Designing a professional request of the regional farming community for information-analytical, consulting and research services of agricultural education

The article presents the results of a theoretical review of publications and an empirical study of the professional needs of the regional farming community on the example of Stavropol Krai (Russia). The survey in digital format of 174 farmers was conducted with the participation of the Association of Peasant (Farmer) Farms and Agricultural Cooperatives of Stavropol Krai. We carried out the analysis of the actual needs of farmers for effective professional activity in the changing climatic, industrial, technological and socio-economic conditions of modern agricultural production; it was based on the regional expert survey. The information obtained during the study makes it possible to optimize the interaction of the farming community with the research complex of agricultural education in the region (Stavropol Krai, Russia), increase the efficiency of farmers, and contribute to the sustainable development of agricultural production and rural areas

From elastomers to thermoplasts – Precise control of isotactic propylene structure and properties and the role of different structural elements in its mechanical behaviour

Studies of polypropylene with different degrees of isotacticity have shown a way of the rational design of material with predetermined mechanical properties starting from the synthesis stage already – controlled introducement of stereodefects will allow the smooth adjustment of the Young's modulus and elasticity in the range from plastic to elastomer materials. It was also revealed that modern theoretical models of the elasticity can be successfully applied not only for the description of the mechanical behaviour of polymers, but also for better understanding of the mechanism of elasticity in them. While in the low crystalline materials deformation has Gaussian nature, in the materials of the intermediate crystallinity (30–40%) percolation takes place, and the cross-linking network becomes harder, manifesting the switch to the thermotropic behaviour of the material. Simultaneously the divide between cross- and slip-links becomes substantial, as an extensibility grows sharply

Planar and 3D fibrous polyaniline-based materials for memristive elements

We discuss the effect of structure formation of Langmuir polyaniline layers on the performance of memristive thin-film elements as well as the morphology and conductivity of electrospinned PANI–PEO nonwovens

Полимеризация D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™

Objects. To synthesize monodisperse biodegradable hyperbranched polymers based on D,L-lactide in the presence of Boltorn™ H30 polyester polyol as a macroinitiator.Methods. 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to study the chemical structure of the Boltorn™ H30 polyester polyol and (Boltorn™ H30)-PDLA hyperbranched copolymers. The molecular weight distribution of the polymers was studied by gel permeation chromatography (GPC). In order to study the thermal stability of Boltorn™ H30 polyester polyol, thermogravimetric analysis (TGA) was used. Polymerization of D,L-lactide was carried out in a block in the presence of Boltorn™ H30 polyester polyol.Results. The degree of branching of Boltorn™ H30 polyester polyol was calculated from NMR data, while the TGA method was used to determine the upper operational temperature range. The polymerization of D,L-lactide in the presence of Boltorn™ H30 polyester polyol used as a macroinitiator was studied. The molecular weight characteristics of the obtained copolymers were studied by NMR and GPC.Conclusions. Optimum conditions were determined for the polymerization of D,L-lactide when using Boltorn™ H30 polyester polyol as a macroinitiator. The possibility of synthesizing narrowly dispersed hyperbranched polymers (Boltorn™ H30)-PDLA under the described conditions was demonstrated.Цели. Синтез узкодисперсных биоразлагаемых сверхразветвленных полимеров на основе D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 в качестве макроинициатора.Методы. Для исследования химической структуры полиэфирполиола Boltorn™ H30 и сверхразветвленных сополимеров (Boltorn™ H30)-PDLA использовали 1H и 13С спектроскопию ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Молекулярно-массовое распределение полимеров исследовали методом гель-проникающей хроматографии (ГПХ). Для исследования термической стабильности полиэфирполиола Boltorn™ H30 применяли метод термогравиметрического анализа (ТГА). Полимеризацию D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 проводили в блоке.Результаты. По данным ЯМР была рассчитана степень разветвленности полиэфирполиола Boltorn™ H30. Методом ТГА определен верхний температурный диапазон работы с полиэфирполиолом Boltorn™ H30. Исследована полимеризация D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 в качестве макроинициатора. Молекулярномассовые характеристики полученных сополимеров исследованы методами ЯМР и ГПХ.Выводы. Подобраны оптимальные условия полимеризации D,L-лактида в присутствии полиэфирполиола Boltorn™ H30 в качестве макроинициатора. Показана возможность синтеза узкодисперсных сверхразветвленных полимеров (Boltorn™ H30)-PDLA в этих условиях.

БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ: ОТ ИМПЛАНТА К ОРГАНУ

Development of modern medical technologies would be impossible without the application of various materials with special properties. Over the last decade there has been a marked increase in interest in biodegradable materials for use in medicine and other areas of the national economy. In medicine, biodegradable polymers offer great potential for controlled drug delivery and wound management (e.g., adhesives, sutures and surgical meshes), for orthopedic devices (screws, pins and rods), nonwoven materials and scaffolds for tissue engineering. Among the family of biodegradable polyesters the most extensively investigated and the most widely used polymers are poly(α-hydroxyacid)s: polylactide (i.e. PLA), polyglycolide (i.e. PGA), poly-ε-caprolactone (PCL), polydioxanone and their copolymers. Controlling the molecular and supramolecular structure of biodegradable polymers allows tuning the physico-chemical and mechanical characteristics of the materials as well as their degradation kinetics. This enables selecting the optimal composition and structure of the material for the development of a broad range of biomedical products. Introduction of various functional fillers such as calcium phosphates allows creating bioactive composite materials with improved mechanical properties. To manufacture the highly dispersed biomedical materials for regenerative medicine electrospinning and freeze-drying are employed. Varying the technological parameters of the process enables to produce materials and devices with predetermined pore sizes and various mechanical properties. In order to increase the effectiveness of a great number of drugs the perspective approach is their inclusion into nanosized polymer micelles based on amphiphilic block copolymers of lactide and ethylene oxide. Different crystallization behavior of the lactide blocks and controlled regulation of their length allows producing micelles with various sizes and morphology. In this article we have attempted to provide an overview of works that are under way in the area of biodegradable polymers research and development in our group.Развитие современных медицинских технологий было бы невозможно без применения различных материалов со специальными свойствами. В последнее десятилетие наблюдается все возрастающий интерес к биоразлагаемым материалам для использования в медицине и других областях народного хозяйства. Синтетические биоразлагаемые полимеры широко используются в медицине для создания систем контролируемой доставки лекарственных препаратов, шовных хирургических материалов, для изготовления ортопедических изделий (винты, штифты, стержни), а также нетканых материалов и матриксов для тканевой инженерии. Наиболее востребованными полимерами для изготовления изделий биомедицинского назначения являются сложные полиэфиры α-гидроксикислот: полилактид, полигликолид, поли(ε-капролактон), полидиоксанон, а также их сополимеры. Регулирование молекулярной и надмолекулярной структуры биоразлагаемых полимеров позволяет управлять физико-химическими и физико-механическими характеристиками материалов, а также кинетикой их биодеградации. Это дает возможность подбирать оптимальный состав и структуру материала для разработки широкого ассортимента биомедицинских изделий. Введение различных функциональных наполнителей, таких как кальций-фосфаты, в структуру материала позволяет создавать биоактивные композиционные материалы с улучшенными физико-механическими характеристиками. Для получения высокодисперсных биомедицинских материалов для регенеративной медицины применяют такие методы как электроформование и лиофилизация. Варьирование технологических параметров процесса обеспечивает возможность изготовления материалов и изделий с заданным размером пор и различными механическими характеристиками. Повысить эффективность действия многих лекарственных средств можно путем включения их в наноразмерные полимерные мицеллы на основе амфифильных блочных сополимеров лактида и этиленоксида. Различная способность блоков лактида к кристаллизации и направленное изменение длины блоков позволяет получать мицеллы с различным размером и морфологией. В данной статье мы попытались сделать обзор основных работ, проводимых в нашем научном коллективе в области биоразлагаемых полимеров

Influence of the Degree of Deacetylation of Chitosan and BMP-2 Concentration on Biocompatibility and Osteogenic Properties of BMP-2/PLA Granule-Loaded Chitosan/β-Glycerophosphate Hydrogels

Compositions based on chitosan/β-glycerophosphate hydrogels with highly porous polylactide granules can be used to obtain moldable bone graft materials that have osteoinductive and osteoconductive properties. To eliminate the influence of such characteristics as chain length, degree of purification, and molecular weight on a designed material, the one-stock chitosan sample was reacetylated to degrees of deacetylation (DD%) of 19.5, 39, 49, 55, and 56. A study of the chitosan/β-glycerophosphate hydrogel with chitosan of a reduced DD% showed that a low degree of deacetylation increased the MSCs (multipotent stromal cells) viability rate in vitro and reduced the leukocyte infiltration in subcutaneous implantation to Wistar rats in vivo. The addition of 12 wt% polylactide granules resulted in optimal composite mechanical and moldable properties, and increased the modulus of elasticity of the hydrogel-based material by approximately 100 times. Excessive filling of the material with PLA (polylactide) granules (more than 20%) led to material destruction at a ~10% strain. Osteoinductive and osteoconductive properties of the chitosan hydrogel-based material with reacetylated chitosan (39 DD%) and highly porous polylactide granules impregnated with BMP-2 (bone morphogenetic protein-2) have been demonstrated in models of orthotopic and ectopic bone formation. When implanted into a critical-size calvarial defect in rats, the optimal concentration of BMP-2 was 10 μg/mL: bone tissue areas filled the entire material’s thickness. Implantation of the material with 50 μg/mL BMP-2 was accompanied with excessive growth of bone tissue and material displacement beyond the defect. Significant osteoinductive and osteoconductive properties of the material with 10 μg/mL of BMP-2 were also shown in subcutaneous implantation

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИОРАЗЛАГАЕМОГО СВЕРХРАЗВЕТВЛЕННОГО ПОЛИЭФИРПОЛИОЛА НА ОСНОВЕ 2,2-БИС(МЕТИЛОЛ)ПРОПИОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Synthetic surfactants have a wide application in various areas from medicine to agriculture, with biodegradable surfactants holding the greatest promise. Promising compounds for the synthesis of such surfactants are polyethylene oxide and polymers are the poly(α-hydroxyacid)s: polylactide (i.e. PLA), polyglycolide (i.e. PGA), poly-ε-caprolactone (PCL), polyhydroxybutyrate (PHB) and their copolymers. Because the biodegradation of polymeric surfactants yields natural metabolites, their medical and biotechnological applications are most attractive. A number of studies shows advantages of branched polymer surfactants compared linear surfactants, however, systematic studies of the correlation between the branched structures of amphiphilic copolymers and their surface activities are absent. Hyperbranched polyester polyol based on 2,2-bis(methylol)propionic acid are widely used as modifiers of polymeric materials (for example, in the manufacture of paintwork materials), additives for polymers to improve extrusion and also as nanocontainers for targeted drug delivery. In the present study the colloidal chemical properties of the polyether polyol 2,2-bis (methylol) propionic acid of the fourth pseudo generation (trade name Boltorn H40) were studied and it was shown that they reduce the interfacial tension at the hydrocarbon solution of surfactant/water to low.Синтетические поверхностно-активные вещества широко используются в самых различных отраслях - от медицины до сельского хозяйства, причем повышенный интерес представляют биодеструктируемые ПАВ. Перспективными соединениями для синтеза таких ПАВ являются полиэтиленоксид и сложные полиэфиры α-гидроксикислот: полилактид, полигликолид, поли(ε-капролактон), полигидроксибутират, а также их сополимеры. Поскольку продуктами деструкции таких полимерных ПАВ являются естественные метаболиты, их применение в медицине и биотехнологии довольно перспективно. В ряде работ показаны преимущества полимерных сверхразветвленных ПАВ по сравнению с линейными ПАВ, однако систематические исследования взаимосвязи структуры амфифильных сверхразветвленных ПАВ с их поверхностной активностью отсутствуют. Сверхразветвленные биоразлагаемые полиэфирполиолы на основе 2,2-бис(метилол)пропионовой кислоты широко используются в качестве модификаторов полимерных материалов (например, при производстве лакокрасочных материалов), добавок к полимерам для улучшения экструзии, а также в качестве наноконтейнеров для адресной доставки лекарственных соединений. В настоящей работе изучены коллоидно-химические свойства полиэфирполиола 2,2-бис(метилол)пропионовой кислоты четвертой псевдогенерации (торговое имя Boltorn H40) и показано, что данное соединение обладает поверхностно-активными свойствами и снижает межфазное натяжение на границе углеводородный раствор ПАВ/вода до низких значений

Osteoinductive Moldable and Curable Bone Substitutes Based on Collagen, BMP-2 and Highly Porous Polylactide Granules, or a Mix of HAP/β-TCP

In dentistry, maxillofacial surgery, traumatology, and orthopedics, there is a need to use osteoplastic materials that have not only osteoinductive and osteoconductive properties but are also convenient for use. In the study, compositions based on collagen hydrogel were developed. Polylactide granules (PLA) or a traditional bone graft, a mixture of hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate (HAP/β-TCP), were used for gel filling to improve mechanical osteoconductive properties of compositions. The mechanical tests showed that collagen hydrogels filled with 12 wt% highly porous PLA granules (elastic modulus 373 ± 55 kPa) or 35 wt% HAP/β-TCP granules (elastic modulus 451 ± 32 kPa) had optimal manipulative properties. All composite components were cytocompatible. The cell’s viability was above 90%, and the components’ structure facilitated the cell’s surface adhesion. The bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) provided osteoinductive composition properties. It was impregnated directly into the collagen hydrogel with the addition of fibronectin or inside porous PLA granules. The implantation of a collagen hydrogel with BMP-2 and PLA granules into a critical-size calvarial defect in rats led to the formation of the most significant volume of bone tissue: 61 ± 15%. It was almost 2.5 times more than in the groups where a collagen-fibronectin hydrogel with a mixture of HAP/β-TCP (25 ± 7%) or a fibronectin-free composition with porous PLA granules impregnated with BMP-2 (23 ± 8%) were used. Subcutaneous implantation of the compositions also showed their high biocompatibility and osteogenic potential in the absence of a bone environment. Thus, the collagen-fibronectin hydrogel with BMP-2 and PLA granules has optimal biocompatibility, osteogenic, and manipulative properties

Оценка in vivo биосовместимых свойств резорбируемых пористых материалов для плевральной имплантации

Correcting the pleural cavity space or filling large residual cavities (up to 500-700 cm3), arising as a result of extensive combined resections of the lung or extrapleural pneumolysis in tuberculosis and other lung diseases, still remains a challenging issue. The surgical methods used to correct the pleural cavity space are traumatic in nature. Moreover, various biological and synthetic materials used are not effective enough. Objective: to conduct an in vivo study of the biocompatible properties of laboratory samples of porous materials based on polylactide (PLA) and polycaprolactone (PCL) as potential materials for pleural implants development, as part of the general problem of developing a resorbable porous implant for intra- and extrapleural implantation and in situ formation of a «biological filling» to correct the volume of the pleural cavity. Materials and methods. In vivo subcutaneous implantation was performed in Wistar rats. The experiment involved the following samples: No. 1 - 3.0%; No. 2 - 4.0%; No. 3 - 1.7%. The ratio of the polymers in the solution was, respectively: 3/1, 1/3 and 1/1 PLA/PCL. Highly porous implants were obtained by lyophilization. The porosity of the samples ranged from 96.0% to 98.3%. The Young's modulus was from 100 to 1800 kPa. In the control group, a Mentor silicone implant shell was used. The explantation time was 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 14 weeks. Histological, histochemical and immunohistochemical studies of explants and surrounding local tissues were conducted. Results. Reaction of local tissues to the implantation of three types of samples of different composition from PLA/PCL, accompanied by material resorption processes, replacement by fibrous tissue, vascularization and encapsulation, without perifocal inflammation and reactive changes, indicates the biocompatibility of the materials studied. In control samples with silicone implant, a long-lasting perifocal reaction from eosinophilic leukocytes was revealed, which prevents us from excluding the possibility of an allergic reaction to the implant material in the surrounding tissues. Conclusion. In vivo experiments on the small animals show the biosafety and high biocompatibility of laboratory samples of bioresorbable highly porous matrices based on polylactide and polycaprolatcon as potential materials for development of pleural implants. Further studies with scaling of laboratory samples and a detailed study of the dynamics of biodegradation of porous matrices in vivo in large animals are required. The need for further improvement in laboratory samples of bioresorbable pleural implants is associated with giving the porous matrices antibacterial, bioactive and X-ray contrast properties.До настоящего времени сохраняет свою актуальность проблема коррекции объема плевральной полости, или заполнения остаточных полостей больших объемов (до 500-700 см3), возникающих в результате обширных комбинированных резекций легкого или экстраплеврального пневмолиза при туберкулезе и других заболеваниях легких. Применяемые хирургические методы коррекции объема плевральной полости травматичны, а используемые различные материалы биологического и синтетического происхождения оказались недостаточно эффективными. Цель. В рамках общей проблемы разработки резорбируемого пористого имплантата для интра- и экстраплевральной имплантации и формирования in situ «биологической пломбы» как метода коррекции объема плевральной полости, целью данного исследования стало изучение in vivo биосовместимых свойств лабораторных образцов пористых материалов на основе полилактида (PLA) и поликапролактона (PCL), как потенциальных материалов для разработки плевральных имплантатов. Материалы и методы. Использовался метод подкожной имплантации in vivo крысам породы «Вистар». В эксперименте участвовали следующие образцы: № 1 - 3,0%; № 2 - 4,0%; № 3 - 1,7%, при этом соотношение полимеров в растворе составляло соответственно: 3/1; 1/3 и 1/1 PLA/PCL. Методом получения высокопористых имплантатов была лиофилизация. Пористость образцов варьировалась в диапазоне 96,0-98,3%, а модуль Юнга в зависимости от состава составил от 100 до 1800 кПа. В контрольной группе использовали оболочку силиконового имплантата фирмы Mentor. Сроки эксплантации составили 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 14 недель. Проводились гистологические, гистохимические и иммуногистохимические исследования эксплантатов и окружающих местных тканей. Результаты. Реакция местных тканей на имплантацию трех видов образцов разного состава из PLA/PCL, сопровождающаяся процессами резорбции материала, замещением его фиброзной тканью, васкуляризацией и инкапсуляцией, без перифокального воспалительного процесса и изменений реактивного характера, свидетельствует о биосовместимости исследованных материалов. В контрольных образцах с силиконовым имплантатом выявлена длительно сохраняющаяся перифокальная реакция из эозинофильных лейкоцитов, что не позволяет исключить возможность аллергического воздействия материала имплантата на прилежащие ткани. Выводы. Проведенные экспериментальные работы in vivo на мелких животных показывают биобезопасность и высокую биосовместимость лабораторных образцов биорезорбируемых высокопористых матриксов на основе полилактида и поликапролаткона как потенциальных материалов для разработки плевральных имплантатов. Требуется проведение дальнейших исследований с масштабированием лабораторных образцов и детальное изучение динамики биоразложения пористых матриксов in vivo на крупных животных. Дальнейшее совершенствование лабораторных образцов биорезобируемых плевральных имплантатов связано с приданием пористым матриксам антибактериальных, биоактивных и рентгенконтрастных свойств