Ученые ТПУ создали скаффолды с эффектом памяти формы

 

Исследователи Томского политехнического университета разработали и изготовили с помощью 3D-печати биоразлагаемые скаффолды с эффектом памяти формы. В их основе — полимолочная кислота (PLA), модифицированная наночастицами магнетита (Fe₃O₄). Такие материалы отличаются повышенной прочностью и упругостью, что позволяет «программировать» их поведение, в том числе способность возвращаться к исходной форме после деформации. В перспективе это позволит создавать имплантаты, которые будут лучше адаптироваться к человеческому организму. 

Проблема регенерации костной ткани, особенно при обширных повреждениях, остаётся одной из наиболее актуальных в современной медицине. Для эффективного восстановления необходимо сочетание механической устойчивости и стимуляции роста костной ткани — именно такие свойства обеспечивают новые полимерные композиты. 

Команда Международного научно-исследовательского центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ создала несколько вариантов скаффолдов с различной степенью пористости — от 30 до 100%. Каждый образец прошёл комплекс исследований с использованием рамановской спектроскопии, рентгеновской дифракции и других аналитических методов, сообщает пресс-служба университета. 

Добавление наночастиц магнетита, по словам учёных, вызвало активное взаимодействие с полимерной матрицей, способствуя образованию водородных связей и изменению кристаллической структуры PLA. Это, в свою очередь, улучшило механические характеристики материала. Скаффолд с коэффициентом заполнения 50% по прочностным параметрам оказался близок к губчатой кости человека. 

В ходе экспериментов установлено, что новые композиты демонстрируют выраженный эффект памяти формы: при нагревании в горячей воде они восстанавливают до 85% исходной геометрии, в то время как образцы из чистого PLA — около 75%. Максимальная скорость восстановления наблюдалась у образцов с меньшей плотностью структуры. При этом эффект сохранялся даже при изменении формы и архитектуры скаффолдов. 

Исследователи отмечают, что такие материалы могут стать основой для персонализированных имплантатов, а также найти применение в области мягкой робототехники и биомедицинских устройств, имитирующих движение мышц. 

В проекте участвовали специалисты ТПУ, Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Томского государственного университета и Университета Авейру (Португалия). В дальнейшем планируется совершенствование структуры скаффолдов — за счёт регулирования скорости печати, толщины слоёв и содержания наночастиц, а также проведение экспериментов in vivo для оценки поведения материалов в живых тканях. 

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и администрации Томской области. Результаты опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials. 

Автор: teleport3d.com  
© 2025 teleport3d.com