В РХТУ предложили новую конструкцию 3D-принтера для печати мягких тканей и имплантатов

Разработанный им принтер будет использоваться для печати имплантатов мягких и твердых тканей органов с помощью биосовместимых материалов. Работа получила грантовую поддержку Российского научного фонда (РНФ) по итогам конкурса 2023 года как перспективный проект молодого ученого по президентской программе.

Трехмерная печать позволяет быстро прототипировать и изготавливать изделия заданной формы, однако серьезной задачей остается подбор подходящих материалов, выступающих в роли «чернил». По мнению Павла Цыганкова, разработка новых материалов и совершенствование методов печати позволяют расширить спектр возможностей для решения самых разных задач, в том числе медицинских. Варьируя состав, можно добиться заданных свойств как на уровне наноструктуры, так и на макроуровне.

Работа Павла Цыганкова и его коллег проводится под руководством заведующего кафедрой Натальи Меньшутиной, которая более десяти лет занимается исследованием аэрогелей — материалов, полученных методом сверхкритической сушки исходного геля при давлении и температуре выше критических, когда исчезает разница между газовой и жидкой фазами. На кафедре удалось накопить большой опыт разработки оборудования для проведения процессов и конечного применения полученных аэрогелей. На данный момент получение аэрогелей и исследование сверхкритических процессов являются основными направлениями работы коллектива.

Благодаря необычному сочетанию свойств (низкая плотность и теплопроводность, а также высокая сорбционная емкость и прозрачность), аэрогели применяют для получения тепло- и звукоизоляционных материалов, сорбентов, накопителей энергии, катализаторов, высокоэффективных средств доставки лекарственных средств и клеточных матриксов — каркасов для соединительной ткани, которые обеспечивают работу клеток в организме. По замыслу Павла Цыганкова, такие матриксы можно напечатать на принтере и имплантировать пациенту для наращивания недостающих тканей и даже для замены целых органов.

«В рамках гранта РНФ наша задача — разработка новых подходов для получения материалов с заданными свойствами. Работы лежат на стыке двух принципиально разных технологий: 3D-печати и сверхкритической сушки-стерилизации. С использованием таких технологий планируется получать изделия медицинского назначения с заданной сложной геометрией, в том числе персонифицированные имплантаты мягких и твердых тканей.

В химической технологии очень перспективны процессы, реализуемые с использованием сверхкритических процессов. Такие процессы безопасны, экологичны, эффективны. Наш проект включает исследования процессов структурообразования аэрогелей и наноматериалов, а также разработку процессов сушки и стерилизации сверхкритическим диоксидом углерода», — поясняет Павел Цыганков.

Первые эксперименты 3D-печати проводились менделеевцами с использованием простейшего принтера, конструкцию которого на данный момент полностью пересобрали. Сейчас же это уже полноценная технология и абсолютно оригинальная установка.

«Это комплексные экспериментальные исследования, итеративный подход: разработать состав «чернил» – напечатать – посушить/провести стерилизацию – исследовать свойства полученных материалов. Кажется простым, но по ходу продвижения всплывает много интересного и необычного. Есть такие составы и такие свойства, которые требуют отдельного полноценного исследования», — рассказывает Павел Цыганков.

По словам исследователя, прикладная задача проекта – разработка технологии получения тканеинженерных конструкций из биосовместимого материала в виде конкретного участка печени с индивидуальной геометрией. Проще говоря, это может быть искусственный фрагмент печени, который должен будет прирасти собственной тканью организма. В рамках программы господдержки вузов «Приоритет-2030» у сотрудников кафедры есть и глобальная задача, проект опытного производства аэрогелей — создание лаборатории сверхкритических технологий для медицины на базе РХТУ им. Д.И. Менделеева.

«По теме исследований нами подготовлен и выпущен ряд материалов. Одна их последних статей — «Изучение процесса 3D-печати с использованием гетерофазной системы», где предлагается новый простой и дешевый способ печати биополимерными материалами для разработки матриксов для роста клеток. Предварительно была подана заявка на патент для разработанной технологии 3D-печати», — отмечает перспективы работы Павел Цыганков.

В настоящий момент проект активно развивается: Павел и его коллеги продолжают подбирать новые составы «чернил» для реализации процесса печати, дорабатывать конструкцию 3D-принтера, варьировать параметры процессов сверхкритической сушки и стерилизации для достижения лучшего результата.

Проект «Исследование процессов формирования структуры высокопористых материалов, полученных с использованием аддитивных и сверхкритических технологий» реализуется учеными РХТУ при поддержке РНФ.

Источник: Naked science