(68 символов)
Специалисты Центра композиционных материалов НИТУ "МИСиС" представили уникальный материал для костных имплантатов, способный к самозалечиванию трещин. Основой материала стал инновационный полимер с памятью формы. При локальном нагреве этот материал восстанавливает изначальную структуру! Результаты прорывного исследования были представлены на видеоконференции "Научные и технологические решения для медицины будущего" (Москва-Дели), которая состоялась в ММПЦ МИА "Россия сегодня".
Ключевая задача технологии
Потенциал этой разработки огромен — замена поврежденных участков кости после травм или операций при злокачественных опухолях. Человеческий организм не способен сам заместить большие объемы поврежденной костной ткани, что делает имплантаты необходимостью.
Решение проблемы прочности
Имплантаты в конечностях подвергаются постоянным нагрузкам, приводящим к образованию микротрещин. Контролировать их появление крайне сложно, а предотвратить практически невозможно. Ученые предлагают решение: имплантат из материала, который может регенерировать сам себя!
Принцип работы "умного" полимера
Имплантат создается с определенной формой. Если из-за трещины форма меняется, нагревание инициирует восстановление первоначальной структуры. Секрет эффекта памяти формы кроется в сосуществовании внутри полимера двух фаз: гибкой и жесткой. Представьте себе пружину, застывшую внутри желе. Временно зафиксированная форма (разрушенная трещиной) удерживается "застывшим желе". Нагрев "размягчает" эту фазу, позволяя "пружине" восстановить изначальную форму!
Основа эффекта — молекулярные изменения
Восстановление формы обусловлено увеличением подвижности полимерных молекул. Происходит переход от упорядоченной, вынужденной после деформации конфигурации к выгодной с точки зрения термодинамики — с улучшенной энтропией и меньшей внутренней энергией.
Текущие исследования и вызовы
Мировые лаборатории проводят опыты на живых моделях, исследуя методы локального, безопасного нагрева имплантата. Требуется малоинвазивная процедура подвода волновода к месту имплантации. Основная сложность: восстановление формы пока требует нагрева выше 50 градусов, что повреждает прилегающие ткани. Более того, используемым в ортопедии полимерам для активации памяти формы нужны высокие температуры.
Пути преодоления ограничений
В Центре композиционных материалов НИТУ "МИСиС" для имплантатов применяют различные биосовместимые полимеры, включая саморассасывающиеся для малых дефектов (челюстно-лицевая хирургия) и сверхпрочный полиэтилен для крупных участков. Твердость усиливают добавлением гидроксиапатита — минеральной основы костей. Нагрев осуществляют разными методами: прямым контактом, током, ультразвуком, магнитным полем. Для безопасного магнитного нагрева в материал заранее интегрируют наночастицы. Ведутся активные эксперименты по оптимизации составов: повышение прочности и прочности при одновременном снижении температуры лечения!
Оригинал публикации доступен по ссылке:
Источник: scientificrussia.ru
