Научные достижения химического факультета
02.11.2020
Идеальный имплантат
Международная группа ученых с участием профессора МГУ имени М.В.
Ломоносова Дмитрия Иванова разработала
полимерный материал, способный стать идеальным имплантатом. Результат работы опубликован в одном из самых цитируемых научных журналов
мира Advanced Materials. Статья стала
продолжением работы по биомиметическим материалам на основе щёточных
сополимеров.
Идеи биомиметических
(буквально - подражающих живому) материалов ученые берут из жизни. В данном
случае велась работа по созданию полимеров, максимально приближенных по
свойствам к тканям человеческого организма. В 2018 году профессор Иванов с
коллегами синтезировали и изучили искусственный аналог кожи хамелеона: материал, который менял
цвет и прочность в зависимости от механического воздействия. Созданная
концепция позволяла создавать полимеры, механические свойства которых точно
воспроизводили заданные живые ткани человека и животных.
"Раньше мы показали, что
наши полимеры могут воспроизводить механическое поведение живых тканей, --
рассказывает профессор Иванов, -- причем они могут программироваться. Мы можем воспроизвести любую кривую, соответствующую
деформации живых тканей. То есть, наши полимеры тянутся до нужного предела и
затем становятся намного прочнее. А сейчас мы добавили к этим системам ещё одну
функциональность. Теперь наши "умные" полимеры реагируют ещё на один фактор –
температуру. Они твердые при комнатной температуре, но при контакте с живым
телом (в данной работе – при 37 градусах Цельсия) они превращаются в жидкость.
За счет такого фазового перехода при имплантации полимеры могут растекаться и
заполнять полости в организме, создавая имплантат идеальной формы".
Идеал достигается за счёт
того, что в полимере рушатся связи между боковыми цепями щеточки. Именно
боковые цепи этой щеточки способны кристаллизоваться, создавая твердую
кристаллическую фазу. И исследователи подобрали температуру плавления щеточек
так, чтобы она соответствовала температуре тела. Такой материал можно
сформовать в виде иглы, которая после введения растекается, потому что её
механический модуль меняется на несколько порядков. И вместо иголки получается
жидкость, способная заполнять полости.
Как пояснил Дмитрий Иванов,
температуру фазового перехода можно подбирать с удивительной точностью. Она
может колебаться от комнатной до 50-60 градусов Цельсия. "В данном случае мы
сделали порог перехода в районе 37 градусов, настроив его на температуру
человеческого тела, но можно подогнать параметры под любых животных".
Сейчас ученые
сконцентрированы на том, чтобы понять степень влияния густоты щетки и
разветвленности волосков на скорость фазового перехода. "У нас как раз проходит
эксперимент на синхротроне в Гренобле, где мы начали изучать детали фазового
перехода с помощью рентгено-структурного анализа".
Как отметил профессор,
структурная часть работы сделана в основном в МГУ: "Кое-что сделано в Гренобле,
за что им отдельное спасибо, но основная часть работы прошла на дифрактометре
Московского университета".
Ещё одним свойством, которое
можно использовать в медицине, стало то, что при кристаллизации в иглу из
щёточного полимера можно поместить лекарство. И по мере растворения иглы она
станет выделять лекарственные вещества: "Наши материалы достаточно многогранны.
Мы можем из этих щеток создавать полимерные сетки. И в зависимости от густоты
щёток мы можем менять такие параметры, как скорость высвобождения веществ,
внедренных в структуру нашего полимерного кристалла. Эта работа у нас только
начинается. Проводить мы её планируем в сотрудничестве с новой лабораторией,
создаваемой сейчас на химическом факультете МГУ в рамках мегагранта".
Иллюстрации к статье (на английском языке)
Источник фото: Пресс-служба химического факультета МГУ