Блеск и нищета российских биоразлагаемых полимеров

Разлагаемые материалы

Оксана ПРИЛЕПИНА, «Страна Росатом»

В 300 метрах от Кремля, на трёх с лишним гектарах бесценной московской земли раскинулись обшарпанные строения НИФХИ им. Карпова. Пять корпусов, помещения бывших мастерских и проектного центра, цехов металлообработки, складов – когда-то Карповка слыла ведущим физико-химическим институтом страны, двигала вперёд мировую науку. На ржавой доске почёта вместо фотографий – огромные дыры, через которые пробивается буйная зелень неухоженного парка. Мы прогуливаемся с Дмитрием Поляковым, заведующим лабораторией полимеризационных процессов, работающим в институте уже 50 лет. «Липовую аллею в 19 веке посадил помещик, он к реке Яузе ходил уток стрелять, – говорит Поляков. – На месте нашего пятого корпуса стояла церковь, а в 1918 году построили научное учреждение. Последний раз капремонт был в 1968 году». Несмотря на декаданс, здесь красиво: колонны, барельефы с лицами академиков, внутри здания массивные зеркала, четырёхметровые потолки. Из 25 лабораторий Карповки недавно сформировали три научно-технических центра, поскольку некоторые лаборатории состояли из одного – четырёх человек. Учёные продолжают заниматься любимым делом, умудряясь создавать инновационные технологии на оборудовании 60–80-х годов.

Лаборатория полимеризационных процессов

И биополимерные нити, которые делают в НИФХИ

Сейчас во всем мире активно ведутся разработки биоразлагаемых материалов – тема модная. На Западе и в США есть внушительные производства полилактида, тщательно изучаются природные полимеры, полученные из зерна, тростника, кукурузы и овощей. Карповка пошла по пути создания синтетических биоразлагаемых материалов. Здесь уже около 10 лет из молочной кислоты рождается на свет новая материя. Полимеры изначально создавались для медицины. Уже стали привычными нити, которые сами рассасываются в организме после операции. В отечественных больницах при сложных переломах до сих пор применяют металлические скобы, штифты, винты, спицы, из-за чего в большинстве случаев требуется повторное хирургическое вмешательство, чтобы вынуть приспособления. Биокрепежи выполняют свою функцию не хуже металла, но когда кости срастаются, полимеры разлагаются на углекислый газ и воду. 

Трижды опоясать Землю

В Карповке ещё в 90-х годах пытались производить из полигликолида штифты для сращивания костей и нити любой толщины вплоть до минимальной – для сшивания нервных тканей. Совместно с Институтом хирургии им. Вишневского было доказано, что наши материалы ничем не хуже заграничных. С Институтом травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии (Черновцы) провели успешные клинические испытания на 65 пациентах, получили разрешение Минздрава на промышленный выпуск, но за положенные три года не успели развернуть производство – не нашли денег.

До сих пор в Россию ввозятся и нити, и изделия для фиксации костей, хотя собственные научные разработки имеются. «Производство хирургической нити можно уместить на двух столах, оборудование несложное, – говорит Дмитрий Поляков.– Из-за малых размеров его даже трудно назвать промышленным. Из 1 кг полигликолида получается столько ниток, что ими можно трижды опоясать земной шар». Хирургическая нить рассасывается через 1,5 месяца, штифты держат прочность четыре месяца. Исследования НИФХИ показали, что время разложения полимера можно программировать и использовать в производстве лекарств пролонгированного действия. Концентрированный медицинский препарат помещают в оболочку из биоразлагаемого вещества, вводят в организм – и лекарство выдаётся нужными порциями в нужный момент. «Время жизни биополимера зависит от многих причин, – продолжает Дмитрий Поляков. – От типа, молекулярной массы, степени кристалличности и так далее». Капсулы пролонгированного действия используют очень широко в самых разных областях медицины до и после операций. А в лечении обширных ожогов кожи им нет альтернативы, потому что в ожогах самое страшное – инфекции. Институт предлагает накладывать бинты и ваты из нетканых биоразлагаемых материалов с антибактериальной пропиткой на ожоги и раны – тогда не нужны мучительные перевязки. Такое свойство полимеров может применяться и в фотодинамической терапии при лечении чуть ли не всех видов рака кожи. При помощи биополимера в организм вводят порфирин, который концентрируется в поражённых клетках кожи. При облучении накопившегося порфирина генерируется так называемый синглетный кислород, обладающий большой активностью в окислении и пожирающий видоизменённую ткань. В будущем биополимер можно использовать в офтальмологии как своего рода клей. На разрез врач наложит полилактид, тот стянет края раны, и можно не сшивать. В мире стремительно развивается регенеративная хирургия – учёные уже научились выращивать клетки, новые ткани и даже органы. Синтетические биоразлагаемые материалы являются лучшими скаффолдами – матрицами для выращивания клеток. В НИФХИ начались исследования в этом направлении. Уже отданы первые образцы в Институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Там говорят, что клетки в новых матрицах растут. Будет ли государство финансировать этот проект Карповки и её медицинского партнёра, решится в ближайшие месяцы.

Чудо-мясорубка

Мы спускаемся в лабораторию, на месте которой в советские времена находилась дирекция. В помещении царит хаос, порождённый испытаниями новой установки электроформования. Ведущий сотрудник Сергей Белоусов выхватывает откуда-то невзрачную тряпочку и с гордостью сообщает: «Это смесь полимеров полиамида и поликарбоната, её можно применять как фильтр. Она легко защитит дыхательные пути и от такого смога, который был этим летом, и от радиоактивных аэрозолей». Ценность нетканого материала не только в веществе, из которого он сделан, – в Карповке за год изобрели новую технологию производства. Ни у кого в мире, кроме нас, нет установки, куда можно было бы засыпать гранулы мономера и тут же получать готовое изделие из полимера. Ноу-хау держится в секрете, потому что патент ещё не получен. Но общая схема такая. Главная часть установки – экструдер. «Переводя на простой язык, экструдер – это мясорубка, – говорит Сергей Белоусов. – Мы засыпаем в него гранулы исходного вещества, мономера, они расплавляются, превращаются в полимер, прокручиваются и через тончайшее отверстие вытягиваются мощным электростатическим полем, сплетая вот такой материал».Технология недорогая, экологически чистая, стоимость изделия будет в основном зависеть от полимера и цен на электроэнергию. Похожая технология применяется в НИФХИ при производстве респираторов «Лепесток» и «Алина», но в их основе не расплавленный полимер, а раствор. Использование растворителя не только дорого, но и не экологично, так что, возможно, эти респираторы теперь будут производить новым способом. 

Нет прозрачности 

«Потрите образец», – главный научный сотрудник Сергей Чвалун протягивает мне маленький синий кусочек полилактида, похожий на жёсткую рогожку. Он легко рассыпается в мелкую пыль, которая со временем превратится всё в те же СО2 и Н2О. У меня в руках надежда России на избавление от пакетов, бутылок и прочей упаковки из полиэтилена и полистирола, которых у нас производится не меньше 2 млн. т в год. Над ними не властно время, свалки разрастаются. В США уже забили тревогу, организовали государственную программу и понизили цены до 3,5 евро за 1 кг полимера для биоупаковки. Но это всё равно в полтора раза дороже, чем привычный полиэтилентерифторат. «Наш полилактид в опытном образце стоит 3 доллара за 1 кг, – говорит Сергей Чвалун, – из него можно сделать несколько тысяч пакетов, себестоимость одного – копейки. Но полистирол стоит ещё дешевле, порядка 25 рублей за 1 кг. Мировая тенденция ведёт к тому, чтобы делать упаковку из растительного сырья, которое обходится не так дорого . Мы тоже думаем поэкспериментировать с зерном, свёклой, кукурузой. Этой проблемой занимаются также в Красноярске и ещё в паре мест в Москве». Проблемы упаковочного биоматериала не только в цене, но и в прозрачности – в буквальном смысле. Конечно, бутылки, одноразовую посуду, плёнку для непищевых товаров можно делать и мутноватую, и цветную. А вот продукты питания в супермаркетах потребитель захочет рассмотреть повнимательнее. Впрочем, необязательно сразу переходить на дорогую биоразлагаемую упаковку, можно начать работу, дожидаясь, когда чудесный материал подешевеет. «При производстве плёнки можно в полиэтилен добавить биополимер, который распределится в виде мелких включений – получится такой композитный материал, – поясняет Дмитрий Поляков. – Когда полимолочная кислота начнёт распадаться, материал рассыплется в труху. Полученный порошок полиэтилена, по данным многих исследований, может быть безвредным компонентом почвы, как, например, глиняные гранулы керамзита. Так мы постепенно перейдём на экологически безвредную упаковку». Заведующий лабораторией рассказал, как одна российская частная фирма пыталась купить завод по производству нового поколения плёнки, но столкнулась с отсутствием сырья. Нет у нас предприятия, синтезирующего полилактиды. Германия предложила производство мощностью 30 тыс. т полимера в год, а нужно не меньше 100 тыс. т, чтобы добиться приемлемой цены продукции. На том дело пока и встало. Теперь вся надежда на целевую государственную программу. Государственная политика должна быть направлена на поощрение производителей, выпускающих свой товар в биоразлагаемых упаковках, иначе в самое ближайшее время наши города окажутся в кольце свалок. Мусоросжигательные заводы лишь частичное решение проблемы, так как выбросы в атмосферу экологическую обстановку отнюдь не улучшают. Углекислый газ, концентрация которого продолжает возрастать, – хорошая иллюстрация к нынешним погодным катаклизмам. 

Наука как смысл жизни 

Областей развития у биополимеров очень много – хватило бы фантазии. В своё время один воронежский завод получил заказ на производство гробов из ударопрочного полистирола ввиду нехватки леса в регионе. Смастерили, но дело не пошло, так как изделие разлагалось слишком долго - 50 лет. Совсем иные перспективы сейчас. Новыми являются и биополимерные матрицы, в которых можно восстанавливать различные наночастицы под действием радиолиза. «Эти частицы обладают уникальными свойствами: каталитическими, оптическими, электродинамическими, – говорит Сергей Чвалун. – Облучаем матрицу, наночастички растут, и получается полимерная плёнка, наполненная серебром, водородом, золотом, медью. Её, например, используют как «умное» покрытие, которое меняет цвет при облучении». И всё-таки странно видеть, в какой бедности рождаются научные достижения. Заведующие кафедрами, доктора наук в НИФХИ получают 10,7 тыс. рублей, старшие сотрудники – 10,3 тыс. Надбавки, если они и есть, невысокие. Выпускникам вузов делают максимально привлекательные предложения – 17–20 тыс., но и на это идут немногие. Средний возраст сотрудников в Карповке высокий, но это как раз и плюс: к зарплате добавляется пенсия. «Учёные, которые здесь остались, смысл своей жизни видят в науке, – говорит Дмитрий Поляков. – Живём интересом к любимому делу».

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
21.03.2011