემბრანიან საწვავ ელემენტებში გამოსაყენებლად, რაც ეფუძნება მათ აირის დაბალ შეღწევადობას, მაღალ მექანიკურ სიმტკიცესა და კარგ თერმულ თვისებებს. აქედან გამომდინარე, გაზრდილია ინტერესი ახალი ტიპის არომატული პროტონგამტარი პოლიელექტროლიტებისადმი.

დასინთეზდა და შესწავლილ იქნა ახალი ტიპის სულფირებული პოლი(ფენ­ილენ­ სულფონები), რომელთა მთავარი ჯაჭვი შედგება მხოლოდ ფენილის ბირთ­ვებისგან, რომლებიც, თავის მხრივ, ერთმანეთთან ელექტრონაქცეპტორული სულფ­ონის ჯგუფებით (-SO₂-) არიან დაკავშირებული. ამ ტიპის იონომერები, ხშირად მოხსენ­ებულ ელექტრონდონორული ერთეულების შემცველ პოლი(არილენებთან) შედარ­ებით, განსაკუთრებულ ინტერესს იმსახურებენ რამდენიმე უპირატესობის გამო:

ა. მაღალი ჟანგვითი და ჰიდროლიზური სტაბილურობა, რაც გამოწვეულია სულ­ფო­მჟავა ჯგუფებთან ორთო-პოზიციაში მყოფი ელექტრონაქცეპტორული ჯგუფების (-SO₂-) არსებობით;

ბ. სულფომჟავა ჯგუფების მაღალი მჟავურობა, რაც გამოწვეულია არომატული ბირთვის ელექტრონდეფიციტურობით;

გ. მთავარი ჯაჭვის სიხისტე, რაც წყალში უხსნადი და მაღალი იონმიმოცვლითი ტევადობების მქონე იონომერების სინთეზის საშუალებას იძლევა.

დისერტაციის ფარგლებში განხორციელდა გრძელი არასულფირებული სეგმენ­ტების შემცველი სულფირებული პოლი(ფენილენ სულფონების) თანაპოლიმერების სინ­თეზი, რამაც მაღალი იონშემცველობის მქონე, წყალში უხსნადი სულფირებული პოლი(ფენილენ სულფონების) სინთეზის საშუალება მოგვცა და, გარდა ამისა, ამ ტიპის პოლიმერებს აღმოაჩნდათ დაბალი წყლის აღება. აღნიშნული თანაპოლიმერების მომზადების მიზნით, საწყის ეტაპზე განხორციელდა შესაბამისი გრძელჯაჭვიანი დიფთორ-მონომერების სინთეზი. ყველა დასინთეზებული მონომერისა და პოლიმერ­ისა­თვის ჩატარდა მოლეკულური დახასიათება.

სინთეზირებული ახალი ტიპის იონომერებისა და სხვადასხვა პოლიბენზ­იმიდაზოლების მჟავა-ფუძე პოლიმერული ნარევების საფუძველზე მომზადდა მემბრა­ნები. სულფირებული პოლი(ფენილენ სულფონების) თანაპოლიმერების იონ­შემც­ველ­ობის ზრდა იძლევა საშუალებას, რომ გაიზარდოს როგორც პოლიმერული ნარევებისგან დამზადებული მემბრანების იონშემცველობა, ასევე მათში პოლი­ბენზ­იმიდაზოლების შემცველობა, რასაც პროტონგამტარობისა და მექანიკური თვისებების გაზრდამდე მივყავართ. მომზადებული მემბრანებისათვის განხორციელდა წყლის აღების, იონშემცველობისა და გამორეცხვის გაზომვები.

დისერტაციის ფარგლებში განხორციელდა სტრუქტურასა და თვისებებს შორის კავშირის შესწავლა (მაგ.: წყლის აღება — ქიმიური სტრუქტურა, ქიმიური სტაბილურ­ობა — ქიმიური სტრუქტურა, პროტონგამტარობა — ქიმიური სტრუქტურა, მონომერის სტრუქტურა — მოლეკულური მასა და ა.შ.).

ᲜᲝᲓᲐᲠ ᲓᲣᲛᲑᲐᲫᲔ

ᲗᲔᲛᲣᲠ ᲥᲐᲜᲗᲐᲠᲘᲐ - ᲡᲐᲛᲔᲓᲘᲪᲘᲜᲝ ᲓᲐᲜᲘᲨᲜᲣᲚᲔᲑᲘᲡ ᲜᲐᲜᲝ–ᲓᲐ ᲛᲘᲙᲠᲝᲜᲐᲬᲘᲚᲐᲙᲔᲑᲘ ᲑᲘᲝᲓᲔᲒᲠᲐᲓᲘᲠᲔᲑᲐᲓᲘ ᲐᲛᲘᲜᲝᲛᲟᲐᲕᲣᲠᲘ ᲞᲝᲚᲘᲛᲔᲠᲔᲑᲘᲡ ᲡᲐᲤᲣ­ᲫᲕᲔᲚᲖᲔ: ᲛᲘᲦᲔᲑᲐ ᲓᲐ ᲙᲕᲚᲔᲕᲐ (2018)

წინამდებარე ნასრომი ეძღვნება სამედიცინო დანიშნულების ნანო- და მიკრომასშტაბური ნაწილაკების შემუშავებას ბუნებრივი ამინომჟავების შემცველი ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების (Amino Acid Based Biodegradable Polymers - AABBP) - პოლიესტერამიდებისა და პოლიესტერშარდოვანების საფუძველზე და მიღებული ნაწილაკების კვლევას.

წამლის გადამტანი ნანო- და მიკრომასშტაბური კონტეინერების შემუშავება დღეისათვის მეტად აქტუალურია, ვინაიდან თანამედროვე მედიკამენტოზური თერაპიის ერთ-ერთ უმნიშვნელოვანეს პრობლემას წარმოადგენს წამლის მიზანმიმართული მოწოდება. წამლების გადამტანი კონტეინერების დასამზადებლად დღეისათვის გამოიყენება სხვადასხვა წარმოშობის დეგრადირებადი თუ არადეგრადირებადი პოლიმერები. ამ პოლიმერებს შორის ყველაზე პერსპექტიულად განიხილებოდა პოლიესტერების კლასის სინთეზური ბიოდეგრადირებადი პოლიმერები, როგორებიცაა პოლიკაპროლაქტონი, პოლირძის მჟავა, პოლიგლიკოლის მჟავა და სხვ. მაგრამ გაირკვა, რომ პოლიესტერების კლასის პოლიმერები დეგრადაციის შედეგად გამოყოფენ ტოქსიკურ მჟავა პროდუქტებს, რომლებიც იწვევენ არასასურველ ფენოტიპურ ცვლილებებს უჯრედებში. აღნიშნულის გამო ყურადღებას იქცევს ჰეტეროჯაჭვური ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების სხვა კლასები - პოლიესტერამიდები და პოლიესტერშარდოვანები, რომლებსაც პოლიესტერებთან შედარებით ახასაითებთ უკეთესი ბიოშეთავსებადობა და სამასალე თვისებების უფრო ფართო სპექტრი.

სადისერტაციო კვლევის ფარგლებში მივიღეთ AABBP-ის ნანონაწილაკები ე.წ. პოლიმერის გამოლექვის/გამხსნელის გამოდევნის (ნანოპრეციპიტაციის) მეთოდის გამოყენებით და შევისწავლეთ მიღების პროცესში სხვადასხვა ფაქტორების, მათ შორის სხვადასხვა ფიზიკურ-ქიმიური პარამეტრების, გავლენა ნანონაწილაკების ფორმირებაზე (მათ ძირითად პარამეტრებზე - საშუალო დიამეტრსა და პოლიდისპერსიულობაზე) და დავადგინეთ ნანონაწილაკების მიღების ოპტიმალური პირობები. შედეგებმა გვიჩვენა, რომ ნანონაწილაკების მიღების პროცესში სხვადასხვა ფაქტორებისა და ფიზიკურ-ქიმიური პარამეტრების ცვლილებით შესაძლოა ნაწილაკების ძირითადი მახასიათებლების კონტროლირებადი ვარირება ფართო ზღვრებში. კვლევის ფარგლებში ასევე მივიღეთ 8L6 პოლიესტერამიდის (კვლევების საფუძველზე შერჩეული ოპტიმალური AABBP) მიკრონაწილაკები (მიკროკაფსულები), ე.წ. წყალი/ცხიმი/ცხიმი ორმაგი ემულსიის-გამხსნელის აორთქლების მეთოდით. მიკრონაწილაკების შემთხვევაშიც ჩავატარეთ სხვადასხვა ფაქტორების გავლენისა და მიღების ოპტიმალური პირობების დადგენის ანალოგიური სისტემატური კვლევა.

კვლევების საფუძველზე შევარჩიეთ ნანო- და მიკრონაწილაკების კონსტრუირებისათვის ოპტიმალური AABBP - პოლიესტერამიდი 8L6, რომელიც მიღებულია ამინომჟავა L-ლეიცინის, სებაცინის მჟავასა და 1,6-ჰექსანდიოლის საფუძველზე. აღნიშნული პოლიმერი წარმოქმნის ოპტიმალური პარამეტრების მქონე სტაბილურ და ბიოშეთავსებად ნანო- და მიკრონაწილაკებს. დავადგინეთ მიღებული ნანო- და მიკრონაწილაკების ძირითადი პარამეტრები (საშუალო დიამეტრი, პოლიდისპერსიულობა და ა.შ.) შესაბამისი ფიზიკურ-ქიმიური მეთოდების გამოყენებით და შევისწავლეთ მათი მორფოლოგია. კვლევის ფარგლებში ასევე შესწავლილია ნანო- და მიკრონაწილაკების სტაბილურობა სხვადასხვა პირობებში შენახვისას და დადგენილია მათი შენახვის ოპტიმალური პირობები. მივიღეთ ასევე PEG-ილირებული და დადებითად დამუხტული 8L6-ის და 8L68R6-ის ნანონაწილაკები. PEG-ილირება განვახორციელეთ ჩვენ მიერ შემუშავებული PEG-ილირების ახალი აგენტის - ბიოდეგრადირებადი PEG-ილირებული თანა-პოლიესტერამიდის ([8L6]_0,5-[tES-L6]_0,5) გამოყენებით. შედეგებმა გვიჩვენა, რომ PEG-ილირების ახალ აგენტს გააჩნია ზან-ის თვისებები - წარმოქმნის მიცელებს და ასტაბილიზირებს ნაონაწილაკებს. შესწავლილია ასევე AABBP-ს ნანონაწილაკების in vitro ბიოშეთავსებადობა სტაბილურ უჯრედულ ხაზებზე (HeLa, A549, RAW264.7 და Hepa 1-6 ხაზები).

ᲗᲔᲛᲣᲠ ᲥᲐᲜᲗᲐᲠᲘᲐ

ᲗᲔᲜᲒᲘᲖ ᲥᲐᲜᲗᲐᲠᲘᲐ - ᲐᲮᲐᲚᲘ ᲰᲔᲢᲔᲠᲝᲯᲐᲭᲕᲣᲠᲘ ᲞᲝᲚᲘᲛᲔᲠᲔᲑᲘᲡ ᲡᲘᲜᲗᲔᲖᲘ ᲓᲐ ᲙᲕᲚᲔᲕᲐ ᲡᲐᲤᲔᲮᲣᲠᲔᲑᲠᲘᲕᲘ ᲖᲠᲓᲘᲡ „ᲙᲚᲘᲙ“ ᲞᲝᲚᲘᲛᲔᲠᲘᲖᲐᲪᲘᲘᲗ (2018)

სპილენძ(I)-ით კატალიზირებული აზიდ-ალკინის ციკლომიერთების "კლიკ" რეაქცია (Copper(I) catalyzed azide-alkyne cycloaddition, CuACC) ინტენსიურადაა გამოყენებული ბიოქიმიასა და ბიოტექნოლოგიებში, პოლიმერულ ქიმიაში დენდრიმერების სინთეზსა და ფუნქციონალიზაციაში, პოლიმერების ფუნქციონალიზაციაში, ბლოკ-პოლიმერების, განტოტვილი და გაკერილი პოლიმერების სინთეზში და ა.შ. თუმცა, ძალიან მცირე რაოდენობის ნაშრომია მიძღვნილი ალიფატური ბიოდეგრადირებადი ტრიაზოლური პოლიმერების სინთეზისადმი საფეხურებრივი ზრდის პოლიმერიზაციით (სზპ) CuAAC კლიკ რეაქციის გამოყენებით.

წინამდებარე სამუშაო ეძღვნება ბიოსამედიცინო დანიშნულების ახალი ალიფატური ჰეტეროჯაჭვური ბიოდეგრადირებადი პოლიმერების - პოლიესტერებისა და პოლი(ესტერ ამიდების) სინთეზს CuAAC კლიკ სზპ-ს გამოყენებით. მაღალმოლეკულური, 1,2,3-ტრიაზოლური ციკლების შემცველი, "კლიკ" პოლიმერების მიღების მიზნით შევიმუშავეთ სზპ-ს ახალი სინთეზური სტრატეგია, რომელიც ეფუძნება CuAAC კლიკ რეაქციის გამოყენებას და, არსებულ სინთეზურ მიდგომებთან შედარებით, უფრო უნივერსალურია და საშუალებას იძლევა ფეთქებადი ბუნების ორგანული აზიდების გამოყენების გარეშე, უსაფრთხო ორსაფეხურიანი სამკომპონენტიანი რეაქციით დავასინთეზოთ სხვადასხვა ტიპის (AB ან AA-BB) და სხვადასხვა კლასის (პოლი-ესტერები, პოლი(ესტერ ამიდები), პოლი(ესტერ შარდოვანები და სხვ.) ჰეტეროჯაჭვური კლიკ პოლიმერები.

ახალი კლიკ პოლიმერების სინთეზის მიზნით განვახორციელეთ საკვანძო ბისალკინური მონომერების - დიკარბომჟავების დი-პროპარგიესტერების და დიაზიდური მონომერების წინამორბედების - ბის-ბრომაცეტილ წარმოებულების სინთეზი. დეტალურად შევისწავლეთ ორსაფეხურიანი სამკომპონენტიანი კლიკ სზპ-ს ძირითადი კანონზომიერებები და დავადგინეთ რეაქციის ოპტიმალური პარამეტრები და პირობები. დადგენილ ოპტიმალურ პირობებში ორსაფეხურიანი სამკომპონენტიანი კლიკ სზპ-თ პირველად მივიღეთ ძირითად ჯაჭვში 1,2,3 ტრიაზოლური ციკლების შემცველი, AA-BB-ტიპის კლიკ პოლიესტერები და პოლი(ესტერ ამიდები) და დავადგინეთ მათი სტრუქტურა FTIR და NMR სპექტრული ანალიზებით. დავადასტურეთ, რომ ორსაფეხურიანი სამკომპონენტიანი კლიკ სზპ-თ მიღება მხოლოდ 1,4-დიჩანაცვლებული 1,2,3-ტრიაზოლური ციკლები. შევისწავლეთ მიღებული კლიკ პოლიმერების ხსნადობა ორგანულ გამხსნელებში და ფირწარმოქმნის უნარი, განვსაზღვრეთ მათი მოლეკულური მასები და დაყვანილი სიბლანტის მნიშვნელობები. კვლევის შედეგად ვაჩვენეთ, რომ ახალი სინთეზური სტრატეგიის გამოყენებით შესაძლებელია მაღალმოლეკულური (Mw ≤ 73,7 kDa) კლიკ პოლიესტერების სინთეზი, რომლებსაც ახასიათებთ ელასტიკური ფირების წარმოქმნის უნარი.

გარდა ამისა, შევისწავლეთ მიღებული კლიკ პოლიმერების თერმული თვისებები და დავადასტურეთ, რომ მაკრომოლეკულის ძირითად ჯაჭვში ხისტი 1,2,3-ტრიაზოლური ციკლების ჩართვა საგრძნობლად აუმჯობესებს პოლიმერების თერმულ თვისებებს. უსპილენძო (კატალიზური სისტემების გამოყენების გარეშე), თერმული სზპ-თ მივიღეთ ტრიაზოლური პოლიესტერები და შევისწავლეთ მათი თვისებები. მიღებული "თერმული" პოლიესტერებისა და ანალოგიური კლიკ პოლიესტერების თვისებების შედარებით დავადასტურეთ ჩვენ მიერ შემუშავებული ახალი სინთეზური სტრატეგიის მაღალი ეფექტურობა და ვაჩვენეთ, რომ მხოლოდ კლიკ სზპ-ს მეშვეობით მიიღება ფასეული სამასალე თვისებების მქონე მაღალმოლეკულური ტრიაზოლური პოლიმერები. ბოლოს, ახალი კლიკ პოლიმერების საფუძველზე ნანოპრეციპიტაციის მეთოდით მივიღეთ ნანონაწილაკები, შევისწავლეთ მათი თვისებები და სტაბილურობა.

თენგიზ ქანთარია