Ученые Кабардино-Балкарского госуниверситета синтезировали суперконструкционный пластик, который обладает уникальными свойствами и может использоваться в авиации и космической отрасли. И буквально на днях стало известно, что порошок из многофункционального полимерного материала способен минимизировать воздействие химиотерапии на здоровые органы при лечении рака.
Корреспонденты «РГ» побывали в одной из передовых научных лабораторий России — Центре прогрессивных материалов и аддитивных технологий (ЦПМиА), расположенном в Нальчике. Молодые ученые изучают свойства полимеров и занимаются их внедрением в повседневную жизнь, помогая стране в мировой гонке технологий. Материалы, которые здесь создают практически с нуля, применяют в сферах, где каждый грамм массы имеет значение, а преимуществом являются морозостойкость, огнеупорность и устойчивость к радиации.
— Композит получается из чистого полимера, в который добавляются другие вещества, изменяющие его свойства под определенные задачи. У нас широкий спектр возможностей. Ученые лаборатории синтезируют полимеры для медицины, космической отрасли, автомобилестроения. Сейчас занимаемся самыми передовыми пластиками, которые требуют особого подхода, — рассказал корреспондентам «РГ» старший научный сотрудник заместитель директора ЦПМиА Азамат Жанситов.
Лаборатория — это множество помещений с большим количеством сложной аппаратуры. Азамат Жанситов показал нам, как работают экструдеры, переводящие пластик в текучее состояние для изготовления специальных нитей, которые потом загружаются в 3D-принтер. Для термопласт-автоматов же делают гранулы. Но принтер намного современнее, потому что позволяет использовать аддитивные технологии — наращивать объект любой формы и сложности послойно. А термопласт-автомат рассчитан на работу с обычными пресс-формами.
— Нам нужно три-пять килограммов материала в день, чтобы изучать его «поведение». Однако у нас есть оборудование, которое позволяет выпускать больше пластика, и мы, конечно, стремимся к тому, чтобы производить продукцию для продажи и получения прибыли университетом, — поделился ученый.
Готовые партии университет направляет на промышленные предприятия, где материал тестируют и оценивают его свойства. Суперконструкционный пластик используют в узкоспециализированных отраслях. Килограмм материала стоит около 20 тысяч рублей. Многие предприятия, которые заказывают местное сырье на пробу, покупают сейчас иностранный пластик. При этом нальчикский им тоже подходит. Но все же пока университет не может поставлять промышленные объемы, которые требуются. Для этого нужно еще больше оборудования.
В прошлом году лаборатория завершила два больших проекта с компанией «Композит» (предприятие Роскосмоса). Разработаны высоконаполненные композиты для 3D-печати. Они интересны Роскосмосу, потому что очень прочны, легки, устойчивы к коррозии и различным воздействиям в космических условиях. Кроме того, материал ударопрочный. Из него можно делать оболочку для небольших космических аппаратов. Если метеорит ударит в алюминий, он его прогнет, а кабардино-балкарский полимер выдержит напор. Кроме того, он легче алюминия и титана, а значит, летательный аппарат будет потреблять меньше топлива при взлете и в него можно загрузить больше оборудования.
— Элемент воздуховода из нашего материала весит 70 граммов вместо обычных 300, — рассказала директор центра доктор химических наук Светлана Хоширова. — К тому же лить деталь из пластика проще. Важно, что наши материалы негорючие. В самолетостроении этому свойству уделяется особое внимание. В обычных условиях они вообще не воспламеняются. При крайне же высоких температурах горит даже металл. Однако если наш полимер и загорится, он не будет выделять токсичных газов, как обычный.
В центре также изменили молекулярные свойства полимеров и открыли новые перспективы их использования в медицине.
— Вначале мы проверяли биологическую активность полимеров на микробных штаммах. Затем проверяли токсичность и выявили нетоксичные для клеток концентрации. Потом модифицировали, чтобы исследовать способность «цеплять» лекарство и усиливать его действие. Какие только манипуляции не производили! В итоге получили композит, который может «цеплять» практически что угодно. Но самое ценное открытие — он может доставлять лекарство в нужную ткань, — добавила Хоширова.
Работу ученых высоко оценили медики. Ведь полимер можно применять для лечения онкологических заболеваний, например рака кишечника. Во время химиотерапии антибиотик распространяется по всему организму, но полимерный порошок локализует его действие на больном органе.
— Мы можем регулировать степень высвобождения лекарства. Например, человеку нужно сделать семь процедур химиотерапии. Но с нашей технологией будет достаточно одной, потому что препарат в клетку попадает более концентрированный и дольше сохраняется, — резюмировала Хоширова.
В лаборатории работает 40 молодых ученых, половина уже имеет ученые степени. Все сосредоточены на разработке материалов, которые будут применяться на практике и приносить конкретную пользу. С 2008 года центр выполняет заказы как государства, так и различных компаний, всего реализовано проектов на более чем миллиард рублей. Местные полимеры сейчас используют для получения ПЭТ-преформ, из которых делают привычные пластиковые бутылки, и огнестойких кабелей. В 2014 году центр начал работать с Фондом перспективных исследований.
— Наши материалы дешевле иностранных аналогов, и их ассортимент значительно шире — сейчас около 30 видов. Мы ищем варианты внедрения. Купили на свои средства большой реактор для синтеза. С ним мы сможем закрывать потребности Роскосмоса в современных материалах. На медицинские полимеры мы финансирования не получаем, но продолжаем работу в этом направлении, потому что понимаем их перспективы, — добавила директор центра.
Кстати
Одна из последних разработок кабардино-балкарских ученых связана с эпидемией коронавируса. В стенах вуза создали полимерный антисептик, который способен защищать от COVID-19.
Полимерная природа антисептика обеспечивает длительную защиту поверхностей от различных грибков и микробов, поэтому сейчас это вещество наносят на ручки дверей, поручни и кнопки лифта в университете. Сотрудники центра делают это обычной малярной кистью — в течение трех-пяти минут раствор высыхает, образуя тонкую защитную пленку. Технологию сразу запатентовали. По словам Светланы Хошировой, себестоимость литра такого антисептика — около 400 рублей, но пока предложений о промышленном производстве в университет не поступало.
