В КФУ предложили метод контроля качества биосовместимых композитов
![В КФУ предложили метод контроля качества биосовместимых композитов]()
Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса, которые позволят контролировать качество биосовместимых композитов для изготовления костных протезов, способных стимулировать естественный рост живых тканей и восстановление поврежденных частей тела, разработали специалисты Института физики Казанского федерального университета (КФУ), 18 марта сообщает пресс-служба вуза.
Директор Института физики КФУ Марат Гафуров рассказал, что перспективными для регенеративной медицины в настоящее время считаются композиционные материалы на основе биоразлагаемых (биорезорбируемых) полимеров и фосфатов кальция:
«Сочетание свойств полимеров (пластичность, гидрофильность, растворимость, набухаемость) и фосфатов кальция (кровеостанавливающие и антибактериальные) позволяют создавать методами 3D и 4D-печати изделия, обладающие необходимыми биологическими и механическими характеристиками».
Кроме того, если синтезировать пористые композиты, то их дополнительно можно пропитывать лекарственными препаратами. Такие материалы позволят значительно сократить сроки восстановления костной ткани и времени, необходимого для реабилитации пациентов после травмы и операции мягких и костных тканей.
Физику живых систем, по словам Марата Гафурова, Институт физики КФУ сделал направлением, активно развиваемым в содружестве с рядом российских и зарубежных научных организаций.
«Сотрудники нескольких кафедр, в первую очередь кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии, кафедры физики молекулярных систем и кафедры медицинской физики, а также научно-исследовательских лабораторий нашего института в рамках программы „Приоритет–2030“ (направление „Цифровая геномика материалов“) и других программ занимаются расчетами, синтезом и изучением новых материалов для медицины», — сообщил Гафуров.
Результаты одного из исследований, совместно проведенного с российскими и зарубежными учеными, были представлены в статье «Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса для изучения композитов поливинилпирролидон-гидроксиапатит», недавно опубликованной в журнале Polymers.
В своем исследовании ученые доказали эффективность методов магнитного резонанса для изучения органоминеральной керамики гидроксиапатита (композиты на основе полимера поливинилпирролидона и фосфата кальция).
«Мы также установили, — уточнил Гафуров, — что эти методы могут быть использованы для контроля качества этих композитов и разработки инструментов, которые позволят отслеживать процессы обработки образцов, резорбции и деградации».
Перспективность композитного материала на основе поливинилпирролидона и гидроксиапатита для изготовления костных протезов объяснил доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин:
«Поливинилпирролидон (PVP) — это биосовместимый полимер. Можно из него изготовить имплант, который организм со временем сам разрушит и выведет, то есть не потребуется повторная операция по извлечению импланта. Но если из такого материала изготовить имплант для замены фрагмента кости, то он разрушится быстрее, чем сформируется новая кость. Поэтому PVP смешивают с гидроксиапатитом, одним из главных компонентов костей млекопитающих. Организм, разрушая имплант, сразу получает материал для строительства новой кости».
Ученые уже проводят эксперименты по 3D-печати костных фрагментов из таких материалов, но есть проблемы. Одной из них является необходимость контролировать наличие в составе полимера вредных примесей. Другая проблема — контроль качества соединения PVP с частицами гидроксиапатита.
«Частицы гидроксиапатита трудно разрушить. Электронный парамагнитный резонанс позволяет определить образовался или разрушился композит, что является важным для медико-биологических приложений», — дополнил свои пояснения Мамин.
В своей статье исследователи описали возможность методами магнитного резонанса контролировать состав исходных материалов и конечного композиционного продукта, а также выявлять дефекты в композите полимер-керамика.
В исследованиях возможностей магнитного резонанса приняли участие специалисты Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Национального политехнического университета Бухареста, Академии румынских ученых, Института структуры материи (Италия) и Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова.
Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса, которые позволят контролировать качество биосовместимых композитов для изготовления костных протезов, способных стимулировать естественный рост живых тканей и восстановление поврежденных частей тела, разработали специалисты Института физики Казанского федерального университета (КФУ), 18 марта сообщает пресс-служба вуза.
Директор Института физики КФУ Марат Гафуров рассказал, что перспективными для регенеративной медицины в настоящее время считаются композиционные материалы на основе биоразлагаемых (биорезорбируемых) полимеров и фосфатов кальция:
«Сочетание свойств полимеров (пластичность, гидрофильность, растворимость, набухаемость) и фосфатов кальция (кровеостанавливающие и антибактериальные) позволяют создавать методами 3D и 4D-печати изделия, обладающие необходимыми биологическими и механическими характеристиками».
Кроме того, если синтезировать пористые композиты, то их дополнительно можно пропитывать лекарственными препаратами. Такие материалы позволят значительно сократить сроки восстановления костной ткани и времени, необходимого для реабилитации пациентов после травмы и операции мягких и костных тканей.
Физику живых систем, по словам Марата Гафурова, Институт физики КФУ сделал направлением, активно развиваемым в содружестве с рядом российских и зарубежных научных организаций.
«Сотрудники нескольких кафедр, в первую очередь кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии, кафедры физики молекулярных систем и кафедры медицинской физики, а также научно-исследовательских лабораторий нашего института в рамках программы „Приоритет–2030“ (направление „Цифровая геномика материалов“) и других программ занимаются расчетами, синтезом и изучением новых материалов для медицины», — сообщил Гафуров.
Результаты одного из исследований, совместно проведенного с российскими и зарубежными учеными, были представлены в статье «Аналитические инструменты на основе магнитного резонанса для изучения композитов поливинилпирролидон-гидроксиапатит», недавно опубликованной в журнале Polymers.
В своем исследовании ученые доказали эффективность методов магнитного резонанса для изучения органоминеральной керамики гидроксиапатита (композиты на основе полимера поливинилпирролидона и фосфата кальция).
«Мы также установили, — уточнил Гафуров, — что эти методы могут быть использованы для контроля качества этих композитов и разработки инструментов, которые позволят отслеживать процессы обработки образцов, резорбции и деградации».
Перспективность композитного материала на основе поливинилпирролидона и гидроксиапатита для изготовления костных протезов объяснил доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Георгий Мамин:
«Поливинилпирролидон (PVP) — это биосовместимый полимер. Можно из него изготовить имплант, который организм со временем сам разрушит и выведет, то есть не потребуется повторная операция по извлечению импланта. Но если из такого материала изготовить имплант для замены фрагмента кости, то он разрушится быстрее, чем сформируется новая кость. Поэтому PVP смешивают с гидроксиапатитом, одним из главных компонентов костей млекопитающих. Организм, разрушая имплант, сразу получает материал для строительства новой кости».
Ученые уже проводят эксперименты по 3D-печати костных фрагментов из таких материалов, но есть проблемы. Одной из них является необходимость контролировать наличие в составе полимера вредных примесей. Другая проблема — контроль качества соединения PVP с частицами гидроксиапатита.
«Частицы гидроксиапатита трудно разрушить. Электронный парамагнитный резонанс позволяет определить образовался или разрушился композит, что является важным для медико-биологических приложений», — дополнил свои пояснения Мамин.
В своей статье исследователи описали возможность методами магнитного резонанса контролировать состав исходных материалов и конечного композиционного продукта, а также выявлять дефекты в композите полимер-керамика.
В исследованиях возможностей магнитного резонанса приняли участие специалисты Института металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН, Национального политехнического университета Бухареста, Академии румынских ученых, Института структуры материи (Италия) и Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова.
