KTU mokslininkai sukūrė naujos kartos polimerus: tvarūs, savaime taisosi ir naikina mikrobus

Nuo medicinos iki elektronikos ar optikos – naujo tipo medžiagos, sukurtos Kauno technologijos universiteto (KTU) mokslininkų, gali būti pritaikomos įvairiose srityse, kur svarbus švarumas, tikslumas ir ilgaamžiškumas. Jos išsiskiria ne tik funkcionalumu, bet ir tvarumu: gaminamos iš atsinaujinančių žaliavų, o jų gamyboje nenaudojami tirpikliai.

„Pažangios medžiagos gali būti ne tik funkcionalios, bet ir draugiškos žmogui bei aplinkai. Tokie darbai atveria kelią į technologijas, kurios prisideda prie saugesnės ir tvaresnės kasdienybės“, – teigia KTU Polimerų chemijos ir technologijos katedros profesorė Jolita Ostrauskaitė.

KTU tyrėjų sukurti polimerai priklauso vitrimerų klasei – gana naujam polimerų tipui, atrastam tik maždaug prieš tris dešimtmečius, o pavadintam vitrimerais vos prieš 15 metų, todėl tai – sparčiai auganti tyrimų kryptis, sulaukianti vis daugiau pasaulinio mokslininkų dėmesio.

Draugiškesnis aplinkai sprendimas

Anot J. Ostrauskaitės, iki šiol dauguma vitrimerų buvo gaunami iš naftos išteklių, o jų perdirbimui reikėjo katalizatorių.

„Mūsų sukurti polimerai išsiskiria tuo, kad jie gaminami iš augalinės kilmės junginių, veikiant UV ar regimąja šviesa, ir jų perdirbimui nereikia katalizatorių. Šis procesas vyksta savaime dėl pačios medžiagos cheminės sandaros“, – pabrėžia KTU mokslininkė.

Tai svarbu ne tik dėl to, kad supaprastėja technologinis procesas, bet ir dėl tvarumo – katalizatoriai dažnai būna brangūs, gaunami iš neatsinaujinančių žaliavų ar net toksiški. Atsisakius jų, sumažėja žaliavų sąnaudos, išvengiama papildomų priedų, o pati technologija tampa paprastesnė, saugesnė ir draugiškesnė aplinkai

„Vitrimerai yra termoreaktyvūs polimerai, kurie, dėka dinaminių kovalentinių ryšių, gali būti termiškai perdirbami ar performuojami, panašiai kaip termoplastikai. Tam tikroje temperatūroje jie gali savaime susijungti po pažeidimo, taip pat išlaikyti laikiną formą ir vėliau ją atstatyti – tai vadinamoji terminio atsako formos atmintis“, – aiškina KTU Cheminės technologijos fakulteto (CTF) mokslininkė.

Šios medžiagos buvo sukurtos ir ištirtos KTU Polimerų chemijos ir technologijos katedros tyrėjų: KTU doktorantės Viltės Šereikaitės, dr. Auksės Navaruckienės ir dr. Sigitos Grauželienės.

Pabrėždama didžiausią inovaciją, J. Ostaruskaitė teigia, jog mokslo požiūriu svarbiausia buvo tai, kad vienoje medžiagoje pavyko apjungti augalinę kilmę, polimerizaciją veikiant spinduliuote, minėtąjį savaiminį pataisomumą, formos atmintį bei antimikrobinį poveikį ir tinkamumą optiniam 3D spausdinimui.

„Tokie daugiafunkciai, tvarūs sprendimai vis dar labai reti, todėl tai svarbus žingsnis į priekį tiek mokslo, tiek pramonės požiūriu“, – sako J. Ostrauskaitė.

Išbandyti 3D spausdinime ir medicinoje

Vienas iš ryškiausių KTU tyrėjų pasiekimų – polimerų tinkamumas optiniam 3D spausdinimui, kuris vyksta kambario temperatūroje, sunaudoja mažiau energijos ir sukuria mažiau atliekų. Veikiami UV ar regimosios šviesos, šie polimerai gali būti spausdinami sudėtingomis formomis, tokiomis kaip medicinos prietaisų jungtys.

„Sėkmingai atspausdinome Y formos jungtį – tipišką medicininį elementą, naudojamą jungiant vamzdelius infuzijų ar kvėpavimo įrangoje. Tokia detalė reikalauja didelio tikslumo, todėl tai buvo puikus mūsų sukurtos medžiagos išbandymas“, – teigia J. Ostrauskaitė.

Optinio 3D spausdinimo technologija leidžia gaminti ir kitus sudėtingus elementus, tokius kaip optiniai lęšiai ar elektronikos komponentai, kurie reikalauja itin tikslių matmenų ir geometrijos. Be to, medžiaga gali būti formuojama į laikinas konstrukcijas, kurias vėliau galima transformuoti ar taisyti – tai neįkainojama kuriant prototipus ir greitai reaguojant į pramonės poreikius.

Kita svarbi naujovė – antimikrobinės polimerų savybės, kurios atsirado dėl jų sudėtyje esančių struktūrinių fragmentų.

„Tyrime naudoti pradiniai junginiai, gauti iš augalinio aliejaus ir biodyzelino gamybos šalutinių produktų, kurių tam tikri fragmentai veikia bakterijas ir kitus mikroorganizmus, trikdydami jų gyvybines funkcijas. Būtent dėl šios priežasties tokios medžiagos gali būti naudojamos kuriant paviršius ar kitokius gaminius, kurie turi likti švarūs ir higieniški, pavyzdžiui, medicinos įrangoje, elektronikos ar jutiklių komponentuose arba kituose gaminiuose, kur svarbi mikrobų kontrolė“, – teigia KTU mokslininkė.

Bandymų rezultatai parodė, kad medžiagos veiksmingai slopino standartinius ir kitus plačiai paplitusius mikroorganizmus.

Tyrimas buvo vykdomas įgyvendinant Lietuvos mokslo tarybos finansuojamą projektą Nr. S-MIP-23-52 „Antimikrobiniai formos atminties fotopolimerai iš augalinės kilmės medžiagų“, bendradarbiaujant su Valstybinio mokslinių tyrimų instituto Gamtos tyrimų centro mokslininkais, UAB „3D Creative“ bei partneriais iš Aukštutinio Elzaso universiteto Prancūzijoje ir Centria taikomųjų mokslų universiteto Suomijoje.

Straipsnį „Antimicrobial Vitrimers Synthesized from Dipentaerythritol Pentaacrylate and 2-Hydroxy-3-phenoxypropyl Acrylate for LCD 3D Printing“ galima rasti čia.