Медицинская Техника / Медицинская техника №1, 2022 / с. 52-54

Лазерная технология формирования электропроводящих пленочных и объемных композитов на основе фосфата кальция и углеродных нанотрубок для инженерии костной ткани

Д.Т. Мурашко, С.З. Жовнир, М.С. Савельев, А.Ю. Федотов, П.В. Лобжанидзе, Е.П. Кицюк

Аннотация

Предложена лазерная технология формирования пленочных и объемных электропроводящих композитов из фосфата кальция и биополимера альбумина, пронизанного сетью из углеродных нанотрубок. Воздействие импульсным излучением с длиной волны 1064 нм на композитные пленки, сформированные из дисперсий с концентрациями нанотрубок 0,1 и 1 мг/мл, позволило получить максимальную электропроводность при мощности излучения 3 и 2,4 Вт – 21 и 100 мСм·м–1. Для пленки на основе дисперсии с концентрацией нанотрубок 0,1 мг/мл получен максимальный рост удельной электропроводности в 3,3 раза после лазерного воздействия. Максимальное количество узлов перколяции в объемной сети из нанотрубок в диэлектрической матрице фосфата кальция и альбумина достигалось при воздействии непрерывным излучением с длиной волны 810 нм и мощностью 9 Вт в течение 80 мин. Электропроводность композитных пленок соответствует электропроводности кости человека, а объемных композитов – превосходит на 3 порядка. Представленная технология может найти применение в культивировании костных клеток и/или регенерации костных тканей при их электростимуляции.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Денис Тарасович Мурашко, аспирант, инженер,

Светлана Зинонивна Жовнир, студент, инженер, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Михаил Сергеевич Савельев, канд. физ.-мат. наук, доцент, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва,

Александр Юрьевич Федотов, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник,

Павел Викторович Лобжанидзе, аспирант, инженер-исследователь, лаборатория керамических композиционных материалов, ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова» РАН, г. Москва,

Евгений Павлович Кицюк, канд. техн. наук, начальник лаборатории, научно-исследовательская лаборатория перспективных материалов, НПК «Технологический центр», г. Москва, г. Зеленоград,

e-mail: skorden@outlook.com

Список литературы

1. Koons G.L., Diba M., Mikos A.G. Materials design for bone- tissue engineering // Nature Reviews Materials. 2020. Vol. 5 (8). PР. 584-603.

2. Taktak R. et al. Tricalcium phosphate-fluorapatite as bone tissue engineering: Evaluation of bioactivity and biocompatibility // Materials Science and Engineering: C. 2018. Vol. 86. PР. 121-128.

3. Privalova P.Y. et al. Electrical stimulation of human connective tissue cells on layers of composite structures with a nanocarbon framework // Biomedical Engineering. 2019. Vol. 52 (5). РP. 301-304.

4. Hopley E.L. et al. Carbon nanotubes leading the way forward in new generation 3D tissue engineering // Biotechnology Advances. 2014. Vol. 32 (5). PP. 1000-1014.

5. Gerasimenko A.Y. et al. Laser fabrication of composite layers from biopolymers with branched 3D networks of single-walled carbon nanotubes for cardiovascular implants // Composite Structures. 2021. Vol. 260. P. 113517.

6. Tereschenko S.A., Lysenko A.Yu. Reconstruction of the Radiation Source Spatial Distribution in a Proportional Scattering Medium // Technical Physics. 2021. Vol. 66. PP. 710-719.

7. Balmer T.W. et al. Characterization of the electrical conductivity of bone and its correlation to osseous structure // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. P. 8601.

8. Gerasimenko A.Y. et al. The study of the interaction mechanism between bovine serum albumin and single-walled carbon nanotubes depending on their diameter and concentration in solid nanocomposites by vibrational spectroscopy // Spectrochimica Acta. Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2021. Vol. 227. PP. 1-10.

9. Gerasimenko A.Y. et al. Influence of laser structuring and barium nitrate treatment on morphology and on morphology and electrophysical characteristics of vertically aligned carbon nanotube arrays // Diamond & Related Materials. 2019. Vol. 96. PP. 104-111.