Идею «умного» материала для регенеративной медицины предложили ученые БФУ и их коллеги, пишут «РИА Новости». Они отметили, что для лучшего восстановления поврежденных костей животных и человека необходимо получить биосовместимый композитный материал с наибольшим магнитоэлектрическим эффектом, и определили условия для проявления этого эффекта. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Soft Matter.
Композиты — «составные» материалы, обладающие новыми свойствами в сравнении со свойствами материалов, «составляющих» композит.
Разработка «умных» материалов, которые под внешним воздействием могут обратимо изменять свои свойства, — быстро развивающееся направление в материаловедении. К таким материалам относятся магнитоэлектрические композиты, характеристики которых меняются при приложении магнитного поля.
Приложение магнитного поля к композитному материалу вызывает изменение электрической поляризации — в материале возникает разделение положительных и отрицательных зарядов, которые до внешнего воздействия были скомпенсированы друг другом. Возможен и обратный эффект. Он достигается из-за соседства ферромагнитной и пьезоэлектрической фаз композита.
«В качестве пьезоэлектрической фазы возможно использовать поливинилиденфторид, поскольку пьезоэлектрики на его основе хорошо биосовместимы и соответствуют требованиям к пьезоэлектрической фазе магнитоэлектрических композитов, предназначенных для создания „умных“ каркасов, например, для регенерации костей животных и человека», — рассказал лаборант-исследователь Балтийского федерального университета им. И.Канта Артем Игнатов.
По его словам, материал, способный генерировать поверхностные заряды в ответ на приложенное магнитное поле, значительно влияет на некоторые клеточные процессы. Например, позволяет увеличить скорость осаждения остеогенных стволовых клеток из окружающей среды, создать более благоприятные условия для формирования специализированного фенотипа клеток, а затем и роста ткани. Для «настройки» параметров такой подложки необходимо изучить механизмы возникновения магнитоэлектрического эффекта в композите, отметил Игнатов.
Ученые БФУ, Уральского федерального университета имени первого президента России Б.Н.Ельцина и Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН установили зависимости, знание которых поможет подобрать условия получения композита с наибольшей предрасположенностью к магнитоэлектрическому эффекту. Такой материал более эффективно сможет влиять на регенеративные процессы в организме.
«Мы сделали только первые шаги, но наши результаты уже можно применять для предварительной оценки некоторых методов изготовления мультиферроидных пленок. Провести численную оценку эффективности новой методики сложно, но могу сказать, что полученные сведения нам уже помогают при подборе методики изготовления композитных пленок», — добавил Игнатов.
В будущем ученые планируют увеличить сложность рассматриваемых математических систем для большего приближения к реальным образцам.
Исследования выполнены при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-72-30032.