Исследователи Университета МИСИС создали новый магниточувствительный полимерный композиционный материал, перспективный для 4D-печати — технологии, в которой используются материалы, способные со временем изменять свою форму. Также материал подойдет для создания адаптивных медицинских устройств, таких как фиксаторы мягких тканей и «самоустанавливающиеся» костные имплантаты. Композит, состоящий из полилактида и феррита кобальта, обладает способностью быстро нагреваться под действием высокочастотного переменного магнитного поля и хорошо восстанавливать форму после деформации, при этом не оказывая вредного воздействия на организм.
Полимеры с эффектом памяти формы — это «умные» материалы, которые могут восстанавливать свою первоначальную форму после деформации под действием внешних стимулов. Благодаря их низкой стоимости, высоким значениям восстанавливаемых деформаций и возможности регулирования модуля упругости в широком диапазоне под конкретную задачу, такие материалы используются в медицине и высокотехнологичных отраслях промышленности. Физические свойства, определяющие эффект памяти формы в полимере, можно контролировать, включая различные наполнители. Добавление наночастиц феррита кобальта позволяет материалу нагреваться под действием магнитного поля и лучше восстанавливать форму.
«Полимеры с эффектом памяти формы набирают популярность в разработке медицинских изделий для малоинвазивных хирургических процедур. Например, через небольшой разрез в живую систему можно ввести сжатое медицинское изделие, которое в дальнейшем трансформируется в заданную форму под воздействием триггера, например, температуры», — сказал к.ф.-м.н Федор Сенатов, директор Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС.
По технологии 4D, так же как и 3D, материал печатается послойно. Но отличие в том, что готовый объект со временем начинает меняться под воздействием тепла или света, или может быть заранее «запрограммирован» на определенную форму. Ученые НИТУ МИСИС изучили возможность применения магниточувствительных полимеров с памятью формы для 4D-печати и создания адаптивных медицинских изделий и выяснили, что композиты на основе полилактида и наночастиц феррита кобальта имеют коэффициент восстановления формы >84%. Подробности исследования описаны в научном журнале Journal of Composites Science (Q2).
«Композиционный материал на основе полилактида и наночастиц феррита кобальта совместим с живыми клетками и не оказывает на них негативного воздействия, а также обладает достаточными механическими характеристиками для сжатия мягких тканей. Нашей целью было разработать биосовместимый материал с возможностью бесконтактной активации эффекта памяти формы. Наш материал имеет высокие значения скорости нагрева и восстановления. Кроме того, этот материал отлично подходит для изготовления изделий методом 3D-печати», — отметила Анна Зимина, инженер лаборатории тканевой инженерии и регенеративной медицины НИТУ МИСИС.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 21-73-20205). В дальнейшем ученые планируют модифицировать состав композиционного материала и снизить температуру активации эффекта памяти формы для безопасного использования в организме пациента.