Разработка принципов электроформования сложноориентированных волоконных полимерных материалов для задач тканевой инженерии

В соответствии со Стратегией научно-технического развития России приоритетным является переход к современным технологиям производства новых природоподобных материалов. Одним из распространённых методов получения тканеинженерных матриксов является метод электроспиннинга. Однако формирование высокоупорядоченной сложноориентированной морфологии полимерного матрикса этим методом имеет существенные технологические ограничения. Решение указанной задачи позволит создать принципиально новый подход к проектированию высокоупорядоченных материалов с заданной морфологией. Для решения проблемы высокоупорядоченной разнонаправленной укладки волокон методом нестабилизированного электроспиннинга предлагается использовать новую методику на основе управления электрогидродинамической струей посредством изменения конфигурации напряженности электрического поля. Одним из важных аспектов данной задачи является разработка системы управления коллекторных электродов высоковольтными ключами, которые обеспечивают изменение конфигурации электрического поля. Идея основывается на создании и применении серии полностью управляемых высоковольтных твердотельных коммутаторов с наносекундными временами переключения, соединенных с единой системой управления. Однако для управления ориентацией волокон необходимо предварительно провести численное моделирование конфигурации электрического поля в зависимости от технологических параметров. Рассмотреть модель поведения тонкой струи раствора полимера и произвести моделирование процессов стабилизации струи в условиях переменного электрического поля. Предлагаемый подход позволяет достичь высокой вариативности технологических решений. Объединение разрабатываемой высоковольтной наносекундной твердотельной системы изменения конфигурацией поля с технологией электроспиннинга позволит формировать заданную архитектуру полимерного матрикса и обладает большим потенциалом по масштабируемости. Кроме того, технология управления электрогидродинамической струей позволяет отклонять ее на требуемый угол, фиксировать область осаждения материала в пространстве, что позволяет получить материал с требуемым профилем распределения. В рамках данной работы планируется получение сложноориентированных волоконных материалов, со сдвигом направления слоев на 45 и 90°. В рамках междисциплинарных исследований планируется заселение сокультурой мезенхимных стромальных клеток и миосателлитоцитов на полимерные матриксы разной морфологии. На первом этапе на объемных каркасах в двух плоскостях, на втором этапе на трехмерных образцах, представляющих собой прототип пищевода, с биомиметичной ориентацией волокон. Однако многие нативные ткани имеют сложную морфологию, включающую, как волоконные, так и губчатые компоненты. И для дифференцированного роста клеточных культур требуется сложноструктурированная губко-волоконная архитектура. Поэтому планируется разработка метода получения ориентированных покрытий с губчатым наполнителем с помощью сублимационной модификации. Полученные материалы буду имитировать нативные клеточные каркасы за счет разной ориентации упорядоченных волоконных слоев и пространственной локализации губчатых компонентов. Подобный подход позволит дифференцированно заселять клетки на матрикс и создавать эквиваленты нативных тканей организма.