28/01/2021 16:12В Саратове ученые разработали лазерную технологию создания структур в виде композитных слоев на основе углеродных нанотрубок и биополимеров. Они используются для изготовления устройств и имплантов для сердечно-сосудистой системы. Исследователи выяснили оптимальные параметры лазерного воздействия для образования биополимеров, проводящих электрические импульсы.
Научная статья о достижении ученых из Саратова, Московского института электронной техники и Первого Медицинского университета имени И.М. Сеченова опубликована в журнале Composite Structures, сообщает пресс-служба Министерства науки и высшего образования.
Сформированные биополимеры отличаются способностью обеспечить нормальный уровень гемолиза при взаимодействии с эритроцитами и высокую биосовместимость с эндотелиальными клетками, выстилающими внутреннюю поверхность сосудов. Новые материалы могут использоваться для создания, например, насосов для перекачивания крови.
"Здесь слово "смарт" понимается в хорошо всем знакомом значении "умный". Таковым этот материал делает его управляемая структура, характеризующаяся бимодальным распределением пор. Малые поры – размером 1-5 мкм – участвуют в процессах формирования новых кровеносных сосудов и обеспечения нервными клетками. В свою очередь, большие поры – размером 100-200 мкм - задействованы в росте и делении клеток. Следует отметить, что размер пор может как бы "настраиваться" путем подбора размеров одностенных углеродных трубок и их пучков в исходной дисперсии, из которой лазерным воздействием формируется твердый наноматериал с разветвленной наноструктурой. Контроль размера пор дополнительно обеспечивается вычислением пороговой плотности энергии импульсов лазерного излучения на основе нелинейно-оптического взаимодействия излучения с одностенными углеродными нанотрубками", - объяснила руководитель проекта, заведующая кафедрой радиотехники и электродинамики СНИГУ Ольга Глухова.
Структура и свойства создаваемого наноматериала настраиваются: в результате длительных численных экспериментов предварительно выявляются размеры нанотрубок и их структура, а также длина волны облучающего их лазера. Процедуры осуществляются с помощью современных квантовых методов моделирования с привлечением высокопроизводительных компьютерных вычислений.
Затем наноматериал на основании теоретических результатов синтезируется, после чего начинаются биологические и медицинские исследования.
Специалисты поясняют, что сейчас продолжается работа по созданию новых материалов для тканевой инженерии. В частности, разработки продолжаются в области пролиферации нейронов, разработки новых систем доставки лекарств и создания искусственных мышц для решения задач современной бионики.
Научный коллектив под руководством Ольги Глуховой оценил механические и электронные свойства композита на основе двух графеновых чешуек и находящихся между ними молекул фосфолипида DPPC.
"Фосфолипиды, составляющие треть всех липидов в крови человека, используются в различных системах по доставке лекарств, однако, попадая в кровоток, такие системы испытывают аномально высокое напряжение. Для защиты лекарственных носителей от опасного внешнего воздействия используется графен, являющийся самым прочным из известных сегодня материалов. Объектом нашего исследования стал композит, представляющий собой слой фосфолипидных молекул, заключенный между графеновыми слоями. Прочность такой слоистой полимерной системы оценивалась с помощью "виртуального наноиндентирования" с применением численного эксперимента, основывающегося на методе молекулярной динамики", - объяснила Глухова.
Так исследователям удалось выяснить, что при подобных операциях область локального напряжения оказывается сосредоточенной на атомах графена. Они таким образом защищают молекулы фосфолипида от возможного разрушения.
Глухова уверена, что обнаруженные эффекты "упрочения" фосфолипида графеном могут использоваться не только для разработки новых систем доставки лекарств, но и при создании электрохимических биосенсоров нового поколения.
Подпишись на наш Telegram-канал. В нем мы публикуем главное из жизни Саратова и области с комментариями
Теги:
