КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 22-72-00043

НазваниеИзучение и визуализация процессов трансформации микроструктуры в объеме нетканых матриксов при механических нагрузках в водной среде

РуководительМороков Егор Степанович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук, г Москва

КонкурсКонкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на получение фундаментальных данных о перестройке и трансформации внутренней микроструктуры нетканых матриксов в процессе их механического нагружения. Механическое поведение нетканых матриксов под нагрузкой, имитирующих естественные процессы в живом организме, является одним из важных параметров при формировании и подборе искусственных имплантатов. Идея проекта заключается в визуализации процессов деформации микроструктуры нетканых материалов, расплетения, удлинения и разрыва волокон диаметром в несколько микрон в объеме нетканого матрикса в реальном масштабе времени в водной среде имитирующей условия пребывания в живом организме. Механическое поведение нетканых материалов существенно зависит от условий окружающей среды, свойства нетканого материала на воздухе и в жидкости могут существенно различаться. Кроме того, изменение одного из физических параметров нетканого матрикса (диаметр волокон, расстояние между волокнами, ориентация волокон и угол между ними) под действием растягивающих нагрузок даже в пределах упругой деформации может повлиять на биомеханику клеточных культур, их приживаемость, адгезию и миграцию по объему, как в положительном так негативном ключе. Выявление возможных механизмов перестройки микроструктуры в объеме не возможно без анализа механического поведения внутренней микроструктуры в динамике. В отличие от классических методов мониторинга за динамикой разрушения нетканых материалов с поверхности (оптической и электронной микроскопии) в проекте будут применяться методы, основанные на применении фокусированных пучков ультразвука на высоких частотах, такие пучки позволяют визуализировать микроструктуру в объеме волоконных материалов, погруженных в жидкость (вода или буферный раствор). Совмещение двух систем – системы ультразвукового видения и систему механического нагружения, впервые позволит наблюдать и исследовать трансформацию микроструктуры при растяжении матриксов in situ.

Ожидаемые результаты
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы микромеханики нетканых материалов для тканевой инженерии, а именно, на изучение и визуализацию процессов деформации, трансформации и разрушения микроструктуры в объеме тонковолокнистых материалов под действием механических нагрузок в водной среде. Поскольку существует тесная корреляция между активностью клеток и характеристиками матриксов, создание искусственных матриксов с определенной микроструктурой и предсказуемыми свойствами является большой задачей в тканевой инженерии. В мировой практике исследуются зависимости механических свойств нетканых матов от ориентации волокон, диаметра волокон, пористости, связи между волокнами и т. д. Несмотря на активное изучение механического поведения нетканых материалов под нагрузкой, исследования до сих пор остаются актуальными и востребованными из-за отсутствия экспериментальных данных об эволюции микроструктуры в объеме. Кроме того, при исследовании волокнистых объектов биомедицинского назначения важно оценивать механическое поведение в условиях, близких к естественным в живом организме, прежде всего в водной среде. Оптимальным методом исследования объектов в водной среде является ультразвуковая микроскопия, для которой обязательным условием проведения эксперимента является погружение в воду. Кроме того, ультразвуковые методы неинвазивны и имеют хороший естественный контраст на клетках, что открывает перспективы для исследования пролиферации клеток через объем волоконных каркасов в будущем. В результате выполнения проекта будут получены новые данные о взаимосвязи внутреннего строения нетканых материалов и молекулярного строения полимерных волокон с механическими свойствами материала и процессами реорганизации микроструктуры в объеме при растягивающих деформациях. Будут выявлены особенности процессов деформации объемной микроструктуры нетканых материалов различной архитектуры, в том числе, с направленной и разориентированной укладкой волокон, с плотной и разряженной микроструктурой, а также с разным количеством соединений волокно-волокно, придающих жесткость матриксу. Данные о механике нетканых материалов в водной среде носят новаторский характер и безусловно найдут отклик в мировом научном сообществе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ