Отчет о научно-исследовательской работе "Механика биосовместимых материалов и устройств" (промежуточный)

Целью проекта является создание научных основ для разработки новых классов биосовместимых устройств и изделий пациент-ориентированной биомедицины с использованием материалов с оптимальными физико механическими и биологическими свойствами, полученных с помощью аддитивных технологий. Разработаны двухуровневые модели механического поведения полимерных и металлических биоматериалов: скаффолдов и кардиоваскулярных стентов. Предложен и отработан универсальный способ создания моделей скаффолдов и их прототипов. Установлено влияние пористости и строения внутренней топологии на механическое поведение и свойства прототипов скаффолдов. Создан алгоритм, позволяющий эффективно восстанавливать трехмерную структуру биоматериалов на различных масштабных уровнях по данным компьютерной томографии. Выполнены экспериментальные исследования по изучению процессов деформирования и определению механических свойств полимерных материалов, а также прототипов скаффолдов. Проведена верификация созданных моделей на основе экспериментальных данных. Проведен цикл экспериментов по плазменной обработке полиуретанов медицинского назначения с целью формирования на них биосовместимого углеродного нанослоя. Получены зависимости упругого модуля углеродного слоя на полиуретанах от флюенса ионно-плазменной обработки. Предложена экспериментальная методика определения зависимости коэффициента температурного расширения (КТР) полимерных биоматериалов от температуры и скорости её изменения. Предложен новый подход на основе управления температурой экструзии полимера в процессе наплавки. Созданы образцы полимерных биосовместимых материалов и биомедицинских изделий. Предложен подход к созданию биоматериалов и биомедицинских изделий на основе технологий аддитивной печати FDM с бесконтактным косвенным (вихретоковым) контролем температуры в процессе экструзии. Отработаны предварительные технологические рекомендации режимов селективного лазерного спекания порошка на основе кобальт-хрома при выращивании образцов-имитаторов стентов. Показана возможность применения технологии электролитно-плазменного полирования в качестве финишной операции обработки поверхностей стентов из кобальт-хромовых сплавов. Отработаны методики и проведены установочные испытания с целью выявления адгезии клеточных культур к образцам исследуемого пластика. Проведена оценка влияния полимерных материалов, используемых для трехмерной печати, на функции крови, основанная на тестах в отношении отдельных клеток крови и протекающих в ней процессов. Разработана методика определения механических характеристик коллагена. Разработана методика измерения температур и деформаций волоконно-оптическими датчиками на брэгговских решетках, встроенными в образцы, изготавливаемыми по аддитивной технологии послойного наплавления.