31 июля 2021, суббота, 22:20
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

21 марта 2017, 11:44

Хитозан — вещество XXI века

Деполимеризация хитозана в электронно-пучковой плазме, генерируемой внутри кварцевого перемешивающего устройства
Деполимеризация хитозана в электронно-пучковой плазме, генерируемой внутри кварцевого перемешивающего устройства
МФТИ

В МФТИ разработали чистую технологию получения низкомолекулярного хитозана — вещества, которое японские ученые назвали веществом XXI века.

Руководитель исследования, доцент департамента химии, старший научный сотрудник кафедры физической механики, Татьяна Васильева и аспиранты кафедры логистических систем и технологий Аунг Мьят Хейн и Владимир Мясников

Исследователи разработали способ получения низкомолекулярного водорастворимого хитина и хитозана в электронно-пучковой плазме и создали плазмохимический реактор, реализующий этот метод. Новая технология сокращает время производства водорастворимых олигосахаридов хитина и хитозана с суток до минут и является экологически чистой. Полученные олигосахариды являются биологически активными соединениями и обладают антимикробными и фунгицидными свойствами. Результаты опубликованы вCarbohydrate Polymers.

Хитин  второй по распространённости биополимер после целлюлозы  и его производное хитозан были открыты около 200 лет назад, но наибольшую популярность эти вещества приобрели в последние десятилетия. В природе хитин и хитозан являются основными компонентами наружной оболочки членистоногих (кутикула у насекомых, панцирь у ракообразных), а также тканей большинства грибов и некоторых водорослей.

Вложения в технологии процессинга хитина и хитозана исчисляются сотнями миллионов долларов и продолжают возрастать. На сегодня известно более 70 направлений применения хитина и хитозана в самых разных областях: в сельском хозяйстве, медицине, пищевой промышленности, косметологии и многих других. Одними из наиболее перспективных веществ, обладающих огромным потенциалом для широкого практического применения, являются низкомолекулярные водорастворимые олигосахариды хитина и хитозана. Традиционно для получения этих соединений исходное сырьё подвергают химическому гидролизу для деполимеризации. При этом используются высокие температуры, перекись водорода,концентрированные растворынеорганических и органических кислот, гидроокиси натрия и другие агрессивные вещества. В ходе такой обработки образуется большое количество слабокислых и слабощелочных сточных вод, их необходимо очищать, а отходы утилизировать. Кроме того, химический гидролиз требует больших временных затрат и может длиться несколько суток.

Исследователи из МФТИ при участии коллег из Северного арктического федерального университета имени М. В. Ломоносова разработали принципиально новый экологически чистый способ производства низкомолекулярных производных хитина и хитозана с помощью электронно-пучковой плазмы.

Конструкция плазмохимического реактора и процедура обработки полисахаридных порошков.
1 — электронно-лучевая пушка; 2 — камера высокого вакуума; 3 — электронный пучок; 4 — выводное окно;5 — рабочая камера; 6 — облако электронно-пучковой плазмы; 7 — зона реакции распылённого порошка; 8 — порошок полисахарида, подлежащий обработке; 9 — внутренние перегородки; 10 — цилиндрический кварцевый сосуд; 11 — устройство подачи газа; 12 — сканирующая система; 13 — водяной испаритель

Электронно-пучковый плазмохимический реактор

Ученые предположили, что плазмохимические методы деполимеризации хитина и хитозана с использованием неравновесной низкотемпературной электронно-пучковой плазмы могли бы стать перспективной альтернативой химическому гидролизу. Они поместили порошки этих полисахаридов в электронно-пучковый плазмохимический реактор, специально разработанный ими на первых этапах исследования. В принципе, реакционная камера реактора может быть заполнена самыми различными плазмообразующими средами, однако для получения олигосахаридов хитина и хитозана наилучшими оказались кислород и пары воды. Электронно-пучковая плазма генерировалась инжекцией в газ непрерывного дорелятивистского электронного пучка. Поскольку такой пучок может быть получен только в условиях глубокого вакуума, а плазмообразующий газ находится в реакционной камере под определенным давлением, для проводки пучка требуется специальное выводное окно. Авторы использовали газодинамическое окно, за разработку которого в свое время сотрудники МФТИ получили премию Ленинского комсомола. Когда электронный пучок проходит через газ, происходит ионизация, возбуждение и диссоциация его молекул, вследствие чего нарабатываются радикалы и другие химически активные частицы в сверхвысоких концентрациях, которые не могут быть достигнуты в обычных равновесных условиях. Если ввести в плазму порошок хитина или хитозана, то эти частицы вместе с электронами первичного пучка способны вызвать необходимые превращения биополимерных молекул. При этом температура частиц порошка во время обработки остаётся на уровне комнатной, что позволяет исключить термическую деструкцию полисахаридов. Как известно, высокая температура является одной из главных проблем химического гидролиза.

Особо отметим, что предложенные авторами технические решения дают возможность контролировать энерговыделение в реакционном объеме, обеспечить его устойчивость, а также добиться полной воспроизводимости результатов пучково-плазменной обработки.

Биологическая активность полученных олигосахаридов хитина и хитозана

Хитозан является перспективным соединением для медицины, фармакологии и фармацевтики, что обусловлено его уникальными биологическими свойствами: высокой биосовместимостью с живыми тканями, способностью к комплексообразованию, низкой токсичностью и возможностью биодеградации. Целый ряд исследований, проведённых на кишечной палочке, золотистом стафилококке, синегнойной палочке, сальмонелле, сенной бацилле и некоторых других видах микроорганизмов, доказали, что антибактериальная активность хитозана в высокой степени зависит от его молекулярной массы. Хитозан с более низкой молекулярной массой вызывал более значительное снижение роста и размножения бактерий.

Для оценки биологической активности полученных олигосахаридов хитина и хитозана были изучены их антибактериальные свойства in vitro. Установлено, что они полностью подавляют размножение как стафилококка, так и кишечной палочки в репликационных и покоящихся формах. Полученные хитоолигосахариды также ингибировали рост нитевидных грибов P. tardum, P. chrysogenum, A. flavus, P. betae и C. herbarum.

Татьяна Васильева комментирует результаты исследования: «Наши эксперименты продемонстрировали, что электронно-пучковую плазму можно применять для эффективной и контролируемой деполимеризации хитина и хитозана с целью получения низкомолекулярных водорастворимых и биологически активных олигосахаридов хитина и хитозана. Разработанный нами метод вполне может конкурировать с технологиями, традиционно используемыми в химической и биотехнологической промышленности, а полученные хитоолигосахариды, надеюсь, найдут своё применение в сельском хозяйстве, фармацевтической промышленности и медицине».

Обсудите в соцсетях

«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ МФТИ Марс Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Титан Юпитер акустика антибиотики античность антропогенез археология архитектура астероиды астронавты астрофизика бактерии бедность библиотеки биоинформатика биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера вакцинация викинги виноделие вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты клад климатология клонирование комары комета кометы компаративистика космос кошки культура культурология лазер лексика лженаука лингвистика льготы малярия мамонты математика материаловедение медицина металлургия метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеоклиматология палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы природа психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы путешествие пчелы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность собаки сон социология спутники средневековье старение старообрядцы стартапы статистика табак такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство цифровизация школа экзопланеты экология электрохимия эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Алексей Ананьев Дмитрий Козак Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад Солнечная система альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса вымирающие виды глобальное потепление грипп защита растений инвазивные виды информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии климатические изменения компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология культурные растения междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция темная материя физическая антропология финансовый рынок черные дыры эволюция эволюция звезд эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество Европейская южная обсерватория жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PayPal PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2021.