Кобальт для медицины, композиты из паутины и воск для авиастроения – ученые рассказали, какие задачи решает современная химия
29.05.2022
29 мая в России празднуют День химика. В вузах и научно-исследовательских институтах рассказали, какие разработки сегодня ведут ученые-химики и какие проблемы они помогут решить в будущем.
Кобальт для диагностики и терапии заболеваний
Ученые Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН совместно с НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ предложили и апробировали простой и быстрый способ получения радиоактивных изотопов кобальта для целей ядерной медицины.
По словам одного из авторов исследования, старшего научного сотрудника лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН, кандидата химических наук Андрея Казакова, учеными был выбран кобальт, так как его изотопы подходят по ядерно-физическим параметрам, необходимым для ядерной медицины.
«Есть классические изотопы, давно уже разработаны технологии их получения, разработаны препараты на их основе, их используют как в России, так и по всему миру. Наша задача как ученых – расширить круг таких изотопов, которые однажды смогут применять в ядерной медицине. Изотопы кобальта интересны тем, что их распределение в организме похоже на распределение кальция, которого в организме человека много, но у самого кальция нет изотопов, способных показать его распределение. Введение в организм радиоактивных изотопов кобальта, таким образом, может быть применено для диагностики различных заболеваний. Пока практически не существует методов получения радиоактивных изотопов кобальта, именно решением этой задачи мы и занимались», – рассказывает Андрей Казаков.
Следующие шаги химиков ГЕОХИ РАН и физиков ускорительного комплекса НИИЯФ МГУ в рамках проекта Российского научного фонда будут направлены на поиски носителей для изотопов кобальта среди различных материалов.
«Этот изотоп в невесомом количестве «садится» на наночастицы, они вводятся в кровь и селективно доставляются в опухоль. Это опять же огромная работа, мы будем смотреть, с какими наночастицами можно их связать, чтобы они в крови не распадались на наночастицу и кобальт. При этом любой ученый по нашей технологии может сам получать, выделять эти изотопы и проводить свои исследования», – поясняет Андрей Казаков.
Воск из нефтепродуктов
Ученые Тюменского индустриального университета (ТИУ) предлагают оригинальные технологии изготовления воска из нефтепродуктов для термодатчиков и микроактюаторов. Разработки востребованы в самых различных отраслях: в космическом строении, в биомедицине и микрохирургии, даже в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Они уже применяются в российском авиастроении. Научно-исследовательская лаборатория нефтепродуктов и нефтехимии ТИУ на данный момент единственная в стране, занимающаяся производством нефтяного воска.
«В Советском Союзе использовался специальный парафин, имеющий те же характеристики, что и наш воск, но позже эта технология была утрачена. В 2017 году в ТИУ обратились представители Алтайского геофизического завода, которые из опубликованных научных статей узнали о ведущихся в вузе разработках. Требовалось создать технологию производства воска на основе парафина П-2 с определенными характеристиками. Буквально за полгода, благодаря имеющемуся опыту, мы смогли это сделать. При этом производство воска из нефтепродуктов очень бюджетное, в основном средства требуются на проведение хроматографического анализа компонентов», – рассказывает руководитель лаборатории, главный научный сотрудник кафедры переработки нефти и газа, доктор технических наук, профессор Вячеслав Агаев.
Для надежной работы термодатчиков воск должен иметь необходимые показатели температуры начала и конца активного расширения, а также объемного расширения в определенном диапазоне температур. Для одного датчика требуется около полутора граммов воска, ежегодно лаборатория ТИУ производит на коммерческой основе порядка килограмма, но ученые уверены, что способны изготовить гораздо больше.
Композиты из паутины
В международном научном центре SCAMT (Solution Chemistry of Advanced Materials and Technologies/Растворной химии передовых материалов и технологий) в Университете ИТМО создают инновационные композиты на основе природных биополимеров. Особое внимание исследователей привлекает паутина, которая по своим свойствам и составу превосходит как натуральные, так и искусственные аналоги.
Как отмечают ученые центра, паутина обладает высокой прочностью и хорошей растяжимостью. Также она создает подходящую для живых организмов биосовместимую среду и является относительно нетоксичным материалом, что делает ее крайне перспективной с точки зрения биомедицины.
Так, например, изучая шелк пауков Linothele fallax, ученые ИТМО совместно с коллегами из Шведского университета сельскохозяйственных наук (SLU) обнаружили, что волокна паутины нераздельно покрыты глобулами, предположительно отвечающими за антибактериальные свойства материала. При обработке различными растворителями изменяется их внешний вид и адгезионные свойства в зависимости от степени сродства растворителя к белку, что влияет на способность паучьего шелка взаимодействовать с другими материалами.
Эти результаты являются важным вкладом в фундаментальное исследование биополимеров, а также в разработку многообещающих биосовместимых платформ для медицинского применения, особенно для заживления ран. Также ученые химико-биологического кластера ИТМО ведут разработки по модификации волокон паучьего шелка оптически активными наночастицами с целью создания подкожных хирургических нитей и сенсоров для детекции заражения раны.
Кобальт для диагностики и терапии заболеваний
Ученые Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН совместно с НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ предложили и апробировали простой и быстрый способ получения радиоактивных изотопов кобальта для целей ядерной медицины.
По словам одного из авторов исследования, старшего научного сотрудника лаборатории радиохимии ГЕОХИ РАН, кандидата химических наук Андрея Казакова, учеными был выбран кобальт, так как его изотопы подходят по ядерно-физическим параметрам, необходимым для ядерной медицины.
«Есть классические изотопы, давно уже разработаны технологии их получения, разработаны препараты на их основе, их используют как в России, так и по всему миру. Наша задача как ученых – расширить круг таких изотопов, которые однажды смогут применять в ядерной медицине. Изотопы кобальта интересны тем, что их распределение в организме похоже на распределение кальция, которого в организме человека много, но у самого кальция нет изотопов, способных показать его распределение. Введение в организм радиоактивных изотопов кобальта, таким образом, может быть применено для диагностики различных заболеваний. Пока практически не существует методов получения радиоактивных изотопов кобальта, именно решением этой задачи мы и занимались», – рассказывает Андрей Казаков.
Следующие шаги химиков ГЕОХИ РАН и физиков ускорительного комплекса НИИЯФ МГУ в рамках проекта Российского научного фонда будут направлены на поиски носителей для изотопов кобальта среди различных материалов.
«Этот изотоп в невесомом количестве «садится» на наночастицы, они вводятся в кровь и селективно доставляются в опухоль. Это опять же огромная работа, мы будем смотреть, с какими наночастицами можно их связать, чтобы они в крови не распадались на наночастицу и кобальт. При этом любой ученый по нашей технологии может сам получать, выделять эти изотопы и проводить свои исследования», – поясняет Андрей Казаков.
Воск из нефтепродуктов
Ученые Тюменского индустриального университета (ТИУ) предлагают оригинальные технологии изготовления воска из нефтепродуктов для термодатчиков и микроактюаторов. Разработки востребованы в самых различных отраслях: в космическом строении, в биомедицине и микрохирургии, даже в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Они уже применяются в российском авиастроении. Научно-исследовательская лаборатория нефтепродуктов и нефтехимии ТИУ на данный момент единственная в стране, занимающаяся производством нефтяного воска.
«В Советском Союзе использовался специальный парафин, имеющий те же характеристики, что и наш воск, но позже эта технология была утрачена. В 2017 году в ТИУ обратились представители Алтайского геофизического завода, которые из опубликованных научных статей узнали о ведущихся в вузе разработках. Требовалось создать технологию производства воска на основе парафина П-2 с определенными характеристиками. Буквально за полгода, благодаря имеющемуся опыту, мы смогли это сделать. При этом производство воска из нефтепродуктов очень бюджетное, в основном средства требуются на проведение хроматографического анализа компонентов», – рассказывает руководитель лаборатории, главный научный сотрудник кафедры переработки нефти и газа, доктор технических наук, профессор Вячеслав Агаев.
Для надежной работы термодатчиков воск должен иметь необходимые показатели температуры начала и конца активного расширения, а также объемного расширения в определенном диапазоне температур. Для одного датчика требуется около полутора граммов воска, ежегодно лаборатория ТИУ производит на коммерческой основе порядка килограмма, но ученые уверены, что способны изготовить гораздо больше.
Композиты из паутины
В международном научном центре SCAMT (Solution Chemistry of Advanced Materials and Technologies/Растворной химии передовых материалов и технологий) в Университете ИТМО создают инновационные композиты на основе природных биополимеров. Особое внимание исследователей привлекает паутина, которая по своим свойствам и составу превосходит как натуральные, так и искусственные аналоги.
Как отмечают ученые центра, паутина обладает высокой прочностью и хорошей растяжимостью. Также она создает подходящую для живых организмов биосовместимую среду и является относительно нетоксичным материалом, что делает ее крайне перспективной с точки зрения биомедицины.
Так, например, изучая шелк пауков Linothele fallax, ученые ИТМО совместно с коллегами из Шведского университета сельскохозяйственных наук (SLU) обнаружили, что волокна паутины нераздельно покрыты глобулами, предположительно отвечающими за антибактериальные свойства материала. При обработке различными растворителями изменяется их внешний вид и адгезионные свойства в зависимости от степени сродства растворителя к белку, что влияет на способность паучьего шелка взаимодействовать с другими материалами.
Эти результаты являются важным вкладом в фундаментальное исследование биополимеров, а также в разработку многообещающих биосовместимых платформ для медицинского применения, особенно для заживления ран. Также ученые химико-биологического кластера ИТМО ведут разработки по модификации волокон паучьего шелка оптически активными наночастицами с целью создания подкожных хирургических нитей и сенсоров для детекции заражения раны.
