В 2024 году МЭГ по-прежнему помогает ученым менять мир к лучшему
Что общего между безопасной заморозкой тканей мозга, имплантацией линз для лечения глазных болезней и способом получения биоразлагаемой упаковки? Во-первых, в этих сферах недавно были сделаны открытия, которые могут стать прорывными, а во-вторых, в каждом случае использовался этиленгликоль. Мы подготовили обзор последних достижений науки с использованием МЭГ.
Этиленгликоль не пропадает из фокуса внимания ученых. Тренд последних лет – создание разнообразных альтернатив продукту нефтехимического происхождения из «зеленого» сырья. Мы следим за этими разработками и делимся новостями в нашем блоге.
Но этиленгликоли, и прежде всего моноэтиленгликоль (МЭГ), востребованы и в общенаучной повестке, прежде всего в качестве компонентов инновационных веществ и материалов. МЭГ ценится за уникальные свойства – текучесть, низкую температуру замерзания (-13°С) и высокую температуру кипения (197,5 °С), способность поглощать запахи и прекрасную смешиваемость. Он предотвращает высыхание жидкостей и гелеобразных веществ, препятствует кристаллизации, улучшает сцепление различных частиц, помогает сохранять вязкость.
Чтобы продемонстрировать пользу и востребованность МЭГ в разных отраслях, мы поделимся кейсами, которые вышли за пределы научных сообществ и стали темами публикаций СМИ в 2024 году.
Об открытиях 2023 года с участием этиленгликоля мы рассказали в отдельной статье.
Поможет сохранить ткани мозга при заморозке
Ученые из Китая разработали новую методику замораживания и оттаивания тканей головного мозга без нанесения серьезных повреждений.
В ходе испытаний использовались органоиды мозга – трехмерные культуры нервных тканей, которые служат аналогом настоящего органа и являются платформой для изучения связей между областями мозга. Органоиды обрабатывались химическими веществами, подходящими для криоконсервации, а затем замораживались в жидком азоте.
Метод предусматривает использование смеси MEDY, состоящей из этиленгликоля, метилцеллюлозы, диметилсульфоксида и вещества Y27632, которое применяется в качестве экспериментального антивозрастного препарата. Все эти вещества выполняют функционал криопротекторов.
Криопротекторы защищают живые объекты от повреждающего действия замораживания. Их используют при криоконсервации – низкотемпературном хранении живых объектов. МЭГ относится к криопротекторам, которые проникают внутрь клеток и мешают образованию кристаллов льда за счет формирования водородных связей с молекулами воды.
В ходе экспериментов ученые выяснили, что органоиды, обработанные смесью MEDY, а затем подвергшиеся заморозке и разморозке, практически не отличаются от тех, которые не подвергались такому воздействию. Тесты также подтвердили эффективность метода на образцах мозговой ткани живого донора.
Ученые из КНР подчеркивают, что метод позволяет хранить образцы мозговой ткани для долговременных исследований – это открывает новые возможности для изучения мозга и всей нервной системы. При методах криоконсервации, которые использовали раньше, процесс замораживания и оттаивания всегда приводил к повреждению тканей. Вместе с тем отмечается, что несмотря на сохранение разнообразия клеток, функциональной структуры и даже активности нейронной сети органоидов мозга, сложно сохранить ту же стадию развития нервных органоидов после заморозки. Поэтому технология MEDY пока больше подходит для сохранения патологий в тканях мозга и выживания некоторых нейронов.
Следующая стадия исследовательской программы – заморозка более крупных участков или всего мозга.
Изменит качество глазных линз
Команда ученых из Великобритании разработала новую смолу для 3D-печати глазных линз. Разработка поможет улучшить производство глазных имплантатов, которые используются в операциях по удалению катаракты.
По словам разработчиков, искусственные интраокулярные линзы (ИОЛ) нужны пациентам с катарактой – заболеванием, при котором естественный хрусталик глаза мутнеет, затрудняя зрение. ИОЛ также используются для коррекции близорукости, дальнозоркости и при возрастных изменениях зрения. Ранее они изготавливались из таких материалов как стекло и силикон, но сейчас для их производства все чаще используются акриловые альтернативы.
Новые экспериментальные глазные линзы сделали из фотополимерной смолы, содержащую эфир акриловой кислоты, этиленгликоль, диметакрилат и фотоинициатор. Лабораторные испытания на клетках хрусталика также показали, что разработка биосовместима и комфортна в ношении.
В 2018 году российские ученые создали уникальную жидкую линзу, которая может работать как в собирающем, так и рассеивающем режиме и способна менять фокусное расстояние. МЭГ в этой разработке выступил рабочей жидкостью, обеспечивающей быструю фокусировку. Изобретение применимо в сложных оптических системах и устройствах машинного зрения.
Станет сырьем для современной упаковки
Как это ни странно, новость о разработке новой методики окисления этиленгликоля для получения гликолевой кислоты пришла от горно-металлургической компании «Норильский никель», которая не связана с индустрией переделов веществ углеводородного происхождения.
Дело в том, что «Норильский никель» занимается проработкой новых технологий и методов применения палладия – благородного металла серебристо-белого цвета. Около 40% всего палладия в мире добывает именно «Норильский никель». Компания в ближайшие годы намерена вложить 100 млн долларов в исследования, связанные с палладием.
Одно из самых перспективных направлений – изготовление катализаторов из палладия для синтеза гликолевой кислоты, которая служит сырьем для биоразлагаемой упаковки. Исходным компонентом получения гликолевой кислоты традиционно выступает формальдегид, который способен нанести сильный вред здоровью. Выход гликолевой кислоты при применении привычной технологии невысок, при этом образуются побочные продукты, которые надо утилизировать.
Действенной альтернативой специалисты видят метод окисления этиленгликоля. Эксперименты продемонстрировали эффективность палладиевых катализаторов в процессе жидкофазного окисления МЭГ. Для него не нужны высокие показатели давления и температуры, а объем выработки гликолевой кислоты при этом выходит больше, чем при формальдегидной технологии. Издержки же ниже, что позволяет уменьшить конечную стоимость биоразлагаемой упаковки.
Мировой рынок биоразлагаемой упаковки растет в среднем на 7% в год. Его объем может достичь 150 млрд долларов к 2030 году.
Биоразлагаемым пластиковым материалам, их видам и промышленному производству в России мы посвятили этот материал.
Создаст кожу Терминатора
Последняя яркая новость из мира науки, связанная с применением двухатомных спиртов, касается пропиленгликоля (ППГ). Она датируется 2023 годом, мы же приводим ее в качестве демонстрации возможностей современной науки.
Ученые из Стэнфордского университета (США) в 2023 году разработали искусственную кожу, способную самостоятельно восстанавливаться. Благодаря этой разработке создание человекоподобных роботов, таких как Терминатор, может стать реальностью уже в течение нескольких лет. Кожа состоит из силикона и ППГ, которые обладают магнитными свойствами и позволяют материалу самовыравниваться.
Искусственная кожа воспринимает механические, тепловые и электрические изменения за счет того, что каждый слой состоит из длинных молекулярных цепей, соединенных динамическими водородными связями – также как двойные спирали в нитях ДНК. Это позволяет материалу многократно растягиваться без разрывов, а при нагревании до 70°C восстанавливаться в течение суток.
Помимо роботостроения искусственная чувствительная кожа с ППГ может быть использована при создании протезов конечностей.
