Учёные ТПУ создали и изготовили на 3D-принтере… DПринтер создает биоразлагаемые скеффолды с эффектом памяти формы. Образцы обладают улучшенными механическими свойствами, что позволяет программировать характеристики скеффолдов, включая способность восстанавливать форму после деформации. В будущем это позволит создавать имплантаты, которые лучше интегрируются в организм человека.
Исследования проведены благодаря финансовому содействию Российского научного фонда и администрации Томской области (проект №22-13-20043). Данные ученых представлены в журнале. Advanced Composites and Hybrid Materials (Q1, IF: 23,2).
Восстановление костной ткани, особенно при больших дефектах, является сложной медицинской проблемой. Решение этой проблемы требует имплантатов с определенными механическими свойствами, которые обеспечивают как механическую стабильность, так и стимуляцию регенерации кости.
Последние годы уделяют внимание аддитивным технологиям, изменившим традиционные методы лечения костных дефектов. С помощью 3D-печати получается изготавливать детали сложной формы с высокой точностью, эффективностью и адаптивностью.
В ТПУ ученые из международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий создали с помощью 3D-печати биоразлагаемые скэффолды на основе полимолочной кислоты (PLA) с добавлением наночастиц магнетита (Fe3O4). Созданы были несколько вариантов скэффолдов с разным коэффициентом заполнения (100%, 70%, 50% и 30%), которые исследовали методами рамановской спектроскопии, рентгеновской дифракции и другими.
Добавление Fe3O4 в состав полимера привело к реакциям между ним и магнитными наночастицами, например, образованию водородных связей между эфирными группами PLA и карбоксильными группами, покрывающими поверхность наночастиц. Это указывает на то, что наночастицы могут выступать в роли катализаторов реакций, приводя к макромолекулярным разрывам и изменению кристаллической структуры полимера. В результате улучшаются механические характеристики скэффолдов PLA, придавая им свойства для применения в медицине. Так, композитный скэффолд с коэффициентом заполнения 50% продемонстрировал механические свойства, сопоставимые с губчатой костью человека. Роман Сурменев.
Материалы продемонстрировали выраженный эффект памяти формы. Исследования показали, что композитные скэффолды PLA/Fe3O4 при нагревании горячей водой восстанавливают первоначальную форму на 85%, в то время как чистые скэффолды PLA достигают 75% восстановления. Максимальная скорость восстановления формы наблюдалась у скэффолдов с наименьшим коэффициентом заполнения.
Изучения показали, что память о форме сохраняется у образцов с разной геометрией; все полностью восстанавливали форму до ста процентов.
Имплантаты на базе PLA и Fe3O4 открывают широкие возможности для персонализированного восстановления и регенерации костей, а также могут стать основой передовых биомедицинских приложений, таких как создание искусственных мышц и мягкой робототехники. Роман Сурменев.
В дальнейшем учёные совершенствуют архитектуру скейфолдов, изменяя коэффициент заполнения, толщину слоя, скорость печати и содержание наполнителя, и проводят эксперименты. in vivo Для измерения влияния переменных магнитных полей на материалы.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Томского политехнического университета.