Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
19 октября 2017, четверг, 12:12
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

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

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях и других мероприятиях ProScience театра!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры Дмитрий Страшнов ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. 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, 1998–2014.