6 lutego 2023

Fascynujący świat polimerów

Polimery potocznie nazywane plastikami albo tworzywami sztucznymi otaczają nas praktycznie wszędzie. Wystarczy odpowiednio je przetworzyć, dodać barwników czy środków przeciwstarzeniowych, aby otrzymać m.in. pianki, guziki, lakiery i powłoki malarskie albo pojemniki . O tym, jakie są ich możliwości i jak bardzo są przydatne w walce o zdrowie człowieka i środowisko rozmawialiśmy z dr hab. inż. Justyną Kucińską-Lipką, prof. Politechniki Gdańskiej.

Na początku kilka słów o samych polimerach, które możemy podzielić na trzy grupy. Pierwszą tworzą polimery naturalne, występujące w przyrodzie, do których zaliczamy m.in. skrobię, nić pajęczą, jedwab, a także kolagen, chitozan czy RNA. Drugą stanowią polimery syntetyczne, czyli m.in. polipropylen i polistyren, z których wytwarzamy np. w opakowania na jogurty czy tacki na jedzenie. Trzecia grupa to polimery semi-syntetyczne będące połączeniem polimerów syntetycznych i naturalnych np. azotan celulozy (celofan) czy nitroceluloza. Jakie są możliwości polimerów i czy mogą one zmienić świat?

Polimery w służbie medycyny

Prof. Kucińska-Lipka wraz ze swoim zespołem w Katedrze Technologii Polimerów Politechniki Gdańskiej pracuje między innymi nad stworzeniem biodegradowalnego implantu, który najpierw wspomaga leczenie, a potem znika z organizmu.

Wszystkie badania prowadzone są pod konkretne zamówienia – ten projekt jest odpowiedzią na zapotrzebowanie otolaryngologów z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego poszukujących nowego rodzaju implantów. Przy zabiegach laryngologicznych wymagane jest otwarcie czy poszerzenie kanału nosowego i założenie opatrunku, którego wymiana wiąże się z dużym dyskomfortem dla pacjentów. Rozwiązaniem jest stworzenie takiego materiału, który z jednej strony nasycony będzie substancjami działającymi przeciwzapalnie i wspomagającymi regenerację tkanek, a z drugiej samoistnie usunie się z organizmu. Opracowujemy implant, który nie będzie wrastał w tkankę pacjenta tylko ulegnie degradacji. Ważnym aspektem tego rozwiązania jest również wysoka wytrzymałość mechaniczna implantu, dzięki której otwarte kanały nie zapadną się niwecząc cały wysiłek lekarzy.

Niezwykle ważny jest sam proces rozkładu implantu – czas degradacji jest wprost proporcjonalny do czasu porastania naszej tkanki. Co to oznacza? Gdy tkanka zaczyna porastać, implant powoli się degraduje i zostaje wydalony razem z płynami ustrojowymi człowieka. Jak podkreśla profesor Justyna Kucińska-Lipka jej zespół ma bardzo szerokie spektrum działania – opracowywane w ramach pracy doktorskiej mgr inż. Przemysława Gnatowskiego, implanty mogą być z powodzeniem wykorzystywane w stomatologii czy ortopedii i zastąpić np. tradycyjne metalowe śruby. To jedno z rozwiązań „szytych na miarę” pozwalających dostosować terapię do potrzeb konkretnego pacjenta.

Innymi rozwiązaniami biomedycznymi opracowywanymi w zespole są rozwiązania wspierające leczenie trudno gojących się ran. Rozwijane są m.in. rusztowania tkankowe służące do odbudowy i regeneracji tkanek ludzkich czy opatrunki stosowane przy dużych oparzeniach skóry. Jedną ze składowych takich opatrunków są hydrożele, które po przyłożeniu do rany zapewniają jej ochronę. Co więcej, mogą one zawierać w sobie substancje przeciwzapalne, antybakteryjne i przyspieszające proces gojenia. Ich struktura jest taka, że zapewniają wilgotność rany, dzięki czemu nie mamy tego efektu odrywania tkanki – mówi pani profesor.

Trzeba wyprodukować materiał lub grupę materiałów, które można modyfikować odpowiednią dawką substancji aktywnej – chodzi o to, że mamy już ustandaryzowane elementy całego rozwiązania. Produkujemy kilka różnych rozmiarów i kształtów opatrunków, które lekarz lub pielęgniarka może ewentualnie przyciąć a następnie nasycić opatrunek wcześniej przygotowanym hydrożelem z odpowiednią substancją aktywną i w ten sposób dopasować opatrunek indywidualnie do pacjenta. Nowe rozwiązania w tej dziedzinie są opracowywane w ramach prac doktorskich pani mgr inż. Edyty Piłat i pana mgr inż. Pawła Szarleja.

Polimery w walce o środowisko

Od wielu lat pani profesor pracuje m.in. nad materiałem na produkty jednorazowego użytku, który byłby wytwarzany z surowców odnawialnych i nie stanowiłby zagrożenia dla środowiska, a wręcz był traktowany jako pożywienie dla organizmów żywych.

Projekt zainicjował dr inż. Maciej Sienkiewicz i prof. dr hab. inż. Helena Janik. Pracowaliśmy nad tworzywem, które można otrzymać ze skrobi ziemniaczanej, będącej materiałem odnawialnym. W wyniku prostego procesu przetwórczego można zamienić sypką skrobię w materiał stały, twardy, odporny na działanie wody albo mogący się w niej rozpuszczać w zależności od tego, czego potrzebujemy. Ze skrobi termoplastycznej wytworzyliśmy elementy użytku codziennego. Dzięki temu będzie możliwe wprowadzenie na rynek opakowań, które po pewnym czasie użytkowania rzucone do wody ulegną rozpadowi do substancji, które mogą jeść ryby i inne mikroorganizmy. Takie badania zostały już przeprowadzone i wiemy, że małżoraczki mające kontakt z naszym materiałem nie tylko się nim odżywiały, ale zaczęły się rozmnażać, dzięki czemu mamy pewność, że jest on nieszkodliwy dla życia mikroorganizmów.

Licencję na wytwarzanie opakowań ze skrobi termoplastycznej kupiła firma BioPlast Pom Sp. z o.o. chcąca wdrożyć kompozyt polimerowy do produkcji biodegradowalnych i kompostowalnych opakowań.

To jeden z tych projektów, który może zostać skomercjalizowany i mieć realny wpływ na nasze otoczenie gospodarcze. Dzięki Centrum Transferu Wiedzy i Technologii Politechniki Gdańskiej przedsiębiorstwa mają możliwość nawiązania współpracy z konkretnymi naukowcami, co ułatwia rozwój inwestycji oraz współpracę z przemysłem. Naukowiec nie jest pozostawiony sam sobie, mamy narzędzia, z których możemy korzystać i tak naprawdę wychodzimy ze świata nauki do świata rzeczywistego.

Pani dr hab. inż. Justyna Kucińska-Lipka, prof. uczelni za wybieganie myślą w przyszłość, pionierskie projekty, niezwykłe rozwiązania oraz liczne sukcesy została nominowana do nagrody Ambasador Innowacyjności przyznanej z ramienia Europejskiego Ośrodka Rozwoju Gospodarki.

Izabela Zieleźnik