Полимеры будущего

Чего недостает современным полимерам медицинского назначения? Какие новые подходы, разрабатываемые в Сеченовском университете, позволят избавиться от этих недостатков? Где еще могут пригодиться разработанные технологии? «Ъ-Наука» разговаривает об этом с доктором химических наук, профессором, заведующим лабораторией макромолекулярного дизайна Сеченовского университета Минздрава России Сергеем Костюком.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Сергей Викторович, в этом году стартовал ваш проект «Макромолекулярный дизайн полимерных материалов медицинского и технического назначения». Каковы основные его задачи?

— Этот проект фокусируется на создании новых, более эффективных и экологически безопасных подходов к синтезу полимеров для применения их в медицине и технике. Мы планируем усовершенствовать существующие методы полимеризации, а также разработать новые подходы, которые позволят создавать материалы с заданными свойствами. Сегодня существует множество разнообразных полимеров, но далеко не все из них подходят для узконаправленных медицинских задач, например для имплантации в организм человека. Наша цель — сохранить преимущества существующих материалов, устранив их недостатки.

Кроме того, производство полимеров обычно сопровождается образованием значительного количества отходов, которые могут попадать в водоемы и почву. Однако отказаться от полимеров мы не можем, и в будущем сферы их применения будут только расширяться, а объемы производства — увеличиваться. Поэтому уже сегодня необходимо разрабатывать подходы, которые минимизируют вред, наносимый окружающей среде.

— Какое применение полимеры находят в медицине?

— Как и в других отраслях, в медицине они задействованы практически повсеместно. Если говорить о сферах, больше других требующих высокотехнологичных решений, это имплантационные технологии: коронарные стенты, искусственные клапаны сердца, офтальмологические и сосудистые имплантаты, оболочки для имплантируемой электроники. Используемые полимеры могут обладать достаточной биосовместимостью, чтобы организм их не отторгал, но, например, не быть устойчивыми к кальцификации. Из-за этого, в частности, приходится заменять имплантаты клапанов сердца. Некоторые полимеры гидрофобны, что затрудняет их интеграцию с тканями пациента и повышает риск бактериальных инфекций и отторжения. Мы рассчитываем, что результаты нашего проекта позволят создавать материалы, сохраняющие свои достоинства, но лишенные таких недостатков.

— Как именно вы планируете получать новые материалы?

— Сейчас, на первых этапах проекта, мы сосредоточены не столько на материалах, сколько на фундаментальных аспектах. В частности, мы хотим улучшить определенные технологические процессы за счет использования фоторедокс катализа вместо традиционных методов проведения полимеризации. Часто катализаторы полимеризации содержат в своем составе токсичные металлы, которые необходимо удалять после проведения реакции, что увеличивает стоимость и негативно влияет на экологию. Использование органических фотокатализаторов может одновременно удешевить производство и снизить нагрузку на окружающую среду. Ученые интенсивно исследуют это направление, но большинство работ посвящено радикальной полимеризации, тогда как катионной уделяется незначительное внимание.

Катионная полимеризация и сополимеризация изобутилена, мономера, полимеризующегося только по катионному механизму, используется в промышленности для получения ряда критически важных полимеров. Однако она позволяет получать лишь ограниченный спектр материалов. Комбинирование методов катионной и радикальной полимеризации позволит существенно расширить спектр материалов на основе полиизобутилена. Одним из подходов, разрабатываемых в нашей лаборатории является in situ трансформация одного механизма в другой. Мы работаем над технологией, которая позволит с помощью света различной длины волны селективно активировать разные фотокатализаторы и переключаться между катионной полимеризацией и радикальной, подходящей для работы с более широким спектром исходных мономеров. Так мы сможем синтезировать материалы, которые раньше были недоступны.

— И их можно будет использовать для создания более совершенных имплантатов?

— Да. Новые методы позволят в принципе поднять разработку медицинских изделий на качественно новый уровень. Например, полученные материалы могут использоваться при создании сенсоров, которые в течение длительного времени будут считывать такие параметры, как уровень глюкозы или давление. Для этого необходимы компактные и гибкие электроды, устойчивые к механическим воздействиям, иначе они пострадают при движениях пациента. Это же касается в более отдаленной перспективе и вживляемой электроники. Кроме того, появится возможность создавать фармакологические имплантаты для пролонгированного высвобождения лекарственных препаратов. Такие имплантаты существуют уже сейчас, но нередко отторгаются организмом и подходят далеко не для всех видов лекарств.

— В каких областях помимо медицины пригодятся наработанные технологии?

— Например, в нефтехимической промышленности. Мы живем в мире, который уже значительно пострадал от загрязнения окружающей среды. Поэтому, на мой взгляд, каждый ученый и производитель обязан учитывать это в своей работе. У специалистов нефтехимической отрасли уже есть запрос на новые, более экологичные технологии. Наши подходы будут полезны, например, при производстве машинных масел. Однако нефтепродукты — это очень обширный класс веществ, и они производятся в огромных объемах, поэтому перспективы внедрения наших методов в этой сфере весьма значительны.

Подготовлено при поддержке Сеченовского университета