Полимеры

Полимеры в медицине и биологии

Уже сейчас известны полимеры, в первую очередь полиакрилаты и полиэфиры, которые способны как бы срастаться с тканями живых организмов. В будущем появится еще больше таких полимеров. Станет возможным заменять поврежденные сухожилия, части кровеносных сосудов эластичными и прочными полимерными пленками или тканями.

Не менее интересна возможность склеивать полимерными клеями сломанные кости. Пострадавший сможет пользоваться поврежденным органом вскоре после перелома, а клей со временем рассосется и заменится соединительной костной тканью. Наверное, широко будут применять искусственную кровь, которая сможет выполнять все основные функции крови и, главное, переносить кислород от легких ко всем тканям организма.

Уже используют аппараты, выполняющие функции почки. Для этого кровь очищают от накапливающихся в организме вредных примесей, пропуская ее через различные конструкции, в которых струи крови и воды разделены полимерной пленкой. Такие пленки пропускают примеси, но задерживают все необходимые организму вещества крови. Если взять пленки, проницаемые для кислорода и углекислоты, и пропускать по одну сторону их кровь, а по другую — воздух, можно имитировать действие легких.

Со временем люди научатся получать полимерные вещества, вырабатываемые только в организмах, в первую очередь ферменты, хотя бы простейшие. Такие синтетические полимерные вещества являются важной группой лекарств. Они смогут влиять на разнообразные процессы жизнедеятельности так, как на них влияют ферменты, гормоны и другие биологически активные соединения. Научившись синтезировать подобные очень сложные по своему строению полимерные вещества, химики попытаются осуществить процессы, протекающие пока лишь в живых организмах. Наиболее важный из них — это фиксация азота, т. е. поглощение азота из воздуха и превращение его в различные химические соединения.

Второй пример таких процессов — поглощение растениями углекислоты и превращение ее в первую очередь в углеводы. В растениях этот процесс происходит под действием света в обычных условиях, но он, конечно, будет осуществлен при помощи синтетических полимеров-биокатализаторов.

Все шире в химии будут распространяться полимерные реагенты. Уже сейчас существует громадное количество полимерных соединений, среди которых представлены почти все классы органических веществ. Есть полимерные кислоты и основания, полимерные спирты, альдегиды и кетоны, разнообразные ароматические и гетероциклические полимерные соединения. Они могут реагировать с другими веществами подобно тому, как происходят химические реакции в среде обычных низкомолекулярных веществ. Но здесь одним из продуктов происходящих реакций будет полимерное вещество. А полимерное вещество легко отделить от реакционной среды. Это создает новые химические возможности. Такие полимерные реагенты — кислоты и основания — называют ионообменными смолами. Они уже сейчас применяются достаточно широко, в первую очередь для очистки воды.

Но полимерные электролиты или ионообменные смолы могут и будут служить и другой важной цели. Если приготовить из них сплошные или пористые пленки и пропустить через них соленую воду под действием давления или электрического поля, то можно создать условия, когда они не будут пропускать соли. Таким образом, решится проблема опреснения воды. В будущем появятся полимерные реагенты — окислители и восстановители. Такое название дано этой группе веществ потому, что окисление или восстановление всегда связано с переносом электронов. Чтобы окислить или восстановить какое-либо соединение, достаточно будет пропустить его через слой зерен или волокон полимерного окислительно-восстановительного реагента. Иногда такие полимеры называют электронообменниками.

Еще шире будет применяться другая группа этих реагентов — комплексонные смолы. Они способны образовывать комплексы с определенными металлами. Такие комплексонные полимерные реактивы в виде пленок или волокнистых материалов смогут извлекать нужные металлы из растворов очень малых концентраций, даже из морской воды. Когда земные богатые месторождения будут выработаны, придется извлекать металлы из более бедных месторождений. И новые полимерные реагенты помогут найти иные способы добычи цветных и редких металлов.

Возникнет еще много новых типов полимеров. Светочувствительные полимеры, которые дают сразу рельефное изображение, могут применяться в фотографических и полиграфических процессах. Полимерные проводники и полупроводники, особенно плавкие и растворимые, — очень удобный тип электротехнических материалов. Полимерные электролиты станут неотъемлемыми частями химических источников тока — аккумуляторов, элементов и особенно топливных элементов, способных превращать химическую энергию топлива в электрическую (см. ст. «Большая задача электрохимии»). Ученые найдут стойкие и активные полимерные поверхностноактивные вещества, которые будут создавать и разрушать суспензии и эмульсии, регулировать испарение воды с поверхности водоемов. Возникнут полимерные вещества, способные обеспечивать идеальное скольжение или громадное сцепление поверхностей, т. е. фрикционные полимерные материалы. Появится множество полимеров, которые сейчас трудно предугадать, и полимеры станут так же необходимы людям, как ранее необходимы были камень и металлы.