Руководитель исследования, старший научный сотрудник кафедры физической механики Татьяна Васильева и аспиранты кафедры логистических систем и технологий Аунг Мьят Хейн и Владимир Мясников. Фото предоставлено пресс-службой МФТИ
В Московском физико-техническом институте разработали чистую технологию получения низкомолекулярного хитозана – вещества, которое японские ученые назвали веществом XXI века. Для этого предложено использовать электронно-пучковую плазму. Создан плазмохимический реактор, реализующий этот метод. Полученные олигосахариды – биологически активные соединения. Они обладают антимикробными и фунгицидными свойствами. Результаты этой работы опубликованы в журнале Carbohydrate Polymers.
Хитин – второй по распространенности биополимер после целлюлозы. Он и его производное, хитозан, были открыты около 200 лет назад, но наибольшую популярность эти вещества приобрели в последние десятилетия. В природе хитин и хитозан являются основными компонентами наружной оболочки членистоногих (кутикула у насекомых, панцирь у ракообразных), а также тканей большинства грибов и некоторых водорослей.
Вложения в технологию производства хитозана исчисляются сотнями миллионов долларов и продолжают возрастать. На сегодня известно более 70 направлений применения хитина и хитозана в самых разных областях. Это обусловлено уникальными свойствами хитозана: высокой биосовместимостью с живыми тканями, низкой токсичностью и возможностью биодеградации. Целый ряд исследований, проведенных на кишечной палочке, золотистом стафилококке, синегнойной палочке, сальмонелле, сенной бацилле и некоторых других видах микроорганизмов, доказали, что антибактериальная активность хитозана в высокой степени зависит от его молекулярной массы. Хитозан с более низкой молекулярной массой оказался более эффективным антибактериальным препаратом.
Установлено, что хитин и хитозан полностью подавляют размножение как стафилококка, так и кишечной палочки в репликационных и покоящихся формах, ингибируют рост нескольких видов нитевидных грибов. Традиционные технологии получения производных хитина с экологической точки зрения весьма опасные. Исследователи из Физтеха при участии коллег из Северного арктического федерального университета им. М.В. Ломоносова разработали принципиально новый, экологически чистый способ производства низкомолекулярных производных хитина и хитозана.
Ученые поместили порошки этих полисахаридов в электронно-пучковый плазмохимический реактор, специально разработанный ими на первых этапах исследования. Поскольку такой пучок может быть получен только в условиях глубокого вакуума, а плазмообразующий газ находится в реакционной камере под определенным давлением, для проводки пучка требуется специальное выводное окно. Авторы использовали газодинамическое окно, за разработку которого в свое время сотрудники МФТИ получили премию Ленинского комсомола. Когда электронный пучок проходит через газ, происходит ионизация, возбуждение и диссоциация его молекул. Если ввести в плазму порошок хитина или хитозана, то эти частицы вместе с электронами первичного пучка способны вызвать необходимые превращения биополимерных молекул. При этом температура частиц порошка во время обработки остается на уровне комнатной, что позволяет исключить термическую деструкцию полисахаридов.
Руководитель исследования, доктор технических наук Татьяна Васильева подчеркивает: «Разработанный нами метод вполне может конкурировать с технологиями, традиционно используемыми в химической и биотехнологической промышленности, а полученные хитоолигосахариды, надеюсь, найдут свое применение в сельском хозяйстве, фармацевтической промышленности и медицине».
По материалам официального пресс-релиза МФТИ
Ярослав Вилков 
Дарья Гармоненко