Российские ученые создали инновационный медицинский материал, основу которого составляют сверхтонкие нити оксида алюминия. Варьируя состав и структуру, исследователи способны наделять нановолокна необходимыми характеристиками: антибактериальной активностью, способностью ускорять заживление ран и останавливать кровотечения.
В современной медицине существует потребность в повязках и пластырях, которые не только обеспечивают защиту поврежденных тканей от инфекций, но и способствуют их восстановлению: они доставляют необходимые лекарственные препараты, при этом не оказывают негативного воздействия на здоровые клетки. Такие материалы должны обладать рядом важных характеристик, включая биосовместимость, влагостойкость, прочность и пористость.
Разработка нового решения представлена учеными из НИТУ МИСИС, Сколтеха и Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН. Для этого была применена технология электроспиннинга: раствор поливинилового спирта с оксидом алюминия распыляется через очень тонкую иглу. Под воздействием высокого напряжения жидкость формирует струю, которая высыхает в воздухе и оседает в виде ультратонких волокон, образующих наслоение.
«Основная цель — производство волокон с минимальным диаметром, так как от этого зависит общая площадь поверхности материала, что критически важно для адсорбции, контролируемого высвобождения лекарственных препаратов и взаимодействия с биологическими тканями. Разработанная нами модель позволяет с высокой точностью прогнозировать толщину волокон. Это необходимо для обеспечения воспроизводимости и возможности увеличения объемов производства», — рассказал сотрудник лаборатории ускоренных частиц НИТУ МИСИС Мохамад Ибрагим.
Точно подобранные параметры процесса, включая напряжение, расстояние между иглой и приёмником, а также концентрацию оксида алюминия, позволили учёным уменьшить средний диаметр волокон до 178 нанометров. Поскольку чистый поливиниловый спирт обладает высокой растворимостью в воде и не обеспечивает достаточной прочности, специалисты использовали сшивающий агент для стабилизации наночастиц оксида алюминия, что позволило материалу сохранять свою структуру даже при воздействии воды. Подробности опубликованы в журнале Emergent Materials (Q2).
«Композит, полученный в результате, демонстрирует уникальное сочетание характеристик, которые ранее трудно было воссоздать в одном материале: он отличается водостойкостью, биосовместимостью, высокой площадью поверхности и механической стабильностью. Варьируя состав, можно создавать материал для широкого спектра применений. Это позволяет разрабатывать медицинские повязки нового поколения, способные выполнять функции доставки лекарственных средств, обеззараживания и остановки кровотечения», — отметил к.ф-м.н. Алексей Салимон, заведующий кафедрой физической химии НИТУ МИСИС.
Проведенные биотесты показали безопасность композита с оксидом алюминия для клеток соединительной ткани человека. Эта разработка представляется перспективной не только в контексте создания перевязочных материалов. В рамках сотрудничества с Институтом биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС, специалисты кафедры физической химии намереваются создавать также матрицы для восстановления кожи.
Данная работа выполнена при поддержке гранта по программе «Приоритет-2030» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № K1-2022-032).