Наноцеллюлоза — это супер-материал будущего, он способен улучшать свойства самых разных материалов. К основным свойствам наноцеллюлозы относят: сверхпрочность (прочнее нержавеющей стали), псевдопластичность и сверхлегкость. Даже небольшое добавление наноцеллюлозы улучшает устойчивость и качество свойств материалов.
Наноцеллюлоза будет широко использована в строительстве, в электронике, в пищевой, фармацевтической и косметической промышленность. Одним из главных применений наноцеллюлозы является производство биоразлагаемого материала.
Этот материал нигде в чистом виде не встречается и одним из препятствий в развитии индустрии является довольно долгий и затратный технологический процесс изготовления. Упрощением и удешевлением процесса заняты практически все мировые компании из данного сегмента, в том числе и российские.
Ученые из Бийска нашли сравнительно недорогой способ создания особого волокна. Новинку представили на московском форуме BioTechWorld в мае 2018 года.
— Вера Владимировна, я читала, в том числе и на англоязычных сайтах, что есть три класса наноматериалов на основе целлюлозы: нановолокна целлюлозы (CNF), нанокристаллы целлюлозы (CNC) и бактериальная целлюлоза (BC). Вы занимаетесь третьим, верно?
— В рамках гранта Российского научного фонда № 17-19-01054 «Фундаментальные инженерные аспекты технологии получения бактериальной наноцеллюлозы из легковозобновляемого целлюлозосодержащего сырья» мы занимаемся получением именно бактериальной целлюлозы. Но в нашей лаборатории биоконверсии есть и первые результаты по нанокристаллической целлюлозе, т. е. второе направление.
— По поводу наноцеллюлозы я прочитала несколько материалов и новостей, которые заканчиваются туманной фразой: «Как надеются ученые, в ближайшее время у них получится разработать всю технологическую цепочку для производства дешевой наноцеллюлозы…». Что значит «технологическая цепочка»?
— Технологическая цепочка — это последовательность операций (действий) с использованием химических реактивов и биокатализаторов, обеспечивающая превращение сырья в целевой продукт, в данном случае бактериальную целлюлозу. Ключевым моментом является «дешевизна» этой последовательности. В нашем случае это превращение шелухи овса (отходов зернопереработки) в ценнейшую бактериальную целлюлозу, причем мы используем дешевые реактивы, отечественные биокатализаторы: ферментные препараты и микроорганизмы. В ближайшее будущее вторым источником сырья для бактериальной целлюлозы будет многолетняя трава, техническая культура мискантус.
— Иными словами, какая еще предстоит работа?
— Работа, по сути, только начата. Причем цель мы себе поставили очень серьезную: мы не просто исследуем биосинтез бактериальной целлюлозы, а взялись за авторскую разработку самой сложной задачи, а именно разработку всей «технологической цепочки» этого сложного продукта с упором на распространенное в Алтайском крае сырье — шелуху овса. Кроме того, мы должны получить продукт с воспроизводимым качеством, сделать рекомендации о внедрении в производство. Если учесть, что очень многие биотехнологические процессы с большим трудом реализуются в промышленности, то готовность нашего процесса к реализации способствует тому, чтобы наша страна вошла в пятерку мировых лидеров. Возможность выполнить такую амбиционную задачу обусловлена нашим горячим желанием и молодостью.
Фото: Образец гель-пленки бактериальной целлюлозы. Источник: интернет-журнал Бийский округ
— Как и когда вы взялись за эту разработку?
— Грант РНФ действует с мая 2017 г. по декабрь 2019 г., может быть продлен еще на два года. Но, чтобы подать заявку, мы создавали задел, работая по другим темам, в частности разрабатывали способы превращения непищевого целлюлозосодержащего сырья в глюкозные растворы — это питательная среда для бактериальной целлюлозы и не только. Первая публикация по бактериальной целлюлозе датирована нашими старшими коллегами 2009 г.
— Что послужило толчком к разработке?
— В настоящее время интерес к синтезу бактериальной целлюлозы развивается столь стремительно, что это невозможно было предположить даже 10 лет назад. Бактериальная целлюлоза зарегистрирована в широком диапазоне медицинских применений от раневых покрытий до мозговой оболочки при черепно-мозговых травмах. Но биосинтез бактериальной целлюлозы — сложный и дорогостоящий процесс. Россия закупает этот уникальный материал за рубежом и не производит сама. России нужны такие производства.
— Вы — не единственные, кто озабочен удешевлением производства «еды» для микроорганизмов, верно? На чей мировой опыт вы опираетесь, есть ли аналогичные исследования и в какой стране?
— Многие страны имеют собственные производства, но не раскрывают технологию, через публикации мы можем иметь представление об сырьевых источниках и шифрах микроорганизмов, которые они используют в качестве биокатализаторов. Анализируя опубликованные материалы, в т. ч. и зарубежных авторов, мы имеем собственное видение реализации будущей технологии. Пока в центре нашего внимания отдельные инженерные аспекты: вид сырья, способ обработки, способ получения питательной среды, использование консорциума микроорганизмов вместо генетически модифицированных штаммов.
— В чем новизна вашего исследования?
— Новизна наших исследований заключается в выборе видов сырья для бактериальной целлюлозы, в способе получения питательной среды для бактериальной целлюлозы. Как оказалось, качество бактериальной целлюлозы, полученной по авторской методике, чрезвычайно высокое. Так, например, практикующие хирурги (кафедра факультетской хирургии им. Неймарка и госпитальной хирургии с курсом ДПО ФГБОУ ВО АГМУ Минздрава России; Краевое государственное бюджетное учреждение здравоохранения «Краевая клиническая больница», г. Барнаул, руководитель д.м.н., проф. Лубянский В.Г.) тестировали наши образцы влажной бактериальной целлюлозы в абдоминальной хирургии и обнаружили, что бактериальная целлюлоза способствует восстановлению прооперированной ткани и обладает самостоятельным кровоостанавливающим эффектом.
— Какую задачу вы решаете прежде всего?
— Прежде всего, мы решаем задачу создания фундаментальных основ такой технологии получения бактериальной целлюлозы, которую можно в ближайшее время на имеющихся производственных площадках реализовать с выдачей готовой продукции.
