Томские ученые исследовали взаимодействие гидрогелевых биочернил с мембранными материалами при 3D-биопечати

Изучение механизма осаждения частиц гидрогелей в поры наномембранных материалов, применяемых в тканевой инженерии, позволило составить более точную математическую модель для прогнозирования процессов формирования функциональных слоев при 3D-биопечати. Полученные данные помогут оптимизировать технологии биопечати с использованием полимеров и микропроизводства биоматериалов.

Ученые лаборатории тепломассопереноса Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета исследовали поведение гелеобразных жидкостей при проникновении в пористые слои наномембран, сообщает пресс-служба Томского политехнического университета.

Гидрогели используются в качестве основных компонентов биочернил. Для прогнозирования процессов формирования слоев при 3D-биопечати важно понимать механизм взаимодействия биочернил с поверхностями, при этом значимое влияние на процесс оказывают свойства поверхностей. Ученые Томского политеха экспериментально исследовали гидродинамические характеристики взаимодействия частиц гидрогелей с пористыми наномембранными материалами при проникновении биочернил вглубь наномембран. Исследователи смоделировали процесс биопечати методом воздушной микрофлюидики с помощью экспериментальной лабораторной установки собственной разработки.

В процессе создаются два потока жидкости — микрокапельный и микроструйный. Потоки управляемо соединяются в воздухе, формируя однородные микросферы гидрогеля на основе альгината натрия, а далее сталкиваются с полимерной наномембранной поверхностью. Политехники проанализировали кадры высокоскоростной видеорегистрации для оценки динамики растекания гидрогелей вдоль поверхностей. С помощью математического аппарата удалось оценить количество гидрогеля, проникающего вглубь материала, и другие важные показатели процесса осаждения микросфер.

«На предыдущем этапе исследования мы детально изучили процесс растекания биочернил в виде отдельных микросфер вдоль гладких стеклянных подложек, традиционно используемых в 3D-биопечати. Изучение гидродинамического поведения микросфер гидрогеля при проникновении в поры нановолокнистых мембранных материалов позволило составить более точную модель для описания процесса формирования слоя при трехмерной биопечати, при этом исследованы два последовательных взаимодействия — удар первой микросферы гидрогеля о сухую поверхность и затем удар второй микросферы гидрогеля о первую», — рассказал руководитель проекта, доцент Научно-образовательного центра И. Н. Бутакова Инженерной школы энергетики Максим Пискунов.

Разработанный прогностический аппарат можно применять для описания процессов формирования слоев при использовании разных биополимерных чернил и разных нановолокнистых поверхностей. Кроме того, ученые предложили концепцию формирования слоев биополимеров с контролируемыми геометрическими параметрами при 3D-биопечати напрямую на нановолокнистых каркасах.

«Полученные результаты будут актуальны при выборе оптимальных технологий 3D-биопечати под конкретные задачи, в том числе для контролируемой доставки биологических материалов и активных фармацевтических ингредиентов внутрь и вблизи нановолокнистого каркаса будущей ткани. При управляемом соударении гидрогелевой микросферы-носителя клеточных культур или фармпрепаратов с нановолокнистой поверхностью появляется возможность их адресного распределения вдоль и вглубь каркаса. Это задача наших будущих исследований», — пояснил Максим Пискунов.

Исследование проведено с грантовой поддержкой Российского научного фонда, резульаты опубликованы в журналах International Communications in Heat and Mass Transfer и Physics of Fluids. 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.