Исследования в рамках Мегагранта

Цель проекта

Cоздание научных основ для разработки новых классов изделий пациент-ориентированной медицины с использованием биосовместимых материалов с оптимальными физико-механическими и биологическими свойствами, полученных с помощью аддитивных технологий.

Задачи проекта

• Разработка методов и подходов для описания физико-механического поведения и оценки свойств биоматериалов с контролируемой микроструктурой, созданных на основе аддитивных технологий.
• Разработка методов решения задач оптимизации топологической структуры, механических, транспортных и биологических свойств биоматериалов с учетом требований биосовместимости, параметров нагружения и окружающей среды.
• Изучение процессов биодеградации материалов и роста тканей в биологической среде.
• Создание моделей механического поведения живых тканей, процессов взаимодействия между живой и неживой материей при интеграции биоматериалов и устройств на их основе в организм человека.
• Разработка методов мониторинга механического состояния биоматериалов и устройств на их основe.

Планируемые результаты проекта

По итогам выполнения проекта будут разработаны новые подходы для численно-экспериментального исследования изменения свойств биоматериалов и биомедицинских изделий при их взаимодействии с живой тканью, созданы многомасштабные модели деформационного поведения и разрушения биоматериалов и изделий на их основе с учетом экспериментальной идентификации их физико- механических и морфологических характеристик, разработаны методологические основы экспериментальных исследований механического поведения биоматериалов, структурных элементов биомедицинских изделий характерного масштабного уровня, а также мягких тканей, усовершенствованы методики и подходы для создания биоматериалов и биомедицинских изделий на основе аддитивных технологий FDM и SLM.

Для реализации концепций мониторинга деформационного состояния биомедицинских изделий будут отработаны методики измерения температур и деформаций волоконно- оптическими датчиками, встроенными в биоматериалы, изготавливаемые 3D-печатью. С целью исследования взаимодействия биосовместимых материалов с живой тканью и физиологической средой будут разработаны численные модели ткани, модели её взаимодействия с внедренными искусственными имплантатами, а также подходы для экспериментальной квантификации параметров этих моделей.

Будут получены новые экспериментальные данные о биосовместимости, биодеградации и биомеханических свойствах металлических и полимерных материалов, подверженных воздействию физиологических сред. Разработанные подходы будут использованы для анализа, оптимизации структуры и свойств двух классов биомедицинских устройств – пористых скаффолдов для тканевой инженерии, а также эндоваскулярных стентов. Будет разработана методика определения оптимальной структуры скаффолдов и стентов для их применения в конкретных приложениях, с учетом данных численных исследований и экспериментальных данных о поведении биоматериалов и изделий при различных видах нагружения и воздействии агрессивных сред.