МОСКВА, 5 мар. Повысить прочность биоразлагаемого полимера, используемого для создания искусственных хрящевых и костных тканей, смогли ученые Института элементоорганических соединений РАН совместно с коллегами из Китая. Предложенный подход может быть легко масштабирован для промышленного производства, сообщили в Российском научном фонде (РНФ).
Биоразлагаемые полимеры способны распадаться в окружающей среде на безвредные компоненты, что снижает риск загрязнения почвы и водоемов по сравнению с традиционными пластиками, рассказали авторы исследования.
Одним из таких полимеров является поликапролактон. Он отличается высокой прочностью и биосовместимостью, благодаря чему используется в медицине с целью создания искусственных хрящевых и костных тканей для производства имплантатов. Кроме того, этот материал химически устойчив, поэтому не нуждается в особых условиях хранения.
«Поликапролактон получают в результате полимеризации, при которой малые молекулы становятся звеньями одной длинной цепи. Этот процесс протекает в присутствии катализаторов — веществ, ускоряющих химическую реакцию. Традиционно для получения поликапролактона применяют катализаторы на основе олова. Однако такие катализаторы обладают токсичностью и требуют проведения реакции при повышенных температурах (выше 120 °С)», — отмечается в сообщении РНФ.
Исследователи из Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) и Сямэньского университета (Китай) предложили использовать кислоту Кроссинга (H(OEt2)2)[Al(OtfBu)4] – органическое соединение, содержащее алюминий и способный отщеплять протон с большей активностью, чем лимонная, уксусная, серная, соляная и другие «бытовые» кислоты) в качестве катализатора для получения поликапролактона.
«»Мы обнаружили эффективный катализатор — кислоту Кроссинга — для синтеза поликапролактона. Высокая активность катализатора позволила не только осуществлять контролируемый синтез полимера в мягких условиях, но и проводить реакцию при использовании очень малого количества катализатора. Это выгодно отличает его от классической системы на основе более токсичного олова», — рассказал научный сотрудник Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН Андрей Козлов.
Учеными было установлено, что кислота Кроссинга позволяет синтезировать поликапролактон, который состоит примерно из 950 звеньев (мономеров). Такие высокомолекулярные соединения обладают улучшенными механическими свойствами и долго не разрушаются, что делает их подходящими для медицинских применений.
Как рассказали в пресс-службе РНФ, метод отличается не только энергоэффективностью и возможностью масштабирования, но и высокой гибкостью, что дает возможность применять его для решения различных задач. Например, изменяя температуру и тип растворителя, можно подобрать условия для сополимеризации — получения конечного полимера из нескольких разных полимеров.
Ученые подобрали оптимальные условия полимеризации, при которых реакция идет максимально эффективно и может протекать как в растворе, так и при отсутствии растворителя («в массе»), при комнатной или слегка повышенной температуре.
«Утилизация пластиковых отходов — одна из наиболее серьезных проблем, с которыми сталкивается общество. Возможным решением стала бы замена традиционных пластиков на биоразлагаемые», — объяснил Козлов.
В дальнейшем исследователи планируют продолжать адаптировать метод для промышленного применения. Учитывая гибкость условий и возможность контролировать процесс полимеризации поликапролактона, исследователи надеются разработать эффективный метод промышленного получения не только уже доступных на мировом рынке полимеров (с длиной цепи до 700 звеньев), но и соединений со значительно более высокой молекулярной массой.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале European Polymer Journal
Свежие комментарии