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

По данным на 18.05.2020

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).
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория биогибридных технологий

Санкт-Петербургский государственный университет

Химические технологии

Санкт-Петербург

Уртти Арто Олави

Финляндия

2018-2022

Научно-исследовательская лаборатория аэрозольных технологий (НИЛ АТ)

Новосибирский государственный технический университет

Химические технологии

Новосибирск

Хопке Филип Карл

США

2017-2019

Лаборатория каталитических технологий

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

Химические технологии

Санкт-Петербург

Мурзин Дмитрий Юрьевич

Россия

2014-2018