Сегодня мир переживает бум изобретения новых полимерных материалов с разнообразными полезными свойствами. Без полимеров нельзя представить ни повседневную жизнь, ни современное производство: то и другое насыщено высокими технологиями. Пока кто-то сомневается в возможностях импортозамещения, в лаборатории полимерной химии Уфимского института химии УФИЦ РАН спокойно работают, создавая новые многообещающие материалы.
- Наша лаборатория отличается широкими научными интересами, - рассказывает заведующий лабораторией доктор химических наук Вадим Мингалеев. - У нас ведутся исследования по изучению гидрогелей и самоорганизующихся наноразмерных полимерных комплексов для биомедицинских применений. Другое интересное направление - синтез и исследование свойств функциональных термостойких полимеров, которые могут быть использованы как материалы в современной оптоэлектронике, фотонике, как адсорбенты и даже катализаторы. Области, где могут применяться синтезированные и изученные нами полимеры, крайне важны для повышения технологической независимости Российской Федерации.
Лечение от рака уже стало основой для драматических коллизий в фильмах и сериалах. Все знают: это серьезное испытание для организма, потому что все антираковые препараты токсичны. Они убивают не только клетки опухоли, но и здоровые. Как уменьшить это неблагоприятное воздействие? Например, сделать так, чтобы препарат проникал в организм постепенно, дозированно - так его действие будет длительнее и мягче. То есть создать лекарства с модифицированным высвобождением.
- Были получены гидрогели, в которые можно «упаковать» действующее вещество − рассказывает Мингалеев. – Полимерный гель - это пространственная сетка из длинноцепочечных молекул. Связываться между собой эти молекулы могут за счет физических взаимодействий или за счет химических связей. Последние более прочные и упругие.
Мы перемещаемся в лабораторию. Порции гелей лежат в чашках Петри. При ближайшем изучении становится ясно, что они гораздо устойчивее к воздействиям, чем знакомые нам косметические гели: не меняют форму при надавливании и не сползают с поверхности, если наклонить чашку. Собственно, сначала сотрудники лаборатории синтезируют порошки из полимерных молекул, а затем они вбирают в себя воду, набухают, и получаются гидрогели. А от частоты связей между длинными молекулами зависит размер ячеек сетки. Лекарственное вещество растворяют в геле, и затем, высвобождаясь, оно будет проходить через множество ячеек и поступать в организм постепенно. Изменяя размеры ячеек, ученые могут регулировать длительность этого процесса.
- Кусочки гидрогелей, содержащие лекарства, пациенты будут принимать внутрь. Из чего же они делаются?
- Те, которые вы видите, сделаны из химически модифицированных яблочного и цитрусового пектинов. Также мы синтезировали гидрогели из хитозана и гиалуроновой кислоты. Все эти полимеры биоразлагаемые - организм сам может разрушить их, усвоить их частицы и даже получить от этого пользу. Однако после того как гидрогель «отдаст» лекарство, - рассказывает кандидат химических наук Регина Вильданова.
- Есть ли доказательства эффективности их применения?
- Наши гели были успешно использованы для лечения глаукомы у кроликов. Опыты проводились в НИИ глазных болезней. Также мы исследовали скорость высвобождения из геля антираковых препаратов, - продолжает она.
За соседним столом в этой же комнате трудится кандидат химических наук Марат Бабаев. Системы-носители лекарственных средств, которые он исследует, также помогут препаратам проникать в организм постепенно, а еще повысят их растворимость и биодоступность. Научное кураторство по обоим направлениям биомедицины осуществляет профессор Сергей Колесов.
- В настоящее время синтезируется большое количество биологически активных субстанций, которые плохо растворимы в воде, и это усложняет их применение, - рассказывает Марат Бабаев. - Мы создаем макромолекулы полимеров, которые самоорганизуются в ядро, способное поглощать плохо растворимое лекарственное соединение, и оболочку, которая поддерживает ядро в растворенной форме и позволяет веществу равномерно распределиться в растворе. Это и есть система-носитель лекарств. Размер этих частиц - от 100 до 250 нм, такие системы принято называть наноразмерными. Они способны изменять свою структуру в зависимости от внешних факторов: кислотной или щелочной среды, ионной силы раствора, температуры - то есть, контролируя эти факторы, мы можем регулировать размеры частиц и их способность выделять поглощенное лекарственное средство. Поэтому их также называют смарт-системами - умными системами.
Ракеты, электроника, алмазы
Перемещаемся в другую лабораторию, где ведутся работы по синтезу полиариленфталидов - уникальных многофункциональных полимеров.
- Мы получили группу абсолютно новых полимерных материалов, обладающих различными интересными свойствами, - сообщил нам кандидат химических наук Тагир Янгиров. - Например, термостойкостью: материал начинает гореть, т.е. подвергаться окислительной деструкции, на воздухе при температуре от 400 градусов. Для полимеров это весьма высокая температура. Такие конструкционные материалы могут найти применение в авиации, а самые термостойкие - в ракетостроении. Другие синтезированные нами вещества могут излучать свет под действием ультрафиолетового излучения или электричества и при этом довольно устойчивы к воздействию внешней среды (воды, воздуха). Они могут пригодиться, например, в производстве дисплеев и ряда материалов для оптоэлектроники и фотоники. Научный куратор нашего направления - доктор химических наук Владимир Крайкин.
Тагир Янгиров демонстрирует мне тонкую прозрачную пленку. Это и есть новый термостойкий полимер, который начинает гореть при температуре 450° С.
- Это новый класс полимеров - уникальный, до этого неизвестный, - комментирует заведующий лабораторией. - Мощная работа в плане химического синтеза и большой задел для будущего нашей страны, для создания уникальных материалов. Например, если мы возьмем термостойкий полимер и отожгем его в печи, то образуются наноалмазы: углеродный остов, который останется после отжига, будет иметь алмазоподобную структуру. Мы надеемся, что результаты, которые мы получаем, найдут применение, и на их основе в нашей стране будут производиться инновационные материалы.
Екатерина КЛИМОВИЧ.
