Не просто разлагается
Химики нашли способ совместить антимикробный эффект и экологичность в одном биополимере
Научные сотрудники РЭУ им. Г. В. Плеханова, кандидаты химических наук Кристине Алексанян и Елена Масталыгина в сотрудничестве с командой микробиологов под руководством кандидата биологических наук Наталии Иванушкиной из ФИЦ ПНЦБИ РАН, а также ФИЦ ХФ РАН и ИНЭОС РАН разработали инновационный антимикробный биоразлагаемый полимерный материал.
Фото: iStock
Фото: iStock
Внедрение биоразлагаемых полимеров направлено на замену традиционных синтетических полимеров (полиэтилена, полипропилена) экологичными аналогами из возобновляемого сырья, которые при утилизации распадаются на безвредные для природы вещества за непродолжительное время.
Биокомпозит получен на основе полимолочной кислоты, полисахаридов и наночастиц серебра. Уникальными являются не только рецептура материала, но и способ его получения, который обеспечивает требуемые механические свойства и высокую функциональность материала.
Разработанный авторами метод синтеза наночастиц серебра, стабилизированных сополимером этилена и малеинового ангидрида, позволяет обеспечить равномерное распределение функционального агента в матрице полимолочной кислоты. Кроме того, применен подход к пластификации полимолочной кислоты полиэтиленгликолем для придания материалу улучшенной эластичности и ударной вязкости.
Старший научный сотрудник научной школы «Химия и технология полимерных материалов» Плехановки Кристине Алексанян подчеркнула, что в работе была продемонстрирована принципиальная возможность создания нового полифункционального состава полимерного композита, свойства которого обеспечивают его высокую конкурентоспособность по отношению к существующим упаковочным материалам.
Согласно результатам широкого спектра микробиологических исследований, материалы продемонстрировали эффективность по отношению к бактериям. Кроме того, доказана высокая способность к биоразложению полимерного материала в условиях почвенного грунта и под действием плесневых грибов.
«Придание антимикробной активности биоразлагаемому материалу может негативно сказываться на его способности к биодеградации. Поэтому для нас было важно не только обеспечить функциональность материала, но и сохранить его экологичность. В работе доказана высокая способность материала к биоутилизации под действием плесневых грибов»,— поделилась Елена Масталыгина, ведущий научный сотрудник научной лаборатории «Перспективные композиционные материалы и технологии» РЭУ им. Г. В. Плеханова.
Предполагается использование материала для изготовления пленочных и толстостенных изделий для упаковки, гигиенических и медицинских товаров. Внедрение разработки позволит увеличить сроки хранения упакованных продуктов питания, а после выхода из эксплуатации снизить загрязнение окружающей среды и объем полимерных отходов.
Статья опубликована в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Кристине Алексанян, кандидат химических наук, старший научный сотрудник научной школы «Химия и технология полимерных материалов» РЭУ им. Г. В. Плеханова, старший научный сотрудник ФИЦ ХФ РАН, ответила на вопросы «Ъ-Науки».
— В чем уникальность рецептуры и метода получения нового материала по сравнению с существующими биоразлагаемыми пластиками?
— Каждый компонент материала обеспечивает определенную функцию. Можно сравнивать наш композит с коммерческим промышленно производимым полилактидом, который хоть и относится к биоразлагаемым полимерам, но разлагается только в промышленном компосте (при температуре 65–70 градусов по Цельсию), а также является крайне хрупким. По сравнению с полилактидом в данный биокомпозит входят полиэтиленгликоль для повышения пластичности и полисахариды для придания способности к биоразложению в естественных условиях.
— Как ученым удалось разрешить ключевое противоречие — совместить антимикробную активность и способность материала к быстрой биоутилизации в почве?
— На самом деле, одно другому не противоречит. Благодаря присутствию капсулированной формы наночастиц серебра обеспечивается пролонгированное высвобождение антимикробной добавки из материала. Это обеспечивает функциональность материала с сохранением способности к биоразложению.
— Какие механические и функциональные свойства были улучшены за счет пластификации и нового метода синтеза?
— В работе проведена апробация получения тонких полимерных пленок из разработанных материалов. Для таких изделий важна гибкость и пластичность. Именно эти механические свойства контролировали в изделиях.
Елена Масталыгина, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник научной лаборатории «Перспективные композиционные материалы и технологии» РЭУ им. Г. В. Плеханова, старший научный сотрудник ИБХФ РАН, также ответила на вопросы «Ъ-Науки».
— Для каких конкретных товаров планируется использовать этот материал и как он повлияет на сроки их хранения?
— Перед нами еще стоит задача протестировать влияние материала на сроки сохраняемости продукции, чтобы определить конкретные области его использования.
— Насколько новая разработка экологична и безопасна? Не будут ли наночастицы серебра загрязнять почву при разложении материала?
— Содержание наночастиц серебра в материале минимально, поэтому не может негативно сказаться на экосистеме при попадании продуктов деструкции материала в окружающую среду. Кроме того, небольшие содержания металлов широко используются в различной упаковочной продукции, в том числе пигментах красок для офсетной печати.
— Какие этапы еще предстоит пройти разработке, перед тем как она появится на рынке?
— Проект сейчас находится в стадии научно-исследовательской работы. Можно сказать, что это примерно третий-четвертый уровень технической готовности (TRL 3–4).