Российские исследователи разработали медицинский материал нового поколения из сверхтонких нитей оксида алюминия. Меняя состав и структуру, ученые могут придавать нановолокнам желаемые свойства: антибактериальные, ранозаживляющие, кровоостанавливающие.
В современной медицине востребованы повязки и патчи, которые не только защищают поврежденные ткани от инфекций, но и активно участвуют в процессе заживления: доставляют лекарственные вещества и при этом не нарушают работу здоровых клеток. Материалы должны сочетать в себе разные свойства: биосовместимость, устойчивость к влаге, прочность и пористость.
Новое решение представили исследователи НИТУ МИСИС, Сколтеха и Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН. Они использовали технологию электроспиннинга: раствор поливинилового спирта с оксидом алюминия распыляется через тончайшую иглу. Под действием высокого напряжения жидкость «выстреливает» в виде струи, высыхает в воздухе и оседает в виде ультратонких нитей, наслаивающихся друг на друга.
«Ключевая задача — получение как можно более тонких волокон, поскольку чем тоньше нить, тем выше общая площадь поверхности материала, что особенно важно для адсорбции, высвобождения лекарств и взаимодействия с тканями. Мы создали модель, позволяющую точно предсказывать толщину волокон. Это критически важно для воспроизводимости и дальнейшего масштабирования технологии», — рассказал сотрудник лаборатории ускоренных частиц НИТУ МИСИС Мохамад Ибрагим.
Ученые точно подобрали параметры процесса — напряжение, расстояние между иглой и приемником, концентрацию оксида алюминия — и снизили средний диаметр волокон до 178 нанометров. Так как чистый поливиниловый спирт легко растворяется в воде и плохо держит форму, специалисты добавили к наночастицам оксида алюминия сшивающий агент, после чего материал сохранял структуру даже после замачивания.
«Полученный композит обладает свойствами, которые ранее было сложно объединить в одном материале: водостойкость, биосовместимость, высокая площадь поверхности и механическая стабильность. Используя разные составы, можно создавать материал для множества применений. Это открывает путь к изготовлению медицинских повязок нового поколения с возможностью доставки лекарств, обеззараживания и остановки кровотечения», — отметил к.ф-м.н. Алексей Салимон, заведующий кафедрой физической химии НИТУ МИСИС.
Биотесты подтвердили, что композит с оксидом алюминия безопасен для клеток соединительной ткани человека. Разработка перспективна не только для создания перевязочных материалов. В сотрудничестве с Институтом биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС сотрудники кафедры физической химии планируют создавать также матриксы для регенерации кожи.
Работа поддержана грантом по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» (проект № K1-2022-032).
Российские исследователи разработали медицинский материал нового поколения из сверхтонких нитей оксида алюминия. Меняя состав и структуру, ученые могут придавать нановолокнам желаемые свойства: антибактериальные, ранозаживляющие, кровоостанавливающие.
В современной медицине востребованы повязки и патчи, которые не только защищают поврежденные ткани от инфекций, но и активно участвуют в процессе заживления: доставляют лекарственные вещества и при этом не нарушают работу здоровых клеток. Материалы должны сочетать в себе разные свойства: биосовместимость, устойчивость к влаге, прочность и пористость.
Новое решение представили исследователи НИТУ МИСИС, Сколтеха и Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН. Они использовали технологию электроспиннинга: раствор поливинилового спирта с оксидом алюминия распыляется через тончайшую иглу. Под действием высокого напряжения жидкость «выстреливает» в виде струи, высыхает в воздухе и оседает в виде ультратонких нитей, наслаивающихся друг на друга.
«Ключевая задача — получение как можно более тонких волокон, поскольку чем тоньше нить, тем выше общая площадь поверхности материала, что особенно важно для адсорбции, высвобождения лекарств и взаимодействия с тканями. Мы создали модель, позволяющую точно предсказывать толщину волокон. Это критически важно для воспроизводимости и дальнейшего масштабирования технологии», — рассказал сотрудник лаборатории ускоренных частиц НИТУ МИСИС Мохамад Ибрагим.
Ученые точно подобрали параметры процесса — напряжение, расстояние между иглой и приемником, концентрацию оксида алюминия — и снизили средний диаметр волокон до 178 нанометров. Так как чистый поливиниловый спирт легко растворяется в воде и плохо держит форму, специалисты добавили к наночастицам оксида алюминия сшивающий агент, после чего материал сохранял структуру даже после замачивания.
«Полученный композит обладает свойствами, которые ранее было сложно объединить в одном материале: водостойкость, биосовместимость, высокая площадь поверхности и механическая стабильность. Используя разные составы, можно создавать материал для множества применений. Это открывает путь к изготовлению медицинских повязок нового поколения с возможностью доставки лекарств, обеззараживания и остановки кровотечения», — отметил к.ф-м.н. Алексей Салимон, заведующий кафедрой физической химии НИТУ МИСИС.
Биотесты подтвердили, что композит с оксидом алюминия безопасен для клеток соединительной ткани человека. Разработка перспективна не только для создания перевязочных материалов. В сотрудничестве с Институтом биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС сотрудники кафедры физической химии планируют создавать также матриксы для регенерации кожи.
Работа поддержана грантом по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» (проект № K1-2022-032).
