Материалы для «искусственных мышц», используемых в бионических протезах, можно производить из возобновляемого сырья, используя безопасные для человека и природы растворители и катализаторы, выяснили специалисты Сеченовского Университета Минздрава России. Посвященная этому статья была опубликована в журнале Polymers.

Эластомеры — это полимеры, это полимеры, способные возвращаться в исходную форму после деформации на сотни процентов. В частности, они используются для создания «искусственных мышц» — полимерных актуаторов, важных для задач биомедицинской инженерии, включая производство бионических протезов, мягких экзоскелетов и реабилитационных устройств. Однако эластомеры, как и другие полимеры, изготавливаются преимущественно из нефтепродуктов, и такие материалы могут быть токсичны для человека. Кроме того, они не всегда обладают достаточной биосовместимостью, что важно для имплантируемых устройств. Также при синтезе эластомеров применяются или образуются в процессе реакций вещества, опасные для экологии.

Чтобы сделать производство эластомеров максимально безопасным для человека и окружающей среды, необходимо придерживаться принципов «зеленой химии», уверены ученые. К «зеленой химии» относится любое усовершенствование химических процессов, которое положительно влияет на окружающую среду.

Исследователи решили выяснить, можно ли создавать для биомедицинских целей эластомеры, более безопасные для человека и природы. Для этого они проанализировали более 200 вышедших в последние годы статей, посвященных синтезу эластомеров.

«Эластомеры, производимые традиционными методами, хорошо изучены и их свойства известны. Мы хотели понять, есть ли способы создавать более экологичные эластомеры и могут ли они по свойствам конкурировать с традиционными», — пояснила старший научный сотрудник лаборатории управляемых бионических систем Сеченовского Университета Ольга Филиппова.

Как оказалось, производство эластомеров действительно может быть экологичным — для их создания можно использовать растительные масла, жирные кислоты, крахмал, сахара. По принципам «зеленой химии» можно синтезировать полиуретаны, силиконовые, акриловые и некоторые другие эластомеры.

«Есть несколько критериев для получения экологичных эластомеров. Во-первых, это уход от нефтепродуктов и использование биоресурсов, возобновляемого сырья, например, получение материалов из биомассы. Во-вторых — отказ от любых опасных компонентов, включая растворители и катализаторы. В-третьих, важно снижать энергозатраты на производство. И, в-четвертых, конечный продукт должен быть безопасен для человека и для окружающей среды», — рассказала Филиппова.

Однако, несмотря на достаточное количество методик производства, свойства получаемых материалов оказались еще недостаточно изучены. При этом смена подхода неизбежно влияет на электрические и механические свойства эластомеров — например, их способность к деформации может оказаться ниже. И прежде, чем использовать экологичные эластомеры, этот недостаток информации необходимо восполнить.

К более экологичному производству стремится весь мир, включая Россию. В Сеченовском Университете тоже внедряют принципы «зеленой химии».

«Сегодня тренд на "зеленую химию" приходит в каждую химическую лабораторию, но скорее в качестве идеи, которая пока не получила широкого масштабирования на практике. В нашей лаборатории пока используются традиционные материалы, но там, где возможно, мы тоже стараемся применять принципы "зеленой химии" — заменять растворители на более безопасные, проводить синтез при более низкой температуре, уменьшать содержание тех или иных вредных компонентов. Переход на экологичные материалы — в планах на ближайшее будущее», — отметила Филиппова.