Создан новый композит для «умных» имплантатов, управляемых магнитным полем

1 ноября 2021
36

Исследователи БФУ имени И. Канта совместно с коллегами провели испытания нового «умного» материала на основе полимера PNIPAM, способного при нагревании переходить из гелеобразного гидрофильного состояния в сморщенное гидрофобное. Его соединили с магнитокалорическим материалом, который нагревается при воздействии магнитного поля, а в его отсутствие охлаждается. В результате получилась система, отдающая при повышении температуры свое жидкое содержимое. Такая концепция может быть полезной при разработке биоактивных «умных» имплантатов, высвобождающих лекарство в нужное время и в нужном количестве. Статья по результатам исследования опубликована в журнале Materials Letters.

Функциональные материалы очень востребованы в самых разных сферах благодаря своей способности изменять свойства под действием внешних факторов — давления, температуры или магнитного поля. Особенно актуально их применение в медицине. Так, при помещении в организм имплантата из искусственных материалов часто приходится сталкиваться с воспалительными процессами, долгим «обрастанием» тканями и прочим. В решении этих проблем могут помочь специальные вещества, подавляющие нежелательные эффекты и способствующие, например, дифференцировке местных стволовых клеток в конкретный зрелый тип. Одним из эффективных решений в данном случае является загрузка лекарственного средства в функциональный имплантат с последующим его выбросом в организм под действием тепла или других внешних факторов — получается что-то вроде «отложенной» терапии. 

«В данной работе мы исследовали материал на основе термочувствительного полимера поли-N-изопропилакриламида (PNIPAM). Он интересен тем, что так называемая критическая температура растворения — обратимого перехода из гелеобразного гидрофильного состояния в сморщенное гидрофобное — равна примерно 32°C», — рассказывает один из авторов проекта Кристина Гриценко, научный сотрудник лаборатории новых магнитных материалов Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта.

Ученые из Балтийского федерального университета имени И. Канта (Калининград) совместно с коллегами из Института физики имени Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН (Махачкала), Университета Павла Йозефа Шафарика (Кошица) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) разработали «умный» композитный материал на основе термочувствительного полимера PNIPAM и магнитокалорического материала гадолиния, который в зависимости от того, приложено к нему магнитное поле или нет, может соответственно нагреваться или охлаждаться. Авторы ожидали, что это свойство позволит переключаться между состояниями термочувствительного полимера. Они собрали установку, при помощи которой наблюдали за изменениями характеристик образцов в режиме реального времени. 

«Наша идея управлять свойствами термочувствительного полимера с помощью магнитного поля сработала. Это может помочь при разработке новых технологий для медицины. Мы можем загрузить в имплантат лекарство, поместить его в человека, а затем неинвазивно высвободить его в нужных дозах. Для этого достаточно магнитного поля, источником которого может быть коммерческий аппарат для МРТ», — добавила Кристина Гриценко.