Роль высокомолекулярных соединений в существовании жизни на Земле
Высокомолекулярные соединения как особая низкоэнтропийная форма существования вещества представляют собой основу возникновения и существования жизни на Земле, каким бы ни было ее происхождение – привнесенная из Космоса или возникшая из простейших веществ непосредственно на Земле. Основой продолжающейся уже более двух миллиардов лет жизни на Земле является способность макромолекул записывать, хранить и воспроизводить информацию. Без этой способности вещества, характерной только для высокомолекулярных соединений, существование и воспроизведение жизни невозможно. Таким образом, жизнь на земле или за ее пределами могла возникнуть только как результат формирования сложных макромолекул из атомов и молекул простых веществ.
И действительно, какой бы самый простой живой организм мы ни взяли для рассмотрения, мы обязательно обнаружим в нем высокомолекулярные соединения как основной структурный и функциональный компоненты. Основное свойство живой материи – способность к самовоспроизводству – определяется именно информационной способностью макромолекул. Вирусы – полувещества-полуорганизмы – состоят из изменчивой белковой оболочки и «начинки» из нуклеиновых кислот. В простейших одноклеточных организмах содержание и природа составляющих их высокомолекулярных соединений гораздо более разнообразна и по функциям и по химическому составу этих полимеров.
Так один из самых распространенных природных полимеров полисахарид целлюлоза (ежегодное производство в природе 1015 кг) является структурной основой всех растительных организмов. Структурную функцию экзоскелета членистоногих выполняет другой полисахарид – хитин, у млекопитающих структурную функцию выполняют коллагены и другие белки. В дальнейшем изложении эти вопросы будут рассмотрены более подробно.
С усложнением организмов возрастает и количество видов полимеров, используемых Природой для «конструирования» этих организмов, и сложность и многообразие их функциональных назначений.
То обстоятельство, что по своей природе и физико-химическим свойствам (гибкость, мягкость, эластичность, способность разлагаться в физиологических средах) многие натуральные и с синтетические полимеры и материалы на их основе сходны с различными тканями человеческого организма создает естественную основу для их использования в медицинских целях. И действительно материалы из природных полимеров широко использовались во врачевании с древнейших времен (перевязочные и шовные материалы, пленочные покрытия из соков и отваров растений и др.)
Роль полимерных материалов в современных медицинских и биологических технологиях трудно переоценить, притом, что их значение постоянно возрастает. Это и конструкционные материалы для медицинских инструментов, деталей медицинских аппаратов, и вспомогательные вещества для производства лекарств — наполнители, упаковочные материалы, и, наконец, материалы сложного функционального назначения — узлы медицинских аппаратов типа искусственное легкое, искусственная почка, а также кровезаменители. Полимеры широко используются и в медицинском и биохимическом анализе.
Очевидно, что функциональные назначения полимеров в медицине и биологии предъявляют гораздо более жесткие требования к свойствам и характеристикам полимерных материалов, а также методам их аттестации. Некоторые вопросы, связанные с ролью высокомолекулярных соединений в биологии и медицине рассматриваются в настоящей главе. Однако для лучшего их понимания читателями, недостаточно знакомыми с высокомолекулярными соединениями целесообразно рассмотреть основные положения этой области знаний.
- Роль высокомолекулярных соединений в существовании жизни на Земле
- Основные представления о химии и физико-химии высокомолекулярных соединений
- Основные свойства высокомолекулярных соединений.
- Деформационно-прочностные свойства.
- Свойства растворов полимеров.
- Общие сведения о биополимерах и полимерах медицинского назначения
- Принципы классификации полимеров и материалов на их основе, используемых в биомедицинских технологиях.
- Классификация полимеров биомедицинского назначения по признаку химической структуры и молекулярных характеристик
- Углеводороды и элементорганические полимеры.
- Полисахариды и их производные.
- Полиэфиры и поликарбонаты
- Полиамиды.
- Полимеры других химических классов.
- Требования к молекулярным характеристикам полимеров медицинского назначения.
- Фазовые и агрегатные состояния полимеров в процессе реализации ими биомедицинских функций.
- Конкретные области использования полимеров биомедицинского назначения.
- Полимеры медико-технического назначения
- Полимеры, предназначенные для введения в организм
- Полимеры как функциональные и вспомогательные материалы для создания лекарственных форм медицинских препаратов.
- Полимеры, используемые в восстановительной хирургии
- Полимеры направленного биологического действия
- Биодеградируемые полимеры для использования в тканевой инженерии.
- Химическая природа полимера для изготовления скаффолда.
- Типы полимерных скаффолдов, технологии их изготовления;
- Взаимодействие клеток с полимерной поверхностью скаффолда.
- Полимерные материалы для функциональных узлов медицинских аппаратов
- Полимерные мембраны
- Общие сведения о мембранной фильтрации
- Способы изготовления и особенности структуры мембранных фильтров
- Основные типы мембранной фильтрации
- Газоразделительные мембраны
- Полимерные сорбенты и носители
- Классификация полимерных носителей
- Синтез полимерных носителей
- Синтез носителей с формированием их микроструктуры в процессе полимеризации
- Введение функциональных групп в полимерную матрицу
- Получение носителей сшивкой готовых макромолекул
- Некоторые примеры использования полимерных носителей в практике
- Синтез пептидов на полимерных носителях
- Полимерные реагенты в синтезе пептидов
- Полимерные реагенты в органическом синтезе
- Другие примеры использования полимерных носителей
- Полимерные материалы для хроматографии и электрофореза.