Проекты

Биологическое производство растительных волокон с заданными физико-химическими свойствами

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Старт в медицину» в секции «Химия и биохимия»

Направление работы: Химия природных соединений
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1387
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Старт в медицину», 12–14 апреля 2018 года

Введение

Новизна этой работы заключается в том, что эксперименты по получению флуоресцентных волокон льна никем не проводились до настоящего времени. В работе полностью описаны нигде ранее не опубликованные сведения о синтезе флуоресцентных производных глюкозы, созданных на основе биологических флуоресцентных зондов. Использованные производные глюкозы решают ряд существенных ограничений, существовавших до сих пор. Кроме того, сформирован подход для выращивания волокон с новыми свойствами в будущем. Была спрогнозирована и доказана высокая фотоинсектицидная функция у некоторых синтезированных флуоресцентных производных глюкозы, показана их высокая сила воздействия на насекомых, удобство, долгосрочность и дозированность их применения за счёт встраивания в клетку, а также их прогнозируемая безопасность. Данный класс встраиваемых фотоинсектицидов до настоящего времени нигде не описан. Все исследования и опыты проведены автором самостоятельно.

Цель

Осуществить биологическое производство растительных волокон с заданными физико-химическими свойствами на основе культуры льна.

Задачи

Изучить теоретические основы физического явления флуоресценции.

Осуществить физико-математические расчёты параметров флуоресценции.

Изучить теоретические основы синтеза интересующих нас органических соединений.

Изучить теоретические основы выращивания растений в пробирке и в гидропонике. Изучить фазы вегетации льна. Изучить биохимию растений.

Изучить физические и химические свойства углеводов. Подобрать концентрации красителей.

Провести синтезы флуоресцирующего маркера − 5(6)-карбоксифлуоресцеина, галогенизация.

Провести синтез флуоресцирующего производного глюкозы с заданными свойствами.

Вырастить проростки обычных и флуоресцирующих растений ex vivo (гидропоника) и in vitro (в пробирке).

Обобщить результаты, полученные на всех этапах исследований. Предложить применение полученных результатов на практике и направления дальнейшего развития проекта.

Описание

Осуществлён органический синтез следующих веществ: 5(6)-карбоксифлуоресцеин, тетрайодкарбоксифлуоресцеин натрия – 5(6)-карбоксиэритрозин, дихлоркарбоксифлуоресцеин, FAM-GLZMN (соединение 5(6)-карбоксифлуоресцеина и глюкозамина), FAM-GLKAMA (соединение 5(6)-карбоксифлуоресцеина и глутаминовой кислоты). А также получен новый класс фотоинсектицидов – FAM-GLZMN (соединение 5(6)-карбоксифлуресцеина и глюкозамина), FAMI-GLZMN (соединение 5(6)-карбокситетрайодфлуоресцеина и глюкозамина), FAMCL-GLZMN (соединение 5(6)-карбоксидихлорфлуоресцеина и глюкозамина). Получение веществ подтверждено аналитическими исследованиями (спектр поглощения и эмиссии флуоресцентов, ТСХ, электрофорез, 1H ЯМР спектр)

Выход составил: 77% от теоретического для 5(6)-карбоксифлуоресцеина, 92%/94% при разделении изомеров 5-FAM и 6-FAM, 47% для FAM-GLKZMN.

Доказано биологическое сцепление молекул FAM-GLKZMN и целлюлозы.

Получены биологические волокна льна с новыми физико-химическими свойствами, а именно с эффектом флуоресценции. Эти волокна могут применяться при изготовлении тканей с флуоресцирующим пожизненным эффектом, связанным с встраиванием флуоресцентных компонентов на всю глубину волокна; доказана их химическая связь с молекулами волокна. Поэтому ни механическое, ни химическое воздействие не смогут убрать флуоресцентное окрашивание, и лишь механическое воздействие, либо расщепление волокна на целлюлозные цепочки (что эквивалентно уничтожению волокна) может привести к обесцвечиванию волокна. Флуоресцирующие ткани имеют многочисленные преимущества: это безопасность на дорогах в одежде из такой ткани в тёмное время суток, из неё делают элементы одежды МЧС, спасательных жилетов и одежды дорожных служб, экипировку спортсменов. Полученный эффект имеет значительно более долгосрочный характер, чем в случае аналога, полученного окраской или прокраской, а также более экологичен по сравнению с полимерными изделиями (флуоресцентные плёнки и другие полимеры).

Помимо этого подготовлена методика, позволяющая соединять карбоксильные или аминовые группы различных соединений с глюкозамином или с другими веществами, имеющими первичные амины.

Получены новые фотоинсектициды, встраиваемые в оболочку клетки и активирующиеся от солнечного света, с большой долей вероятности малотоксичные для пчёл и человека, являющиеся естественной приманкой из-за присоединения к производному глюкозы. Показана их высокая действующая сила