Сравните особенности полимеров с гидрофобной основной цепью и гидрофильными боковыми цепями

Природным продуктом этого класса являются гликопротеины, хотя полипептидную цепь, безусловно, нельзя считать полностью гидрофобной. Многие гликозилированные белки можно рассматривать как комбинацию привитых и блок-сополимеров, поскольку полипептидная цепь часто содержит гидрофильные и гидрофобные участки. Некоторые типы синтетических привитых сополимеров рассматриваемого типа приведены на рис. 17. В настоящее время большой интерес вызывают сополимеры с поли(этиленглколиевыми) (ПЭГ) «хвостами». Они служат эффективными стерическими стабилизаторами для различных дисперсий. Есть три способа получения ПЭГ-замещенных полиакрилатов.

Рисунок 17. Некоторые полимеры с гидрофобной основной цепью и гидрофильными боковыми цепями

Все три метода в принципе могут быть реализованы в промышленном масштабе. Этоксилированные мономеры (производные акрилатов) являются промышленно производимыми мономерами.

Как было отмечено выше, этот тип привитых сополимеров нашел применение в качестве стерических стабилизаторов дисперсий, в частности в производстве красок. Другое интересное применение этих поверхностно-активных полимеров состоит в модифицировании твердых поверхностей для предотвращения адсорбции белков и других биологических молекул. Полимеры этого типа адсорбируются с образованием монослоя на гидрофобной поверхности, причем адсорбция протекает исключительно за счет взаимодействия гидрофобной полимерной цепи с поверхностью, а цепи ПЭГ ориентируются к водной фразе. Уже установлено, что такой способ покрытия поверхности цепями ПЭГ эффективен для снижения адсорбции белков и, как следствие, снижения адгезии клеток к поверхности твердого тела. По опубликованным данным, полученным в опытах in vitro и in vivo, ПЭГ-покрытия заметно подавляют адсорбцию белков плазмы крови и адгезию тромбоцитов, что снижает риск тромбообразования.

Инертный характер ПЭГ-модифицированных поверхностей объясняется свойствами полимера в растворе и тем, что полимер не имеет заряда. Из-за большого дипольного момента полимер сильно сольватирован водой. В то же время его гомологи полиоксиметилен и полиоксипропилен, как и его изомер полиацетальдегид, не растворяются в воде и поэтому не используются для получения гидрофильных привитых полимеров.

Способность ПЭГ предотвращать адсорбцию белков и других биомолекул на поверхностях можно рассматривать как эффект стерической стабилизации. Такой тип стабилизации обычно можно представить в виде двух вкладов: упругого и осмотического. Упругая составляющая (или ограничение объема) определяется уменьшением конформационной энтропии при сближении двух поверхностей из-за уменьшения объема, доступного для каждого полимерного сегмента. При подходе молекулы белка к поверхности, модифицированной ПЭГ, возникает сила отталкивания из-за потери конформационной свободы полиоксиэтиленовых цепей.

Осмотические взаимодействия (или взаимодействия смешения) возникают из-за повышения концентрации полимера при сжатии двух поверхностей. Когда молекула белка или любая другая большая молекула в водном растворе подходит к поверхности, число возможных конформаций сегментов ПЭГ уменьшается из-за сжатия или взаимного проникновения полимерных цепей. Кроме того, возникает отталкивание осмотической природы. Какой именно процесс будет протекать в системе (сжатие или взаимное проникновение цепей, или оба эти процесса), определяется плотностью цепей ПЭГ. При плотной прививке ПЭГ к полимерному остову преимущественно происходит сжатие, а при менее плотной прививке доминирует взаимное проникновение цепей.

Для предотвращения адсорбции белков на твердых поверхностях также весьма перспективны незаряженные полисахариды. Так, покрытие поверхностей декстранами делает их инертными, причем механизм отторжения биомолекул, по-видимому, аналогичен рассмотренному выше для ПЭГ. В то же время эти два типа полимеров по-разному реагируют на изменение температуры. ПЭГ и его производные чувствительны к температуре, вызываемая ими стерическая стабилизация ухудшается с увеличением температуры. Декстраны относительно мало чувствительны к изменениям температуры.