Здоровье - правильное питание

Вкусно, полезно, эффективно!
  • !
  • Educlub.com.ua - Здоровье - правильное питание
  • Поделись с друзьями:
 

Доктор Сильвия Голба исследует свойства проводящих полимеров

  1. Счастливый случай
  2. Медицина и промышленность
  3. Полимеры как пазл

До недавнего времени так называемые проводящие полимеры представляли научный интерес. Они характеризовались фантастическими свойствами, но их применение было ограничено химическая нечувствительность к таким факторам, как влага или кислород. Достижения в области материаловедения, обусловленные усердной работой ученых всего мира, заставили исследователей задуматься об использовании этих веществ реально. Сегодня они используются, среди прочего в качестве строительного блока сенсорных датчиков, обнаруживающих вредную концентрацию углерода, элемент лаковых покрытий, обеспечивающих антикоррозионную защиту на корпусах судов или системы молниезащиты на поверхностях самолетов. В будущем они, вероятно, также будут широко использоваться в медицине. Он говорит об удивительных свойствах проводящих полимеров Доктор Инь. Сильвия Голба от Факультет компьютерных наук и материаловедения Университет Силезии.

Счастливый случай

Проводящие полимеры были открыты в 1975 году случайно и независимо в двух отдаленных местах на Земле: в Японии, Хидеки Сиракава, в то время как в Соединенных Штатах, Алан МакДиармид. Пытаясь полимеризовать ацетилен, который находится в газообразной форме, Сиракава добавил каталитическое (и, следовательно, небольшое) количество реагента йода. Он допустил ошибку, добавил слишком много, и он с удивлением обнаружил, что получил ... твердое тело, а именно полиацетилен. - Разница в названии может быть небольшой, но она колоссальна по свойствам, - говорит доктор Инь. Сильвия Голба. Одной из наиболее важных особенностей является способность осуществлять, и, следовательно, упорядоченно, движение носителей электрического заряда. Однако полезная нагрузка в системе требует компенсации (катион дополняется анионом и наоборот), поэтому в проводящих полимерах носители заряда движутся вдоль цепи, что сопровождается процессом легирования. Это означает, что противоион должен проникать в проводящую полимерную структуру. В случае исследований, проведенных Сиракавой, эту функцию выполнял вышеупомянутый йод. - Полиацетилен, полученный в то время, однако, не может быть применен практически из-за механической устойчивости к световому излучению и чувствительности к атмосферному кислороду. Был ли он совершенно бесполезным? Конечно нет! Господа, за это изобретение они получили Нобелевскую премию, - со смехом говорит исследователь и добавляет: - В начале обучения в докторантуре я обнаружил фантастическую историю, которая прекрасно отражает идею и разнообразие органических проводящих материалов. В публикации конца 90-х годов прошлого века проф. доктор хаб. Малгожата Загорская упомянула о ... сверхпроводящих меховых бабушках. Для того, чтобы полимерный материал был электропроводным, в нем должна быть создана проводящая дорожка или «что-то», и тогда носители нагрузки будут способны двигаться (это иногда называют ацетиленовой магистралью). Это свойство имеет интересные органические соединения, содержащие так называемые. Система сопряженных связей - это структура, в которой чередуются одинарные и двойные связи. Одной из структур, имеющих желаемый набор связей, является нафталин. Звучит знакомо, правда? И что наши прабабушки сосали мехами, чтобы защитить их от ненасытных мотыльков? Конечно, нафталин, основным компонентом которого является нафталин. Таким образом, если мы подвергаем такую ​​систему полимеризации, мы получим проводящие полимерные волокна, вплетенные в структуру материала. Научная фантастика? Не в сегодняшних лабораториях. После обнаружения необычного поведения ацетилена начался интенсивный поиск других строительных элементов, которые позволили бы получить материал с большей химической стабильностью и лучшими механическими свойствами. Было обнаружено, что такие системы являются гетероциклическими соединениями, то есть химически стабильными органическими веществами, содержащими в своей структуре так называемые гетероатомы, например азот (тогда мы имеем дело с пирролом, а полимер, полученный из него, - полипиррол) или серу (мы говорим тогда о тиофене, и мы получаем политиофен) и т. д. Это основные строительные блоки, на которых мы можем построить гораздо больше мериальных единиц, вводя соответствующие заместители. В настоящее время существует множество мономеров, которые мы можем полимеризовать. Их структура разработана на основе уже существующих знаний, с учетом спецификаций, вытекающих из предполагаемых приложений.

Исследовательская группа, слева: мгр. Анна Тониарз, доктор Инь. Сильвия Голба и мгр. Барчик Ягода
Рис. Барчик Ягода

Медицина и промышленность

Проводящие полимеры имеют много применений. В настоящее время синтетические проводящие материалы проходят испытания в детекторах угарного газа. Они используются для создания композитов, используемых в качестве плоских гальванических покрытий, в качестве систем, которые разряжают электрический заряд и, следовательно, действуют как системы молниезащиты. Их также можно использовать в качестве компонента антикоррозийных красок. В рабочих условиях они первыми окисляются, разряжают нагрузку и, таким образом, уменьшают вероятность образования коррозийного очага. Надлежащий слой краски остается неповрежденным, создавая эффективный защитный барьер. Благодаря этому они могут использоваться в местах, подверженных сильному засолению окружающей среды - например, на поверхности корпусов судов. Существуют также проводящие полимеры, которые можно применять в организме человека.

Однако они должны в первую очередь демонстрировать биосовместимость с окружающей средой организма человека и поэтому не должны иметь канцерогенных или токсических свойств. Они также не должны вызывать аллергические реакции. - Одним из таких полимеров является полипиррол, синтезируемый нами в водной среде именно из-за условий, сходных с теми, которые преобладают в организме человека, - говорит доктор Энг. Golba. Другим примером, для которого проводятся многочисленные тесты, чтобы четко подтвердить биосовместимость, является PEDOT (поли (3,4-этилендиокситиофен)), представляющий семейство политиофенов и представляющий собой один из самых прочных проводящих полимеров, синтезированных и запатентованных в лабораториях BAYER. Биосовместимость электрополимеризуемых материалов позволяет использовать их, в том числе как строительный блок систем контролируемого высвобождения лекарств. Уже упоминалось, что во время полимеризации, а затем во время окисления полимера, противоион должен быть добавлен к генерируемому цепью носителю заряда. Это может быть, например, терапевтическое вещество, захваченное после восстановления в полимерной матрице. - Представьте, что мы наносим полимерную губку на пациента, пропитанного лекарством, и подключаем электрические импульсы. Благодаря этому мы можем высвобождать терапевтические вещества в указанное время и в точно дозированной дозе. Такие решения могут быть использованы, например, в имплантатах. Пациент сможет получать лекарства «изнутри», без риска пропуска или превышения предписанной дозы лекарственного препарата, - говорит исследователь. Будущее проводящих материалов также является так называемым канал наведения нерва. Нервная система человека - это система синапсов, взаимодействующих друг с другом. Передача информации между ними происходит путем скачка электрического импульса, что открывает возможность использования проводящих полимеров и в этой области. Уже ведутся исследования по созданию материалов, которые заменят фрагменты нервной ткани, поврежденные, например, в результате нейродегенеративных заболеваний. Взятие на себя функции электрического импульсного реле может быть временным или постоянным. Следовательно, это важный шаг навстречу будущему человеку, чьи части тела вскоре могут быть заменены имплантатами, действующими на таких принципах, как здоровые ткани и органы. - У нас уже есть искусственная кожа. Конечно, каналы нервной проводимости приближают нас к цели, - добавляет исследователь. - В прошлом году мы вступили в контакт с доктором. Манус Биггс из Национального университета Ирландии в Голуэе с Центром медицинских исследований, команда которого разрабатывает имплантаты и проверяет их применимость - занимается изучение взаимодействия между тканями человека и проводящими материалами. Научные исследования уже продемонстрировали фантастический рост клеточных линий нервных клеток человека, посаженных на подложки из проводящих материалов. Мы начинаем сотрудничество, потому что у нас есть значительный опыт применения электрохимических методов для нанесения на электроактивные полимеры. Это наша специальность, - говорит доктор Инь. Golba. В настоящее время также проводятся исследования систем трансдермальных лекарственных средств с контролируемым высвобождением. Согласно предположениям, лекарственное средство мигрирует через кожный барьер во внутреннюю часть тела. Нет необходимости резать кожу, просто в виде наклейки или пластыря со встроенными активными веществами, которые будут реагировать на электрический импульс. Как объясняет ученый, эту систему относительно просто построить с точки зрения электроники. Проблема, однако, заключается в необходимости преодоления кожного барьера. Идея звучит фантастически, но переход к практике применения все еще требует времени и усилий. - Я несколько раз говорил об отличных свойствах проводящих полимеров. Также стоит упомянуть о визуальном проявлении их электроактивности. Оказывается, что под влиянием изменения потенциала, приложенного к полученной полимерной пленке, нанесенной на электропроводящую подложку, она начинает менять цвет: в восстановленном (распакованном) состоянии она может быть, например, коричневой, в окисленном состоянии - слегка желтой. Когда мы изменим направление поляризации, материал вернется к своей первоначальной форме и снова станет коричневым. Это так называемый электрохромный эффект - эти изменения обратимы и могут запускаться циклически, - объясняет д-р. Golba. Поэтому, если важно, чтобы течение тока четко проявилось, достаточно накрыть данное пространство слоем проводящих полимеров. Кроме того, существуют также оптически проводящие полимерные материалы: после соответствующего возбуждения они могут испускать излучение, то есть просто сиять. Как объясняет ученый, типичным представителем электроактивного и фотолюминесцентного полимера является поликарбазол, используемый, среди прочего, как элемент построения ОСИД.

Полимеры как пазл

Как объяснил доктор Инь. Sylwia Golba, в настоящее время так называемый молекулярно отпечатанный полимер (MIP), очень популярен. Они почти созданы как химическая головоломка. В реакционной системе, где проводится электрохимический синтез, исследователь сознательно вводит в раствор дополнительное вещество, так называемое рисунок. В процессе полимеризации он включается в полимерную матрицу - создается конкретная головоломка. Далее необходимо промыть (извлечь) этот рисунок таким образом, чтобы в полученном полимере оставался зазор в форме изображения модельного вещества. - Согласно предположениям о «дырах», матрица будет служить сенсорным слоем, который охотно связывает ранее сохраненный (отпечатанный) рисунок. Мы можем использовать его, например, для очистки сточных вод. Я создаю матрицу с зазорами по форме и размерам, соответствующим, например, отдельным токсичным металлам, затем я ввожу матрицу с «отверстиями» для сточных вод, после чего зазоры по принципу подгонки головоломки дополняются нежелательными молекулами. Это трудоемкий процесс, хотя его описание выглядит довольно безобидным. Однако эффективность этого метода стоит вложенных усилий, потому что тесты подтверждают эффективность такой процедуры. Как видите, проводящие полимеры представляют собой перспективную группу материалов, которые находят свое место в различных областях материаловедения. В настоящее время существуют возможности для создания новых приложений, для которых только воображение и доступный бюджет являются барьером. Давайте вернемся к одежде - рубашкам с переплетенными волокнами из проводящего полианилина (PANI), через которые можно пропустить заряд - идеальный инструмент пыток, верно? Воображение пышное, - подводит итог ученый.

Статья о «Киборг в сверхпроводящем мехе моей прабабушки» Малгожаты Клоскович появился на страницах «Вестника Силезского университета» № 6 (246) март 2017 года и доступен по адресу: www.gu.us.edu.pl ,