Что такое высокомолекулярные соединения
Это вещества, молекулы которых обладают очень большим размером и очень большим весом. Сравним, например, со всем известной молекулой воды — она маленькая и легкая: 2 атома водорода, 1 атом кислорода. А высокомолекулярные соединения могут включать в свой состав сотни, тысячи, десятки тысяч атомов кислорода, углерода, азота и других элементов.
Чем занимается Институт высокомолекулярных соединений
Основное направление института — это полимеры. В институте изучают свойства полимеров, синтезируют новые полимеры и модифицируют существующие, создают новые материалы, смешивая полимеры с разными добавками.
В последние годы ученые института особенно активно занимаются функциональными полимерами. Эти материалы обладают специфическими свойствами. Например, на основе полимеров, которые при определенных условиях излучают свет, делаются органические светодиоды. Есть полимеры, которые при определенной температуре в растворе меняют форму и размер, каким-то образом раскрываются — они могут пригодиться для доставки лекарств.
Что такое полимеры
Вокруг нас огромное количество полимеров: от пластиковой посуды и одежды до автомобильных шин. Чтобы представить себе на химическом уровне, что такое полимер, можно вообразить бусы или цепь. Полимерная формула — это много связанных друг с другом маленьких бусин, повторяющихся звеньев.
Какие полимеры существуют в природе
Например, целлюлоза, из которой состоит древесина, — это соединенные друг с другом повторяющиеся звенья, которые образуют длинную молекулу. Как и многие природные полимеры, целлюлоза обладает очень сложной надмолекулярной структурой. Крахмал — еще один пример полисахаридов, одной группы с целлюлозой, но немножко другой по структуре и совсем другой по свойствам.
Человек во многом состоит из полимеров, потому что основной строительный материал нашего организма и вообще всего живого — это белки. Белки состоят из 20 аминокислот, которые связаны друг с другом в длинные цепочки, и дальше они уже определенным образом выстраиваются в надмолекулярную структуру. ДНК — тоже полимерная молекула, которая состоит из четырех типов повторяющихся звеньев.
Натуральный каучук — то, с чего вообще началась вся полимерная наука. Исходно это млечный сок растений, он представляет собой латекс — полимерные частички, которые взвешены в жидкости. В процессе обработки латекс превращается в привычную нам резину.
В Санкт-Петербурге есть отдельный Научно-исследовательский институт синтетического каучука (НИИСК).
Как ученые синтезируют полимеры
Есть определенные реакции, по которым происходит соединение вот этих строительных блоков, мономеров в цепочке. Когда ученые синтезируют какие-то соединения, то опираются на знания о способах синтеза того или иного вида полимеров и способах модификации полимерной цепи.
Какими преимуществами обладают полимеры
Если сравнить полимеры с традиционными строительными материалами — например, с металлом, керамикой, стеклом, то полимеры за счет достаточно низкой плотности меньше весят.
По прочности полимеры часто не уступают металлу, а кое-где даже выигрывают. Полимер можно изогнуть, растянуть, и он вернется в свое исходное состояние. Вы можете ударить пластиковую миску о стену, и ничего не случится, а керамическая или металлическая посуда в этом случае может повредиться.
Какие есть недостатки у полимеров
В природе отсутствуют механизмы, которые позволяли бы естественным образом переработать синтетические полимеры. Это химический, несколько чужеродный для природы конструкт. Если мы выбросим пластиковую упаковку в лесу, она там останется на долгие годы.
Сейчас ученые активно обсуждают, как повторно использовать полимерное сырье. Проблема в том, что полимеры состоят из разнородных элементов, и этих «бусин» очень много. Чтобы пустить полимерные изделия в переработку, для начала нужно рассортировать их по составу.
Как можно попасть на экскурсию в институт
В институте редко проходят открытые экскурсии, прежде всего из соображений безопасности. Химическая лаборатория для неподготовленного человека — это минное поле, где опасности могут поджидать на каждом шагу. Но в рамках фестиваля «Наука на Стрелке» институт открыл двери некоторых лабораторий, в основном физического профиля, где исследуют свойства полимеров. Студенты-химики и физики могут пройти практику в институте.
Какие разработки сделали ученые института
У Института высокомолекулярных соединений, которому в этом году исполняется 75 лет, много направлений работы. Например, есть интересные разработки в области медицины и биотехнологий — это полимерные смеси, которые могут вводиться вместо крови при переливании.
Ученые института создали композиции, которые могут использоваться для 3D-печати костных имплантатов. Эти материалы служат «строительными лесами» для костной ткани, которая растет на месте повреждения. Этот имплантат заселяется клетками, минерализуется и постепенно рассасывается, а у человека остается только здоровая костная ткань.
В институте разработали материалы, по свойствам близкие к хрящам, и даже попробовали распечатать на 3D-принтере человеческое ухо из полимерного геля.
