Влияние температуры на динамические реологические особенности ГК, Гилана и Synvisc®

Абстракт

В этой работе исследуется эффект температур в диапазоне 25-65°C на динамическое реологическое поведение водно-соляных растворов, содержащих ГК (гиалуроновую кислоту), гилан А (перекрестно-сшитая ГК) или Synvisc® (смесь гиланов). Увеличение температуры значительно уменьшало модуль и комплексную вязкость для всех трех образцов. Это изменение качественно понятно следовало из увеличивающегося числа более высокоэнергетических конформаций с возрастанием температуры, приводя к уменьшению длины постоянства полимерной цепи. Как выяснилось, данные были сопоставимы с данными вязкостей, предсказанными в работах Мацуока и Ковмана из общего отношения, предложенного для растворов полимера.

Ключевые слова

Гиалуроновая кислота, вязкость, эластичность, гидродинамика

Введение

Реологические свойства растворов ГК, как известно, чувствительны к изменениям температуры. В этой работе мы исследуем степень, с которой реологические изменения предсказуемы на основе увеличенной чувствительности и меньшего гидродинамического объема ГК с увеличением температуры. Мы также исследуем показывают ли растворы гилана А (молекулярный вес 6 миллионов) и Synvisc®, смесь гиланов А и В, ту же самую зависимость реологических свойств от температуры.

Материалы и методы

В работе использовались такие материалы, как раствор гилана А среднего молекулярного веса (содержание полимера 1%), Synvisc®, 80:20 смесь растворов гилана А (1%-ое содержание полимера среднего молекулярного веса 6 миллионов) и гилана B (жидкий раствор геля, содержание полимера 0.5 %), а также Геалон® GV (средний молекулярный вес 5 миллионов, содержание полимера 1.4 %). Все образцы были в 0.15 М NaCl. Все исследования были сделаны, используя кюветный реометр Болина, модель VOR, C14 концентрическая цилиндрическая система измерения в режиме динамического колебания. Значения ?sp представлены, как комплексная вязкость при 0.01 Гц. Значения G' представлены при 5 Гц.

Результаты и обсуждения

Гидродинамические объемы цепей ГК уменьшаются с увеличением потому, что конформации с более высокоэнергетическими связями становятся более доступными. Это уменьшает жесткость основы каркаса полисахаридных цепей. Внутренняя вязкость [?] измеряется определенным специфическим гидродинамическим объемом ГК в растворе. Данные от Клиланда и Фусса, Миласа и Ринаудо показывают, что внутренняя вязкость ГК высокого молекулярного веса уменьшается примерно до 25 % с увеличением температуры от 25 до 65°C.

Температурный эффект вязкости растворов при низком сдвиге.

Нулевой сдвиг характерной вязкости растворов полимеров, зависит от его молекулярного веса MW, концентрации c, а также от внутренней вязкости полимера [?]. Продукт, с[?], назван параметром наложения катушки потому, что это отражает степень, с которой полимеры цепи могут гидродинамически взаимодействовать друг с другом. Мы выяснили, что характерная вязкость растворов ГК в 25°C может быть выражена в терминах параметра наложения катушки, используя уравнение ниже с коэффициентом k' =0.4.

?sp = с[?] + k'(с[?])² + ((k')²/2!)* (с[?])³ + ((k')³/3!)* (с[?])⁴ Уравнение 1

Это уравнение согласуется с изданными данными по Берроду, см. иллюстрацию 1.

Иллюстрация 1. Сравнение уравнения взаимодействия с четырьмя параметрами, предложенного Мацуокой и Ковманом с экспериментальными данными для ГК, изданными Берродом, Миласом и Ринаудо.

Поскольку внутренняя вязкость уменьшается при более высоких температурах, то значение характерной вязкости раствора должно также уменьшиться, согласно уравнению 1. Данные были рассчитаны, используя уравнение 1, и наши экспериментальные результаты сравнили в таблице 1 и показали в иллюстрации 2.

Таблица 1. Температурный эффект характерной вязкости: Предсказание против Эксперимента.

Значения, отмеченные * не могут быть вычислены потому, что молекулярный вес не может быть определен

Температурный эффект эластичности растворов при высоком сдвиге.

При высоких сдвигах деформации значения упругого модуля, измеренные для растворов полимера, близки к выходу на плато. На плато упругий модуль зависим от концентрации полимера во вторую очередь, но не зависит от молекулярной массы полимера или от его внутренней вязкости. В несколько более низких частотах деформации существует слабая зависимость упругого модуля от молекулярной массы и/или внутренней вязкости.
Таким образом, мы ожидаем, что справедливо следующее уравнение:

G'(5 Гц) ? c^x [?]^y

Где x близко к 2, а y близко к 0. Поэтому предсказуемо, что G' при 5 Гц будет только немного ниже при 65°C, чем при 25°C. Результаты представлены в таблице 2 и отображены на иллюстрации 2.

Таблица 2. Температурный эффект эластичности.

Иллюстрация 2. Экспериментальная зависимость комплексной вязкости, ?^* и динамической эластичности, G', от частоты (Гц) при двух различных температурах, 25°C и 65°C для 1.4 % ГК, 1 % гилана A и Synvisc®.

Заключение

Величина изменения в низком сдвиге вязкости растворов ГК с увеличением температуры от 25°C до 55°C к 65°C, предсказана правильно, с применением уравнения взаимодействия с 4 параметрами, которое связывает ?sp и с[?]. ГК, гилан A и Synvisc® - все имеют подобную температурную зависимость при низком сдвиге вязкости. Модуль упругости при высоком сдвиге нормы только слабо зависит от температуры, потому, что это нечувствительно к изменениям в гидродинамическом объеме цепей.