Научный коллектив Донского государственного технического университета под руководством д. ф.-м. н., профессора кафедры «Теоретическая и прикладная механика» Сергея Айзиковича с использованием методов математического моделирования занимается разработкой костных скаффолдов из полимеров, по свойствам приближенных к костной ткани и обеспечивающих достаточную прочность для выдерживания физиологических нагрузок. Разработка может быть использована для восстановления костных тканей человека при различных повреждениях.
По словам исследователей ДГТУ, лечение дефектов твердых тканей критических размеров представляет собой серьезную проблему в клинической практике. Чтобы преодолеть недостатки традиционных методов лечения с использованием аллографтов (донорской кости), таких как ограниченная доступность, потенциальная передача заболеваний и отторжение инородных тел, разрабатываются синтетические материалы и методики, включающие 3D-печать.
Используя нейросети, разработанные партнерами по проекту, исследователями из Национального Университета Ченг-Кунг под руководством профессора Юн-Че Вонга (Тайвань), ученые создали методику определения эффективных свойств архитектурных решетчатых материалов с учетом их упругого, термоупругого и пластического поведения при разных нагрузках. Построены математические модели для исследования поверхностных свойств материалов, в частности для микропористых материалов.
По словам Евгения Садырина, именно пористость играет существенную роль в процессах прорастания клеток кости в структуру скаффолда. Основная задача ученых – подбор оптимальных материалов с контролируемой микроструктурой.
В ходе исследования свойства полимерного материала и костной ткани характеризуются с использованием наноиндентирования – специальной методики, позволяющей изучать механические свойства путем внедрения особого зонда (индентора) в материал. Способность скаффолда с заданной микроструктурой выдерживать физиологические нагрузки проверяется в ходе испытаний на сжатие внутри рентгеновского компьютерного микротомографа. С помощью устройства можно наблюдать деформирование материала в реальном времени. Исследователи изучили, как разные структуры заполнения с различными параметрами стенок выдерживают различную нагрузку.
Исследования проводятся в рамках гранта Российского научного фонда № 22-49-08014 «Исследования термомеханических свойств архитектурных материалов» (2022–2024 гг.).
