Search

В этой статье обсуждается тема биоразлагаемых полимеров. Дано их определение и описаны преимущества применения. Затрагивается тема воздействия биодеградации на окружающую среду. В целом статья представляет собой всесторонний обзор биоразлагаемых полимеров и их потенциала в качестве более устойчивой альтернативы традиционным пластикам. Рассмотрены два типа биоразлагаемых полимеров: природные и синтетические. Приведены структурные формулы и свойств, сфера применения наиболее известных и распространенных полимеров: целлюлоза, хитин, крахмал, полимолочная кислота и др., This article discusses the topic of biodegradable polymers. Their definition is given and the advantages of application are described. The topic of the impact of biodegradation on the environment is touched upon. Overall, the article provides a comprehensive overview of biodegradable polymers and their potential as a more sustainable alternative to traditional plastics. Two types of biodegradable polymers are considered: natural and synthetic. The structural formulas and properties, the scope of application of the most well-known and common polymers are given: cellulose, chitin, starch, polylactic acid, etc.

Surface modification with the plasma of the direct current reactive magnetron sputtering has demonstrated its efficacy as a tool for enhancing the biocompatibility of polymeric electrospun scaffolds. Improvement of the surface wettability of materials with water, as well as the formation of active chemical bonds in the near-surface layers, are the main reasons for the described effect. These surface effects are also known to increase the release rate of drugs incorporated in fibers. Herein, we investigated the effect of plasma modification on the chloramphenicol release from electrospun poly (lactic acid) fibrous scaffolds. Scaffolds with high—50 wt./wt.%—drug content were obtained. It was shown that plasma modification leads to an increase in the drug release rate and drug diffusion coefficient, while not deteriorating surface morphology and mechanical properties of scaffolds. The materials’ antibacterial activity was observed to increase in the first day of the experiment, while remaining on the same level as the unmodified group during the next six days. The proposed technique for modifying the surface of scaffolds will be useful for obtaining drug delivery systems with controlled accelerated release, which can expand the possibilities of local applications of antibiotics and other drugs.

Poly(ε-caprolactone)/polyvinylpyrrolidone (PCL/PVP) scaffolds with various composition were fabricated from 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol (HFIP) solution using the same electrospinning parameters in order to reveal the effect of polymer ratio on the material properties. The obtained materials were characterized using scanning electron microscopy, contact angle measurements, X-ray diffraction, Fourier-transformed infrared spectroscopy, and tensile testing. The strengthening effect of PVP was observed: Young modulus of PCL/PVP scaffold with 50/50 polymer ratio was found at 105.4 ± 8.4 MPa which is six times higher comparing to those of PCL scaffold. PVP-containing scaffolds were extremely hydrophilic with PVP concentration of 5 wt% (vs. 25 wt% in previous reports) leading to full wetting of the material. in vitro studies showed an improved viability of HeLa cells cultured with the composites containing higher concentrations of PVP. Owing to the application of HFIP, PCL-based materials were loaded with cyclophosphamide for the first time and the PVP-containing materials demonstrated the intensified initial release of the model compound. Utilizing HFIP for the fabrication of PCL/PVP scaffolds significantly widens their application for drug delivery systems due to a good solubility of proteins, drugs, and other biologically active compounds in this solvent.

Glycolide and lactide function as the commonly used diester monomers for the preparation of high-molecular weight, degradation-prone (co-)polyesters. Both glycolide and lactide-based polymers are widely used in medicine, pharmaceuticals, the food industry, and additive technologies. This review on the diesters, spanning research from 1833-1854 to the present, encompassing their structural peculiarities, physico-chemical properties, and the range of different methods for obtaining them – including reaction mechanisms – from lactic and glycolic acids, their esters, and halogen derivatives. The review also discusses the chemical transformations of lactide and glycolide (apart from ring-opening polymerization) into valuable organic and high-molecular compounds, such as acrylic acid, nitrogen-containing heterocycles, and functional polymers with novel properties.

Одним из эффективных направлений решения мировой проблемы обезвреживания твердых промышленных и бытовых пластиковых отходов и отходов растительного происхождения является их использование в качестве сырья для производства полимерных композиционных материалов. Результаты научных исследований Уральского государственного лесотехнического университета показывают возможность и перспективу использования некоторых промышленных отходов деревообрабатывающей промышленности в качестве наполнителей для производства полимерных композиционных материалов с необходимыми потребительскими свойствами. Древесные композиционные материалы с биоразлагаемыми полимерами могут найти применение для производства изделий с требуемой динамикой изменения их физико-механических свойств и биоразложения при эксплуатации их в грунте. One of the effective ways to solve the global problem of neutralization of solid industrial and household plastic waste and waste of plant origin is their use as raw materials for the production of polymer composite materials. The results of scientific research of the Ural State Forestry Engineering University show the possibility and prospects of using some industrial waste from the woodworking industry as fillers for the production of polymer composite materials with the necessary consumer properties. Wood composite materials with biodegradable polymers can be used for the production of products with the required dynamics of changes in their physical and mechanical properties and biodegradation during their operation in the ground.

В работе рассмотрены особенности применения биоразлагаемых и вознобновляемых материалов для производства упаковки.

In this work, the effect of influence of atmospheric pressure plasma on visible light transmission coefficient change in polycaprolactone films was investigated. An analysis of the data showed that Treatment of the surface of polycaprolactone films with low-temperature plasma at atmospheric pressure for more than 60 s reduces the transmittance of visible light by 7% -10%.

We describe our investigations of the surface physicochemical properties of polyvinyl alcohol modified by silver, argon and carbon ion implantation to doses of 1 × 1014, 1 × 1015 and 1 × 1016 ion/cm2 and energies of 20 keV (for C and Ar) and 40 keV (for Ag). Infrared spectroscopy (IRS) indicates that destructive processes accompanied by chemical bond ( C O) generation are induced by implantation, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis indicates that the implanted silver is in a metallic Ag3d state without stable chemical bond formation with polymer chains. Ion implantation is found to affect the surface energy: the polar component increases while the dispersion part decreases with increasing implantation dose. Surface roughness is greater after ion implantation and the hydrophobicity increases with increasing dose, for all ion species. We find that ion implantation of Ag, Ar and C leads to a reduction in the polymer microhardness by a factor of five, while the surface electrical resistivity declines modestly.

Полилактид является малоизученным по сравнению с другими пластиками. Этот факт лег в основу исследования, целью которого является определение оптимального содержания вторичного материала без изменения свойств первичного и удешевление производства изделий из полилактида.

В исследовании проведен поиск специфичных высоконсервативных участков ДНК, отличающих геномы бактерий, способных к деградации полилактида. Для этого использовали сведения о нуклеотидных последовательностях геномов, депонированных в базу данных NCBI GenBank.

В настоящем исследовании изучена биоцидная активность полигексаметиленгуанидин гидрохлорида, введенного в состав полилактидной матрицы.

В исследовании проведен поиск специфичных высоконсервативных участков ДНК, отличающих геномы бактерий, способных к деградации полилактида. Для этого использовали сведения о нуклеотидных последовательностях геномов, депонированных в базу данных NCBI GenBank.

Отчет о НИР (заключительный). Руководитель темы А. А. Бойко

В настоящем исследовании изучена биоцидная активность полигексаметиленгуанидин гидрохлорида, введенного в состав полилактидной матрицы.

Коллаген является основным высокомолекулярным биополимером соединительной ткани, кожи, сухожилий и костей животных организмов. Проведённое исследование с одним из лучших образцов крема показало отсутствие улучшения качества кожи, даже при его многократном использовании, что подтверждает заключение многих исследователей о том, что коллаген не способен усваиваться организмом через кожу.

Исследованы механические и реологические свойства новых полимерных композиций на основе поликапролактона, наполненного одностенными углеродными нанотрубками. Все композиции были изготовлены методом горячего компаундирования в расплаве. Наполнение поликапролактона углеродными нанотрубками в количестве от 0 до 1 вес. % приводит к увеличению модуля упругости почти на 75 % и двукратному уменьшению прочности и удлинения при разрыве по сравнению с исходным поликапролактоном. Показатель текучести расплава композиций при увеличении содержания углеродных нанотрубок уменьшается почти в 10 раз по сравнению с исходным поликапролактоном.

В среде СК-CO получены композиции на основе хитозана и замещенных диарилимидазолов (ДАИ), обладающих противоопухолевым действием, с замедленным высвобождением активных веществ. Установлено, что использование воды (0,17 об. %) в качестве сорастворителя в процессе СКФ-импрегнации хитозана диарилимидазолами приводит к увеличению содержания ДАИ в полимерной матрице, очевидно, за счет увеличения степени набухания матрицы хитозана в среде СК-CO в присутствии воды. Интересно отметить, что влияние воды на скорость выхода СКФ-введенных диарилимидазолов из матрицы в модельную среду с рН 1,6 определяется структурой диарилимидазолов. Впервые показано, что солюбилизация молекул ДАИ плюроником F-127 перед их СК-введением в матрицу хитозана может использоваться как дополнительный эффективный способ пролонгирования действия матричных лекарственных композиций., Compositions based on chitosan and substituted diarylimidazoles (DAI), which have an antitumor effect, with a slow release of active substances have been obtained in the SC-CO medium. It has been established that the use of water (0.17 % by volume) as a co-solvent during SCF-impregnation of chitosan with diarylimidazoles leads to an increase in the content of DAI in the polymer matrices. Obviously, it is due to an increase in the degree of chitosan swelling in the SC-CO medium in the presence of water. It is interesting to note that the effect of water on the release rateof diarylimidazoles from the polymer matrices into the model medium with pH 1.6 was determined by the structure of diarylimidazoles. For the first time it has been shown that the solubilization of DAI molecules by Pluronic F-127 before their SC-introduction into the matrices of chitosan can be used as an additional effective method of prolonging the action of matrix preparations., Сверхкритические Флюиды: Теория и Практика, Выпуск 1 (1) 2020

Полилактид является малоизученным по сравнению с другими пластиками. Этот факт лег в основу исследования, целью которого является определение оптимального содержания вторичного материала без изменения свойств первичного и удешевление производства изделий из полилактида.

Экологическая политика России является важной составной частью ресурсосберегающей зеленой экономики. Текущее десятилетие (2010-2020 гг.) часто именуют десятилетием зеленой экономики, основанной на высоких антикризисных технологиях. Рассмотрены инновационные модели, разрабатываемые в университетских городах России и Франции. Особое внимание уделено технологиям переработки отходов и чистым химическим технологиям. В статье обобщены различные варианты по решению проблем в сфере ТКО, продемонстрирован имеющийся потенциал в области создания биоразлагаемых полимеров, имеющих короткие сроки разложения и уточнены основные правила, требующие обязательной практической реализации. Результаты исследования направлены как на сохранение благоприятной окружающей среды, так и на то, каким образом экологически ориентировать российских производителей пластиковых изделий., The environmental policy of Russia is an important component of a resource-saving green economy. The current decade (2010–2020) is often referred to as the decade of a green economy based on high anti-crisis technologies. Innovative models developed in the university cities of Russia and France are considered. Particular attention is paid to waste processing technologies and clean chemical technologies. The article summarizes the various options for solving problems in the MSW sphere, demonstrates the existing potential in the field of creating biodegradable polymers with short decomposition times, and clarifies the basic rules that require mandatory practical implementation. The results of the study are aimed both at maintaining a favorable environment, and at how to environmentally orient Russian manufacturers of plastic products.

Учебно-методическое пособие включает теоретический материал и лабораторные работы, посвященные изучению и применению биотехнологии в переработке промышленных отходов. В теоретической части каждого раздела представлены сведения о современных направлениях экологической биотехнологии: совершенствовании биологической очистки сточных вод в аэробных и анаэробных условиях, переработке промышленных и растительных отходов (послеспиртовой барды, целлюлозосодержащих отходов) с получением ценных продуктов. Рассмотрены методы получения биоразлагаемых полимерных материалов. Лабораторные работы построены на моделировании производственных процессов переработки и утилизации сточных вод, жидких и твердых сельскохозяйственных и промышленных отходов, включают химические, биохимические и гидробиологические методы контроля производства.

В обзоре представлен анализ литературных сведений на тему природных компонентов биоразлагаемых полимеров и технологических решений их производства с учетом мировых тенденций объемов роста. Отмечается рост разработок, посвященных составным компонентам композиций, нанокомпозитов и готовых биоразлагаемых изделий. Одним из основных технологических решений проблемы устранения загрязнения окружающей среды является замещение традиционных небиоразлагаемых полимеров композиционными полимерными материалами (КПМ) с заданными физико-механическими свойствами. Перспективным путем для решения задач является создание биоразлагаемых материалов на основе природных компонентов, не наносящих вреда окружающей среде и здоровью человека. Эффективным и экономичным приемом придания синтетическим полимерам биологической разлагаемости является введение в их матрицу возобновляемых наполнителей, и прежде всего крахмала, часто в сочетании с другими ингредиентами, понижающими поверхностное натяжение на границе раздела фаз полимера и модификатора для достижения совместимости компонентов и качества изделий. Полезные свойства нативного и термопластичного (ТПК) крахмала с различными наполнителями и пластификаторами открывают значительные возможности использования КПМ в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве и в целом в экологии. Технологические решения получения КПМ перспективны для промышленного освоения, а требованиям качества и разлагаемости диктует соблюдение не только критериев физико-механических свойств полимеров, но и их безопасности, особенно если они разрабатываются для упаковки пищевых изделий.

Приведены результаты исследований по возможности использования в селекционном процессе укрывных мульчирующих материалов: полиэтиленовых пленок, порошкообразного мела, пленок из биоразлагаемых полимеров, нетканых материалов. Выявлено, что максимальное сохранение продуктивной влаги в пахотном слое почвы отмечалось на варианте с применением черно-серебристой пленки. Менее эффективно мульчирование междурядий нетканым материалом и мелкодисперсным мелом. Применение биоразлагаемой пленки в качестве мульчи обеспечивает не только сохранность почвенной влаги, но и полную утилизацию материала микроорганизмами при оставлении его на поле. Показатели урожайности на делянках коррелировали с величиной запасов продуктивной влаги, сохраненной в почве. Применение укрывных мульчирующих материалов на делянках селекционного питомника, способствует снижению стрессовой нагрузки на растения сои, вызванной неблагоприятными погодными факторами. Поверхностное мульчирование почвы позволяет сгладить суточные перепады температур, способствуя более полному сохранению полученных завязей, увеличивая выход гибридного материала, и в конечном итоге – способствует повышению надежности и эффективности селекционного процесса., The results of studies on the possibility of using in breeding process covering mulching materials: polyethylene films, powdered chalk, films of biodegradable polymers, nonwoven materials are presented. It was revealed that the maximum preservation of productive moisture in the arable soil layer was noted on the variant with the use of black and silver film. Less effective mulching between the rows with non-woven material and chalk. The use of biodegradable film as mulch ensures not only the preservation of soil moisture, but also the complete utilization of the material by microorganisms when leaving it on the field. Yield indicators on plots correlated with the value of productive moisture, stored in the soil. The use of covering mulching materials on the plots of the breeding nursery helps to reduce the stress load on soybean plants caused by adverse weather factors. Surface mulching of the soil allows to smooth daily temperature changes, contributing to a more complete preservation of the obtained ovaries, increasing the yield of hybrid material, and ultimately helps to increase the reliability and efficiency of the breeding process.

The structure, mechanical properties, and deformation behavior under static and cyclic tension of biofunctionalized biodegradable vascular grafts based on polyhydroxybutyrate/valerate and polycaprolactone were studied. It is shown that the modification gives rise to an almost twofold decrease of the elongation at break as well as the ultimate strength. It is shown that under cyclic loading the modification of grafts results in decreasing cyclic durability by more than twice. In doing so, the level of deforming stress decreases to a much lesser extent and is practically inferior to that for unmodified material. The analysis of principal strain ε1 and ε2 component distribution patterns in grafts of both types is carried out while the reason for the observed changes is discussed.

The objective following of the present study was to investigate the effect of different storage time and conditions on the stability of lactide. In this study the samples of lactide with different purities were stored under three various storage conditions and the compound integration was monitored for a period of 2 weeks. The storage conditions selected were (1) in the desiccator, (2) in the glove box under argon and (3) under ambient atmosphere. The purity of samples was performed on HPLC and Karl Fischer titration during all period of storage. It was shown that the initial purity of the lactide has a significant bearing on the lactide degradation.