Российские ученые разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Об этом сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) рассказали на международном форуме «Биотехнология: состояние и перспективы развития. Науки о жизни».

Бактериальная наноцеллюлоза (БНЦ) – это уникальный материал, обладающий несколькими преимуществами перед своим растительным аналогом (целлюлозой). В природе она образуется в процессе жизнедеятельности нескольких видов бактерий. Волокна бактериальной целлюлозы длиннее, шире и прочнее, чем волокна ее растительного аналога. В этой целлюлозе, в отличие от обычной, практически нет примесей, которые, как правило, негативно сказываются на ее прочностных и поглощающих свойствах.

Бактериальную наноцеллюлозу можно применять во многих областях, например, в медицине для создания искусственной кожи. Она играет активную роль в стимулировании регенеративных процессов, помогая заживлению ран. Уже сегодня ее применяют для создания новых материалов и нанокомпозитов. Благодаря большой площади поверхности и пористой структуре наноцеллюлоза также способна впитывать большое количество различных веществ, что может быть использовано в медицине для создания повязок. Высокая прочность бактериальной наноцеллюлозы позволяет использовать ее в качестве материала для 3D-печати некоторых видов человеческой ткани, например, хрящей.

Получить бактериальную целлюлозу непросто: для этого необходима питательная среда на основе глюкозы. Однако создать ее достаточно дорого.

Коллектив лаборатории биоконверсии ИПХЭТ СО РАН разработал новый метод получения питательной среды для синтеза бактериальной наноцеллюлозы. В качестве исходного сырья ученые предложили использовать шелуху овса и биомассу технического злака – мискантуса, что намного дешевле синтетической среды. Чтобы превратить исходное сырье в растворы сахара для получения наноцеллюлозы, ученые используют специальные ферменты (вещества, ускоряющие химические реакции). Ферменты не действуют непосредственно на сырье, потому что целлюлоза в природе образует монолитный композит с другими органическими веществами (гемицеллюлозами и лигнином). Чтобы разрушить этот композит и сделать целлюлозу доступной для действия ферментов, ученые использовали методы химической обработки: разбавленные растворы азотной кислоты и щелочи – гидроксида натрия. Оба этих вещества в малых концентрациях разрушают связи между основными компонентами природного композита, не воздействуя при этом на структуру молекул целлюлозы.

«Главная задача нашего проекта – разработка инженерных аспектов технологии получения БНЦ из непищевого сырья. Знание этих аспектов позволит создать технологию ее получения с заданными свойствами для конкретных приложений», – говорит старший научный сотрудник ИПХЭТ СО РАН Екатерина Кащеева.

В перспективе ученые планируют разработать фундаментальные основы технологии получения бактериальной наноцеллюлозы на непищевых питательных средах и предоставить лабораторный технологический регламент на процесс ее получения.