Молодые учёные из НИТУ «МИСиС» разработали материал, на основе которого можно будет создать прочную и удобную для имплантации замену костям, суставам и мышцам.
Основной вопрос, который встаёт перед трансплантологами, вводящими в организм пациента искусственные материалы — безопасность этих материалов. Протез сустава или кости может оказаться токсичным, а может вызвать реакцию отторжения. В обоих случаях имплантация принесёт больше вреда, чем пользы.
Исследования показали, что основой для искусственного сустава может быть полиэтилен с очень длинными молекулами. Проблема в том, что такой полиэтилен непрочен, и изготовленные из него суставы быстро изнашиваются. Группа учёных из Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» укрепила полиэтилен углеродными нанотрубками, благодаря чему износостойкость повысилась в два раза. Согласно расчётам, срок службы имплантата, изготовленного из «нанополиэтилена» составит более 15 лет.
На основе высокомолекулярного полиэтилена исследователи из НИТУ «МИСиС» создали адекватную замену кости. Внешний слой протеза является сплошным, а внутренний — пористым, что имитирует биологическую структуру. Модель была получена с помощью совмещения методов твердофазного смешивания и термопрессования, а для создания пор использовалась сверхкритическая жидкость. При определённых условиях последняя испарялась, оставляя поры, содержание которых в материале составляет 80%.
«Такой материал прекрасно режется, что очень выгодно для хирургов. Он также обладает эффектом памяти формы, то есть, если его сжать, а потом поместить в нужное место, он «расправится». Так можно значительно сократить время, и сложность операции», — отмечает один из разработчиков проекта Фёдор Сенатов, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС».
Также новый полиэтилен может применяться в качестве искусственных мышц — при охлаждении он сужается, а при нагреве расширяется, что имитирует сокращение и растяжение мускулов. Материал планируется использовать не только в медицине. Авторы разработки надеются создать с её помощью более гибких роботов. Однако пока это только планы — проблема управления искусственными мышцами и их зависимость от внешней температуры ещё не решена.