Разработка пермских ученых позволит протезам растягиваться и служить дольше | Новости науки
В Пермском Политехе разработали особую конструкцию протеза, способную со временем растягиваться благодаря особым материалам — ауксетикам. Это позволяет взрослеющему ребенку, который нуждается в технических средствах реабилитации, носить протез дольше. По словам ученых, проект открывает новые перспективы и возможности для современной медицины.
По данным Минтруда РФ ежегодно 1,5 млн граждан с инвалидностью обеспечивают техническими средствами реабилитации. Из них более 200 тыс. человек имеют протезы конечностей. Взрослые вынуждены носить их в течение долгого промежутка времени. А детям из-за постоянного роста приходится менять протезы каждые 6-18 месяцев.
Разработка ученых ПНИПУ основана на использовании ауксетиков. В отличие от «обычных» материалов, такие структуры уменьшаются в размерах при сжимающих нагрузках и увеличиваются при растяжении. Их необычные свойства реализуются благодаря особому дизайну структуры. Она состоит из специально спроектированных элементарных ячеек и образует решетчатую структуру, напоминающую измененные пчелиные соты. Ее можно воспроизвести с помощью аддитивных технологий, сообщили в пресс-службе университета.
Ауксетики обладают адаптационными свойствами, которые можно применять при проектировании гильз протезов. Подобные структуры уже используют при разработке новых типов стентов — специальных конструкций для расширения и поддержания открытыми суженных или заблокированных артерий.
Пермские исследователи разработали и построили трехмерные модели такого материала, а затем напечатали прототипы на 3D-принтере. Полученные образцы подвергали нагрузкам на растяжение, чтобы установить, соответствуют ли свойства материала спроектированной модели. Ученые определяли, можно ли заранее путем изменения параметров структуры «настроить» нужные характеристики для частей будущего протеза. Исследование показало, что трехмерные модели правильно имитируют механическое поведение образцов при деформации.
На следующем этапе ученые поместили в пустоты образцов наполнитель. Именно он позволяет контролировать отклик структуры гильзы протеза на внешние воздействия. Ученые присваивали наполнителю различные свойства и изучали, как они влияют на поведение всей конструкции ауксетика. То есть на возможность материала, а в будущем и протеза, адаптироваться — пропорционально расширяться или уменьшаться.
«Существует необходимость фундаментального понимания, как наполнитель влияет на жесткость и прочность композитов с ауксетичной решеткой, а также как именно с помощью его параметров можно менять адаптационные характеристики, в том числе для гильз экзопротезов. Главное преимущество материала в том, что для каждого пациента и для каждого типа индивидуального биомедицинского изделия подбирается своя комбинация ауксетичной решетки и наполнителя с выбранными свойствами», — рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» Михаил Ташкинов.
Исследование ученых Пермского Политеха — это новый этап развития технологий протезирования и создания имплантов. Оно поможет в контроле отклика элементов экзопротезов, улучшении комфорта пациента, а также в усовершенствовании технологии создания детских протезов. Изучение ауксетичных свойств материалов значительно расширит сферу их применения в биомедицинской сфере.
Статья по результатам исследования опубликована в журнале «Polymers».