Лигнин – природный биополимер, который способен стать ключевым элементом в медицине будущего. Новые исследования показывают его уникальные свойства: защита организма от радиации, замедление процессов старения и возможность применения в инновационных биоматериалах. Как этот «целебный» материал может изменить нашу жизнь и решить глобальные вызовы? Узнайте в нашей статье!

Современная наука открывает удивительные возможности для использования природных материалов в медицине. Одним из таких перспективных веществ является лигнин – биополимер, который уже называют "материалом будущего". Он не только экологичен и доступен, но и обладает уникальными свойствами, которые могут изменить подходы к лечению и профилактике заболеваний.

От природы – к медицине

Лигнин – это природный полимер, который входит в состав клеточных стенок растений, придавая им прочность и устойчивость. Однако его потенциальная роль в медицине долгое время оставалась недооцененной. Сегодня это меняется благодаря исследованиям, проводимым в России и за рубежом.

Российские ученые из Федерального исследовательского центра "Коми научный центр УРО РАН" занимаются изучением структуры лигнинов и их влияния на организм человека. В рамках проекта Российского научного фонда их работа направлена на использование лигнинов как антиоксидантов, геропротекторов и радиопротекторов. Это особенно важно в условиях хронического радиационного облучения, например, на космических станциях или в зонах с высоким радиационным фоном. Исследования показывают, что лигнин может эффективно защищать клетки организма, предотвращая повреждения на уровне ДНК.

Биоматериалы на основе лигнина

Помимо радиопротекции, лигнин активно изучается в области биоматериалов. Недавние исследования, опубликованные в журнале Carbohydrate Polymers, демонстрируют потенциал использования лигнина для создания биосовместимых материалов. Ученые рассматривают его как основу для разработки новых лекарственных форм и систем доставки препаратов.

Представьте: лекарства, которые доставляются прямо к очагу заболевания, не затрагивая здоровые ткани, или материалы, которые стимулируют регенерацию тканей после операций. Все это возможно благодаря уникальным свойствам лигнина, таким как биосовместимость и способность к химической модификации.

Прорыв в медицине и промышленности

Применение лигнина выходит далеко за рамки медицины. Этот биополимер способен стать ключевым элементом в создании экологически чистых материалов, таких как биоразлагаемая упаковка или строительные композиты. Но именно его медицинский потенциал делает лигнин объектом пристального внимания ученых по всему миру.

На фоне глобального интереса к устойчивому развитию и экологическим технологиям исследования лигнина становятся не просто научной задачей, а шагом к созданию более здорового и безопасного мира.

Что дальше?

Научный прогресс, связанный с изучением лигнина, обещает множество открытий. Возможно, уже через несколько лет этот природный полимер станет основой новых технологий, которые изменят нашу жизнь. Компаниям, ориентированным на инновации, следует внимательно следить за этой областью – кто знает, возможно, именно лигнин станет новым "золотом" XXI века.

Источник: Российский научный фонд, Carbohydrate Polymers.

Еще больше химических новостей

На территории России находится около четверти лесов мира. Для подъезда техники, заготовительных работ, вывоза древесины и контроля состояния лесных массивов необходимо прокладывать дороги. Они отличаются от автомобильных повышенной нагрузкой от тяжелых машин и автопоездов, из-за которых покрытие быстрее разрушается и приходит в негодность. Затраты на строительство и ремонт лесовозных дорог увеличивает стоимость древесины. Одним из способов их укрепления является использование геосинтетических оболочек, но работа таких конструкций изучена недостаточно. Ученые Пермского Политеха провели исследование и выяснили эффективность применения геосинтетических оболочек под колесами автомобиля.

Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПГТУ. Лес. Экология. Природопользование», № 2, 2024.

Для уменьшения затрат на вывозку древесины нужно снижать стоимость строительства лесных дорог. При этом нельзя допускать ухудшения их качества, особенно устойчивости к деформациям. Это важно для социально-экономического развития не только отдельных регионов, но и экономики страны в целом. По данным Рослесхоз в 2023 году доходы от лесного хозяйства в федеральный бюджет России составили 50,22 млрд рублей, что на 8% больше предыдущего периода.

Снизить стоимость древесины и одновременно повысить эффективность дорог позволяет использование геосинтетических оболочек. Это сшитые между собой листы из полимерного материала, которые по структуре напоминают ткань. Она укладывается между слоями стройматериала и препятствует просадке дорожного полотна, что позволяет ему выдерживать больше веса, чем обычному покрытию.

Тем не менее, сам процесс деформации такого материала все еще плохо исследован. Ученые Пермского Политеха изучили напряженно-деформированное состояние геосинтетических оболочек, чтобы выяснить, как происходит их просадка под весом колес автомобиля.

Политехники исследовали влияние ширины и толщины оболочки из щебня на осадку. С помощью компьютерной модели, в которой воспроизводилась нагрузка, провели две серии расчетов с толщиной 0,2 и 0,4 м с разной шириной. Для сравнения такое же моделирование провели и для дороги без соответствующего покрытия.

– Оказалось, что напряженно-деформированное состояние геосинтетического материала существенно зависит от этих показателей: чтобы покрытие сохраняло свои механические свойства, ширина должна быть больше толщины в 6-8 раз. В случае, если этот показатель равен 4 и меньше, покрытие теряет устойчивость к нагрузке веса колес, – комментирует Владимир Клевеко, доцент кафедры автомобильных дорог и мостов ПНИПУ, кандидат технических наук.

Использование геосинтетических оболочек в строительстве лесных дорог представляет собой перспективное направление для снижения затрат на вывозку древесины и повышения прочности дорожного покрытия. Исследование ученых Пермского Политеха позволит улучшить эксплуатационные характеристики лесных дорог, что важно для социально-экономического развития региона.

В медицине для изготовления имплантов, держателей ампул, зондов, колб и другого оборудования используют специальные материалы – полимеры PEEK (полиэфирэфиркетон) и PLA (полимолочная кислота). Во время процедур такие инструменты контактируют с различными веществами и жидкими средами, которые постепенно разрушают полимеры. Понимание процессов деградации PEEK и PLA важно для обеспечения безопасности и долговечности биомедицинских устройств. Ученые Пермского Политеха провели ряд экспериментов, которые показывают, при каких условиях изделия из полимеров PEEK и PLA разрушаются быстрее.

Статья опубликована в журнале «The International Journal of Advanced Manufacturing Technology», том 134, 2024. Исследование проведено в рамках госзадания Минобрнауки РФ на выполнение фундаментальных научных исследований.

Материалы полиэфирэфиркетон и полимолочная кислота широко применяют в производстве медицинских инструментов благодаря своей биосовместимости и высокой механической прочности. PEEK имеет высокую температуру плавления (300 °C) и успешно заменяет металлические импланты, а PLA хорошо подходит для печати на 3D-принтерах, а еще его добывают из возобновляемых ресурсов – кукурузного крахмала и сахарного тростника, поэтому биоразлагаемый полимер отличается низкой стоимостью и экологичностью.

Ученые Пермского Политеха провели ряд экспериментов, чтобы изучить, как происходит деградация PEEK и PLA и какие вещества могут ее ускорить.

Исследователи напечатали на 3D-принтере серию из нескольких образцов из полиэфирэфиркетона и полимолочной кислоты, а затем погрузили их в разные жидкие среды – раствор хлорида натрия и дистиллированную воду. Для ускорения деградации использовались повышенные температуры – 45 °C и 70 °C. Наблюдение длилось от 1 до 7 дней, после чего проводилось испытание на растяжение образцов, чтобы оценить их механические свойства и прочность в зависимости от времени выдержки в жидкостях.

– Деградация образцов PLA в дистиллированной воде при 70 °C происходила быстро. Прочность материала резко упала в первый же день эксперимента, а уже через 5 дней оказалось невозможным проводить испытание на растяжение – образцы стали слишком хрупкими. В то же время, этого не наблюдалось в образцах, которые находились в растворе хлорида натрия при той же температуре, однако и там отмечалось постепенное разрушение материала, – рассказывает Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

– Образцы PEEK оказались намного более устойчивыми к разрушающим воздействиям обеих жидкостей. За неделю при температуре 70 °C их свойства практически не изменились: отклонение от нормы не превышало 2%. Это объясняется тем, что полимер имеет более высокую температуру плавления, – поясняет Илья Виндокуров, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.

Исследование ученых Пермского Политеха показало, что полимеры PEEK и PLA имеют различную устойчивость к деградации в зависимости от температуры и воздействия жидкостей. Полученные результаты позволят разработать рекомендации по использованию и стерилизации медицинских инструментов так, чтобы чтобы обеспечить их долговечность и безопасность.