Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Карттунен Микко Финляндия, Канада
Номер договора
14.W03.31.0014
Период реализации проекта
2017-2021
35
Количество специалистов
21
научных публикаций
2
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Междисциплинарные исследования, проводимые сотрудниками лаборатории, посвящены получению уникальных композитных материалов на основе биологических полимеров. Поэтапная разработка новых материалов включает в себя многомасштабное компьютерное моделирование исследуемых систем, биосинтез полимеров, их дальнейшая химическая модификация, синтез и исследование свойств новых полученных композитных материалов.

Название проекта: Разработка биосовместимых материалов на основе химически модифицированной целлюлозы

Приоритет СНТР: а


Цели и задачи

Направление исследований: Химические технологии

Цель проекта: Создание и оптимизация методологического подхода к синтезу бионанокомпозитных материалов на основе химически модифицированной целлюлозы


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Исследованы смеси полимолочной кислоты и полигидроксибутирата, используемых в качестве связующих в биосовместимых полимерных композитах, с помощью атомистического компьютерного моделирования. Выявлены и объяснены различия в термических свойствах в исследуемых материалах на разных пространственных масштабах. Результаты данной работы необходимы для понимания молекулярных процессов, проходящих при смешивании полимеров и для корректной оценки эксплуатационных свойств полимерных смесей.
  • Получены фундаментальные данные о взаимодействиях кристаллов целлюлозы с клеточными мембранами и сформулированы возможные стратегии для улучшения свойств перевязочных материалов на основе целлюлозы. Определены молекулярные механизмы минерализации фосфорилированной целлюлозы и сформулированы рекомендации по синтезу композитных материалов на основе целлюлозы и фосфатов кальция.
  • Численным методом самосогласованного поля Схойтенса-Флира проведено исследование разворачивания полимерной глобулы, образованной при коллапсе гребнеобразного полимера. Показано, что равновесное растяжение глобулы из гребнеобразных макромолекул аналогично растяжению линейной макромолекулы и происходит по механизму «всё или ничего».
  • Разработан метод получения наночастиц целлюлозы, пригодных для дальнейшей поверхностной модификации. Разработан метод введения полученных частиц в биоразлагаемые пленки на основе хитозана. Синтезированы композитные материалы на основе сложных полиэфиров алифатических гидроксикислот, содержащих нанокристаллы целлюлозы, и анионных пептидов.
  • Разработаны и апробированы методики модификации целлюлозы карбоцепными полимерами и электропроводящими полимерами. Из полученных наночастиц полипиррол-целлюлозы были сформированы пленочные электроды. Разработаны методики модификации целлюлозы графт-сополимерами винилового ряда и получены глико-силиконы – новый класс амфифильных полимеров.
  • Разработаны новые композиционные материалы на основе сложных полиэфиров и наночастиц целлюлозы для 3D-печати, которые в последствии могут использоваться в качестве скаффолдов для создания искусственной костной ткани.

Внедрение результатов исследования:

Разработанные материалы на основе сложных полиэфиров и нанокристаллов целлюлозы проходят испытания на токсичность и биосовместимость с использованием модельных животных в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте фтизиопульмонологии Министерства здравоохранения РФ для последующей подготовки материалов к клиническим исследованиям.

Образование и переподготовка кадров:

  • Защиты: 2 выпускные квалификационные работы магистра, 1 выпускная квалификационная работа бакалавра.
  • Члены научного коллектива Лаборатории читают курсы лекций в СПБГУ: «Компьютерное моделирование полимерных нанокомпозитов» и «Компьютерное моделирование биомолекулярных систем».
  • Сотрудники Лаборатории принимали активное участие в организации XIII международной Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (2017 г.) и XIV международной Санкт-Петербургской конференции молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах» (2018 г.).

Организационные и инфраструктурные преобразования:

  • Создана технологическая база для синтеза и исследования биосовместимых полимерных материалов.
  • Приобретено оборудование для проведения в ИВС РАН микробиологического синтеза биополимеров. Наличие данного оборудования позволило в рамках одной лаборатории наладить процесс производства новых исследуемых биоматериалов, включающий в себя биосинтез полимеров, их последующую химическую модификацию и создание на основе синтезированных полимеров композиционных материалов. Так, в лаборатории налажено производство бактериальной целлюлозы в количестве, необходимом для выполнения всего проекта.
  • Приобретен 3D-принтер GeSiM BioScaffolder 3.2 для получения трехмерных скаффолдов, который представляет собой систему с открытой архитектурой. Он позволяет использовать различные технологии 3D-печати при создании новых материалов с уникальными свойствами. Различные приставки для смешения компонентов позволяют получать композитные материалы непосредственно в процессе печати. Технологии печати, используемые в BioScaffolder 3.2, могут позволить печать живых тканей и органов с использованием инкапсулированных клеток.

Другие результаты:

Сотрудники Лаборатории приняли участие в организации и проведении Открытого конкурса научных работ старшеклассников Санкт-Петербурга имени М. В. Волькенштейна, а также в общероссийской акции «Ночь музеев 2018» с экспозицией «Метаморфозы науки».

Сотрудничество: Санкт-Петербургский государственный университет, Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт фтизиопульмонологии Министерства здравоохранения Российской Федерации, МГУ имени М. В. Ломоносова (Россия), Университет Западного Онтарио (Канада), Технический университет Эйндховена (Канада), Институт органической химии и биохимии Академии наук Чешской Республики (Чехия), Университет Хельсинки (Финляндия): совместные исследования
Скрыть Показать полностью
Kostritskii A.Y., Tolmachev D.A., Lukasheva N.V., Gurtovenko A.A.
Molecular-Level Insight into the Interaction of Phospholipid Bilayers with Cellulose. Langmuir 33(44): 12793–12803 (2017).
Polotsky A.A., Birshtein T.M., Mercurieva A.A., Leermakers F.A.M, Borisov O.V.
Unfolding of a Comb-Like Polymer in a Poor Solvent: Translation of Macromolecular Architecture in the Force-Deformation Spectra. Soft Matter 13(48): 9147–9161 (2017).
Glova A.D., Falkovich S.G., Dmitrienko D.I., Lyulin A.V., Larin S.V., Nazarychev V.M., Karttunen M., Lyulin S.V.
. Scale-Dependent Miscibility of Polylactide and Polyhydroxybutyrate: Molecular Dynamics Simulations Macromolecules 51(2): 552–563 (2018).
Lukasheva N.V., Tolmachev D.А., Karttunen M.
Mineralization of phosphorylated cellulose: Crucial role of surface structure and monovalent ions for optimizing calcium content Phys.Chem.Chem.Phys. 21(3): 1067–1077 (2019).
Gurtovenko A.A., Mukhamadiarov E.I., Kostritskii A.Y., Karttunen M.
Phospholipid–Cellulose Interactions: Insight from Atomistic Computer Simulations for Understanding the Impact of Cellulose-Based Materials on Plasma Membranes J. Phys. Chem. B 122(43): 9973–9981 (2018).
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория колебательной спектроскопии и химической визуализации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук"

Химия

Новосибирск

Казарян Сергей Гургенович

Великобритания

2019-2021

Лаборатория физики поверхности и катализа

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова"

Химия

Владикавказ

Заера Франциско

США

2019-2021

Лаборатория химического дизайна новых многофункциональных материалов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Химия

Екатеринбург

Миньон Антуан Бернар Поль

Франция

2019-2021