Разработка бийских ученых, культивирующих бактериальную наноцеллюлозу из отходов сельскохозяйственного производства, стала импульсом к созданию другого уникального материала — фильтровального картона.
Над его получением сегодня активно работают в Северном (Арктическом) федеральном университете имени М. В. Ломоносова (САФУ), что без помощи алтайского наукограда было бы невозможно. О новом проекте и возможностях, которые он открывает, в интервью „Деловому Бийску“ рассказала сотрудник Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН), кандидат химических наук Вера Будаева.
— Вера Владимировна, с чего началось создание фильтровального картона и в чем его уникальность?
— Фильтровальные картоны используются в пищевой, химической, биотехнологической промышленности и больше всего в медицине. Изготавливают их, как правило, на основе древесной целлюлозы. Идея создания фильтровальных картонов с бактериальной наноцеллюлозой в качестве компонента активно обсуждается в научном сообществе, но технология смешения растительной целлюлозы с наноразмерными волокнами и формования самого картона являются ноу-хау и не раскрываются исследователями.
В нашем случае технология изготовления принадлежит Северному (Арктическому) федеральному университету им. М. В. Ломоносова. Имея специальное оборудование, этот университет много лет занимается разработкой технологий получения целлюлозы, бумаги и картона из различных древесных пород.
Для выработки экспериментальных партий фильтровального картона им потребовались укрупненные образцы бактериальной наноцеллюлозы. Оказалось, что только у нас в лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН удалось осуществить ее первичное масштабирование. Это очень сложный биотехнологический процесс, масштабированием которого занято все мировое научное сообщество.
Уникальные свойства бактериальной наноцеллюлозы позволяют наделить уникальными качествами и фильтрующий картон. В частности, он может быть использован для фильтрования биологических жидкостей.
В настоящее время изготовленный в Архангельске фильтровальный картон с нашей бактериальной наноцеллюлозой тщательно исследуется, что позволит определить конкретные сферы его применения. Дело в том, что волокна бактериальной наноцеллюлозы наноразмерны: это ленты толщиной 2 нанометра, шириной 50–100 нанометров и длиной до нескольких миллиметров. Волокна растительной целлюлозы примерно в 1000 раз больше. Смешение этих волокон открывает возможности эффективно отделять более мелкие частицы, чем с помощью традиционных фильтров.
— В каких сферах производства вообще можно использовать бактериальную наноцеллюлозу?
— Бактериальная наноцеллюлоза (БНЦ) имеет широчайший спектр применения. Она может быть использована как в традиционных для целлюлозы отраслях — целлюлозно-бумажной, химической, пищевой, так и в инновационных высокотехнологичных отраслях, таких как биотехнология, электроника и биомедицина. Исследования позволили доказать успешность использования БНЦ в качестве основы для раневых покрытий (повязок), композиционных „умных“ материалов, с регулируемой подачей лекарства, а также материалов, используемых при восстановлении суставных хрящей и протезировании кровеносных сосудов. Конкретно нашему городу БНЦ могла бы пригодиться, например, в пищевых и фармацевтических производствах.
— Как давно Бийск работает над этим материалом?
— Лаборатория биоконверсии ИПХЭТ СО РАН занимается разработкой технологии и масштабированием бактериальной наноцеллюлозы с 2017 года. Исследования проводятся в рамках гранта Российского научного фонда № 17-19-01054 „Фундаментальные инженерные аспекты технологии получения бактериальной наноцеллюлозы из легковозобновляемого целлюлозосодержащего сырья“, которым руководит академик Сакович Геннадий Викторович. В настоящее время грант продлен еще на два года.
— Есть ли сферы, которые уже сегодня проявляют интерес к наноцеллюлозе, разработанной в Бийске?
— Результаты наших исследований привлекли внимание как научной и образовательной среды, так и представителей бизнеса. В частности, разработка вызвала интерес некоторых исследовательских центров и ведущих российских университетов, среди которых ФГБУ „НМИЦ гематологии“ Минздрава России, Алтайский краевой центр термических поражений, Московский университет имени И. М. Сеченова, ФГАОУ ВО „Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого“ и ряд других. Также проявили интерес представители реального бизнеса. Это и местные предприятия — бийское АО „ФНПЦ „Алтай“, ООО „Технология-Стандарт“ из Барнаула, и компании из Санкт-Петербурга (АО „Группа „Илим“), Ростовской области (ФКП „Комбинат Каменский“), Тамбова (ООО „Диарит“).
— Что самое сложное в создании фильтровального картона?
— Самое сложное — как раз получить бактериальную целлюлозу. Это многоуровневый процесс биосинтеза целлюлозы бактериями, а они крайне требовательны к составу питательной среды. При этом выход бактериальной наноцеллюлозы ограничен физиологическими особенностями микроорганизмов. Вот почему во всем мире до сих пор нет крупных производств БНЦ.
Мы считаем, нашему городу посильно создание такого производства. История развития Бийска показала, что мы можем решать самые сложные задачи в гражданской и оборонной промышленности.
— Кстати, сырьевая база тоже этому способствует…
— Да. В качестве сырья для получения БНЦ мы используем массовый отход зернопереработки: шелуху овса и солому быстрорастущей технической злаковой культуры — мискантуса. В настоящее время шелуха овса как сырье для биотехнологического производства уже признана во всем мире со ссылкой на Бийск, а использование российского мискантуса в биотехнологии позволило бийским ученым соответствовать мировому тренду.
(Мискантус — многолетнее травянистое растение, нетребовательное к качеству почвы, биомасса которого служит отличным источником сырья для производства бумаги и композитных материалов. — Прим. редакции).
— Какой результат должен получиться на выходе по итогу совместной разработки?
— В рамках нашего гранта мы должны научно обосновать и экспериментально показать возможность применения своей БНЦ в качестве компонента фильтрующего картона. Предварительные результаты исследований продолжают удивлять нас и наших коллег из Архангельска и весьма оптимистичны.
Справка:
Наноцеллюлоза способна улучшать качества самых разных материалов. К ее основным свойствам относят сверхпрочность, псевдопластичность и сверхлегкость.
В будущем предполагает широкое использование в строительстве, электронике, пищевой, фармацевтической и косметической промышленность. Одним из главных применений наноцеллюлозы является производство биоразлагаемого материала, например, одноразовой бумажной посуды.
По мнению ученых САФУ, фильтровальный картон, созданный с применением наноцеллюлозы, может стать основой для средств индивидуальной защиты органов дыхания (таких как медицинские маски) и складчатых фильтров для биологических жидкостей.
