Tak jak przyprawy dorzuca się do dań, aby wzbogacić ich smak, tak naukowcy szukają dodatków, które mogą poprawić właściwości znanych już związków. Takie pomysły opisywaliśmy już w cyklu "Eureka! DGP – Odkrywamy polskie wynalazki". I często były to dodatki pochodzenia naturalnego. Przykładem jest chociażby aminokwas histydyna, który posłużył naukowcom z Centralnego Instytutu Ochrony Pracy do uniepalnienia tworzyw sztucznych. Albo pochodzący od pszczół propolis, którym naukowcy z Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk oraz Śląskiego Uniwersytetu Medycznego (SUM) wzbogacili włókninę opatrunkową.
Teraz innemu naukowcowi z tej ostatniej uczelni zamarzyło się wzbogacić tworzywa sztuczne o betulinę – związek chemiczny, który nadaje korze brzozy jej charakterystyczny biały kolor.

Brzozowa siwizna

Profesor Stanisław Boryczka opowiada, że brzozy budziły jego zainteresowanie już od dawna. – Gdy miałem 14 lat, ojciec zabrał mnie na spacer do lasu i zadał mi pytanie: „Które drzewo jest najstarsze?”. Widząc niepewność na mojej twarzy, odpowiedział: "Brzoza. Bo jest taka siwiutka" – śmieje się uczony.
Reklama
Pali się, podkręć basy [Eureka! DGP]
Pali się, podkręć basy [Eureka! DGP]

Zobacz również
Już na studiach prof. Boryczka dowiedział się, że za kolor kory tego drzewa odpowiada substancja zwana betuliną. Związek ten nie dość, że wykazuje działanie ochronne przeciw różnym mikrobom, to jeszcze jest przyjazny dla człowieka (toksyczny staje się w dużych stężeniach). Co więcej, betulinę można modyfikować chemicznie tak, aby otrzymywać nowe związki, potencjalnie będące lekami, czym profesor zajmuje się od lat. Nie do przecenienia jest również to, że betulina jest tania. Brzoza to drzewo o dużym znaczeniu gospodarczym, w związku z czym nie ma problemu z dostępem do kory. A zawartość zapewniającego kolor związku w korze jest wysoka, bo sięga 30 proc.
Któregoś dnia profesorowi przyszło jednak do głowy, że można byłoby betuliną wzbogacić tworzywa sztuczne, najlepiej takie, które już są wykorzystywane w medycynie. Zalety tego rozwiązania byłyby oczywiste: bierzemy na warsztat polimer, który ma wszelkie atesty (nie trzeba więc martwić się o całą masę zezwoleń), dodajemy do niego betulinę i patrzymy, co się dzieję. Jeśli się uda, mamy wartość dodaną.

Zmieszać niemieszalne

Ale do takich zabiegów naukowcy potrzebują współpracowników. Współczesna nauka przypomina trochę film „Ocean’s Eleven” – zanim wejdziemy w interdyscyplinarny projekt, to musimy najpierw zebrać ekipę fachowców z różnych dziedzin. Profesor Boryczka z Wydziału Nauk Farmaceutycznych SUM jako farmaceuta wnosił betulinowe know-how, zaś umiejętność majstrowania przy tworzywach sztucznych – prof. dr hab. Andrzej Swinarew z Wydziału Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego, a oprócz nich także prof. dr hab. Urszula Mazurek, dr hab. Krzysztof Jasik, dr Beata Rozwadowska i mgr Tomasz Flak.
– Pracujemy razem od dawna. Modyfikowaliśmy wspólnie różne tworzywa sztuczne, ale chcieliśmy opracować alternatywę dla srebra. Kiedy mówimy o modyfikacji, która ma mieć działanie przeciwbakteryjne, to najczęściej są to nanocząstki tego metalu. Wiadomo, że w im wyższym stężeniu, tym silniej działają, ale wówczas stają się toksyczne. Stąd pomysł na betulinę – tłumaczy prof. Swinarew. Tworzywem sztucznym, do którego zdecydowali się dodać brzozową siwiznę, są poliwęglany, które na co dzień znamy m.in. jako odporne i przezroczyste plastiki (być może piliście kiedyś z poliwęglanowego kieliszka do wina na jakiejś imprezie); wykorzystywane są także jako plastiki we wnętrzu aut klasy premium. W medycynie zaś służą do produkcji m.in. wenflonów.
W nauce często bywa jednak tak, że dwa związki, których połączenie na pierwszy rzut oka wydaje się świetnym pomysłem, w ogóle nie chcą ze sobą współpracować (trochę jak olej z wodą). Tak też było w przypadku betuliny i poliwęglanu. Aby zmusić je do koegzystencji, należało opracować specjalną technikę oraz sięgnąć po kompatybilizator – związek chemiczny, dzięki któremu nie rozdzielają się.

Brzozdruk 3D

A właściwie rozdzielają się, ale bardzo powoli. – Dzięki temu mamy tworzywo, które utrzymuje stałe stężenie betuliny na swojej powierzchni. Co więcej, ponieważ rozkład betuliny jest bardzo równomierny, to powyższy efekt obserwowany jest na stałym poziomie w obrębie całego materiału – cieszy się prof. Swinarew. Na tak zmodyfikowanym poliwęglanie znacznie trudniej formuje się biofilm, substancja, którą do otoczenia uwalniają bakterie, aby chronić siebie i całą kolonię (wystarczy nie myć zębów przez dobę, a potem przejechać po nich językiem – to, co wyczujemy, to właśnie biofilm). Dzięki temu wynalazek może znaleźć zastosowanie nie tylko w medycynie, ale też wszędzie tam, gdzie przydadzą się czyste powierzchnie (od klamek w szpitalach po podłogi w basenach). Zmodyfikowany o betulinę polimer może być również dostarczany jako struna do druku 3D.
Aby nie zostać gołosłownymi naukowcy, przeprowadzili również odpowiednie badania, z których wyszło, że polimer blokuje rozwój bakterii takich jak pałeczki okrężnicy (Escherichia coli) oraz gronkowca złocistego (Staphylococcus aureus). – Co więcej, jeśli zmodyfikować chemicznie cząsteczkę betuliny, to hamuje ona również replikację wirusów, w tym HIV-1 oraz SARS-CoV-2, tych ostatnich odpowiedzialnych za obecną pandemię – mówi prof. Boryczka. To już jednak jest właściwość na zupełnie inny wynalazek.
Eureka! DGP
Trwa siódma edycja konkursu „Eureka! DGP – odkrywamy polskie wynalazki”, do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do końca maja w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na początku czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki – firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora