ИСТИНА

Цель работы заключается в создании научных основ технологий, позволяющих использовать науку о полимерах для достижения Целей устойчивого развития из повестки ООН и Стратегий научно-технологического развития РФ. Проект должен стать основой для формирования в Российской Федерации наукоёмкого и инновационного направления «полимеры для устойчивого развития», сформированного за счёт объединения высококвалифицированных коллективов специалистов в областях химии и физики макромолекул. Образованный в рамках проекта коллектив, сочетающий в себе ключевые компетенции в таких областях как полимеры для сельского хозяйства и биодеградируемые полимеры для медицины и биологии может стать базовой экспертной структурой в области «полимеров для устойчивого развития».

The subject of the project: - transition to advanced digital, intelligent manufacturing technologies, robotic systems, including unmanned ones, new materials and design methods, creation and validation of structures based on modern composite materials using nature-like technologies and non-destructive testing in extreme operating conditions; transition to highly productive and environmentally friendly agro- development and implementation of systems for the rational use of chemical and biological protection of agricultural plants and animals, development of methods for storing and efficient processing of agricultural products, creation of safe and high-quality, including functional, food products, development of genetic technologies in crop production and animal husbandry, risk management of the spread of invasive plant and animal species, study of patterns transformation and restoration of biological systems.

В рамках создания почвенных мелиорантов необходимо: - получение почвенных мелиорантов на основе полимеров различной архитектуры: линейных, разветвленных, ионно-сшитых и ковалентно сшитых; - нанесение полученных мелиорантов на поверхность почвы и формирование защитных почвенно-полимерных покрытий устойчивых к действию ветра и воды; - контроль удерживания влаги почвой, обработанной мелиорантами; - ограничение подвижности загрязнителей почвы путём связывания их почвенно-полимерными мелиорантами (ППМ) и почвенно-полимерными композитами; - получение ППМ с иммобилизованными биологически активными веществами; - контроль токсичности ППМ по отношению к почвенным (микро)организмам и высшим растениям; - контроль деструкции ППМ почвенными микроорганизмами; - сохранение биологического разнообразия почвы; - прорастание семян и рост растений на почве после ее обработки ППМ. Для синтеза новых биодеградируемых полимеров для агрохимии необходим: - синтез функциональнозамещенных мономеров циклических карбонатов (в основном замещенных триметиленкарбонатов и в меньшей степени замещенных эпсилон-капролактонов); большая часть подобных мономеров описана в литературе, однако в ряде случаев требуется разработка методов синтеза ранее неописанных производных; - подбор инициаторов сополимеризации, которые позволяют проводить процесс с сопоставимой скоростью для обоих сомономеров, что позволяет контролировать состав блок-сополимеров; - получение из полученных сополимеров материалов, исследование скорости их гидролиза, получение корреляций «структура сополимера – свойство материала» и количественное описание базовых характеристик материалов. При разработке биоразлагаемых тераностических агентов необходимо получить полимерные контейнеры (частицы) на основе карбоксиметилцеллюлозы и/или полиакрилата натрия, содержащих ионы радионуклида 90Y или 213Bi в качестве источников терапевтического ионизирующего излучения и дополнительно противоопухолевый агент, ингибитор или активатор индуцибельной NO-синтазы. В ходе реализации проекта будут решены следующие задачи: - получение микрогелей контролируемого размера, заряда и коллоидной стабильности путем варьирования соотношения полисахарид/стабильный ион металла; - определение ёмкости микрогелей, полученных с использованием стабильных ионов металлов, по отношению к противопухолевым агентам разного строения; - определение устойчивости микрогелей, полученных с использованием стабильных ионов металлов, и комплексов микрогель/противоопухолеввый агентк диссоциации в водно-солевых растворах; - определение скорости ферментативной деструкции микрогелей и комплексов; - определение цитотоксичности микрогелей и комплексов; - выделение радионуклидов из микрогелей икомплексов методами экстракции и хроматографии; - получение меченых ионов металлов; - распределение полученных меченых препаратов in vivo на мышиной модели.

Показано, что варьирование соотношения полимерных компонентов позволяет регулировать гидрофильно-гидрофобный баланс и заряд поликомплексов, что влияет на их размер и агрегативную стабильность в водно-солевых растворах. Полимер-коллоидные комплексы сохраняются в присутствии избыточных количеств конкурирующих полиионов, в том числе белков. Предложен и экспериментально апробирован способ закрепления сыпучих материалов с помощью рецептур на основе поликомплексов. Использование нестехиометричных поликомплексов заметно расширяет возможности структурирования почвы за счет манипулирования зарядом поликомплексных частиц. Разработаны методы исследования биодеградации полимеров и поликомплексов, инициированной чистыми культурами почвенных бактерий, изучены и описаны микробные сообщества эродированных и деградированных почв и осадочных пород пустынных регионов. Разработаны синтетические подходы к большому количеству лигандов, способных стабилизировать необычные координационные полиэдры и степени окисления атомов металлов в комплексах. На основе лигандов синтезированы комплексы Ti, Al, In, Zn, Sn, Pb, Ge, изучена их структура. Структура соединений в растворе исследована с помощью нерутинных методов ЯМР спектроскопии. Исследована каталитическая активность ряда полученных комплексов в реакциях полимеризации с раскрытием цикла циклических сложных эфиров. Проведено исследование по возможности упаковки ионов меди в полимерные микрогели на основе карбоксиметилцеллюлозы. Получены и изучены бинарные системы КМЦ-Cu2+ c разным содержанием стабильных ионов меди. Определение цитотоксичности полученных микрогелей показало их высокую агрессивность по отношению к лейкемическим клеткам по сравнению с нормальными лимфоцитами, показывая достаточно высокую величину терапевтического окна. Показана перспективность использования микрогелей на основе КМЦ для использования в качестве носителей радионуклидов в целях радиофармацевтики

В результате выполнения части договора, посвящённой созданию полимерных почвенных мелиорантов (ППМ) будет выявлена взаимосвязь состава и свойств ППМ с механической и противоэрозионной устойчивостью полимерно-почвенных композицитов, водоудерживающими свойствами обработанных полимерами почвенных субстратов, сорбционными характеристиками полимеров/поликомплексов и композиционных материалов на их основе, на основании чего будут предложены инновационные многофункциональные мелиоранты для реабилитации деградированных почв. В ходе выполнения работы будут синтезированы новые полимерные почвенные мелиоранты комплексного действия, демонстрирующие противоэрозионные, влагоудерживающие и сорбционные свойства. Такая комбинация позволяет использовать мелиоранты для улучшения качества почв любого состава и происхождения – от плодородных черноземных до обедненных аридных. Для получения мелиорантов используются экологически безопасные, простые в техническом отношении и малозатратные технологии, что делает предлагаемый подход привлекательным для подавления деградационных процессов и восстановления плодородия почв. Будут выявлены закономерности сополимеризации и проведено систематическое исследование взаимосвязи состава, структуры и свойств функциональных биоразлагаемых сополимеров.Будет разработана технология получения мультифункциональных биосовместимых биоразлагаемых микрогидрогелей на основе карбоксиметилцеллюлозы и полиакрилата натрия, содержащих терапевтически активные противоопухолевые ионы радионуклидов Y3+ и Bi3+ и биологически активные вещества, усиливающие терапевтическое действие радионуклидов за счёт ингибирования или активации индуцибельной NO-синтазы (iNOS). Впервые будут изучены, систематизированы и сопоставлены результаты экспериментальных исследований по получению и характеристике полимерных бинарных микро/гидрогелей на основе карбоксиметилцеллюлозы и полиакрилата натрия, содержащих как стабильные, так и радиоактивные ионы Y3+ и Bi3+, и тройных микрогелей с добавлением БАВ в виде ингибитора или активатора iNOS.