Ткань с интеллектом, биосовместимые покрытия для имплантатов, композиты для сверхчувствительных сенсоров и 3D-эндопротезы – эти материалы сегодня разрабатывают российские университеты, которые стали участниками программы «Приоритет 2030». Это программа государственной поддержки и развития университетов, в которой принимают участие 106 вузов различной направленности.
Благодаря грантам и поддержке исследования в области изучения «умных» материалов выйдут на новый уровень. О перспективных результатах рассказали ученые, которые работают в вузах, участвующих в программе.
Томский государственный университет
В 2023 году в Томском государственном университете откроют новый материаловедческий центр для разработки новых технологий получения материалов для медицины и оборонной промышленности. В работах ученые планируют использовать технологии 3D печати, электронно-лучевые и ионно-плазменные методы, классическую и порошковую металлургию.
В том числе ученые планируют разработать износостойкие, биосовместимые покрытия толщиной не более 100 нанометров с антибактериальным эффектом, способные, не разрушаясь, деформироваться в экстремальных условиях до 3%. Такие материалы можно использовать, чтобы сократить сроки приживаемости и повысить их биосовместимость.
Новые имплантационные материалы будут способны выдерживать знакопеременные физиологические нагрузки со стороны биологических тканей в интервале 6% обратимых деформаций. Это симметричные циклические деформации на имплантат со стороны биологических тканей, в частности при дыхании. Например, имплантаты для замещения фрагментов или целых рёбер. По конфигурации они будут полностью соответствовать восполняемым дефектам и выполнять функции утраченных органов, — объяснила Екатерина Марченко, зав. лабораторией медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы ТГУ.
Также в новом центре планируют разрабатывать технологии получения материалов высокой чистоты. Они позволят повысить выносливость имплантатов в 3 раза. Моделирование поможет создать технологии гипер-упругих 3D-эндопротезов из титановых сплавов, которые сократят процесс изготовления индивидуального имплантата до 2 часов. Эти эндопротезы могут заменить тонкие костные и хрящевые ткани лица, например, носовые перегородки или подглазничные зоны.
Открытие материаловедческого центра запланировано на 2023 год, а основные результаты проектных групп команд под руководством проректора ТГУ по науке и инновациям Александра Ворожцова ученые планируют получить в 2024 году.
Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
В Саратовском национальном исследовательском государственном университете планируют разработать формирования гибридных наноструктурных материалов. Их основу составят однослойные углеродные нанотрубки и моно-слоистые графеновые листы, располагающиеся на SiO2 подложке. Об этом рассказал проректор по научной работе и цифровому развитию СГУ Алексей Короновский:
— Синтезируемые наноматериалы составят основу при конструировании гибких прозрачных экранов, медицинских датчиков, газовых сенсоров и атоэмиссионных катодов плоских радиационностойких электронных устройств. Синтез нового гибридного наноматериала будет осуществляться при воздействии единичными импульсами лазерного излучения. Формирующиеся в итоге планарные 3D-сетки будут демонстрировать наибольшую твердость для подобных сеток из углеродных наноструктур различной топологии и размерности, включая многослойные углеродные нанотрубки и отдельные листы графена. Твердость синтезируемого наноматериала будет достигать не менее 52.7 ГПа, а электропроводность будет составлять 23×106 См/м и выше. Эти показатели превышают аналогичные для отдельных нанотрубок и графеновых листов. Планируемое повышение плотности энергии лазерных импульсов обеспечит подобие самосборки гибридного наноматериала. Полученные углеродные сетки перспективны для планарной электроники, которая обеспечивает электронной компонентной базой гибкую/растяжимую электронику, нательную электронику, сенсорику».
Университет ИТМО
Участие в программе «2030» позволит ИТМО создать 5 М-платформ — специальных экосистем и функциональных объединений, которые необходимы для интеграции научно-исследовательской, технологической и инновационной деятельности университета. Также они помогут в развитии сотрудничества с индустриальными партнерами и институтами развития для генерации новых технологических решений. О таких перспективах рассказал координатор стратегического проекта «Научно-технологический прорыв», декан инженерно-исследовательского факультета ИТМО Алексей Слобожанюк:
— Также мы откроем фронтирные лаборатории, которые будут реализовывать научные проекты, ориентированные на передний край науки. Это позволит подготовить конкурентоспособные кадры и воплотить проекты полного инновационного цикла, отвечающие современным вызовам.
Несколько М-платформ и фронтирных лабораторий будут использовать новые композитные материалы, в том числе двумерные, которые будут использоваться при создании сверхчувствительных сенсоров для перехода к высокотехнологичному здравоохранению. Отдельный акцент — на реализации зеленых технологий и экологичных проектов. Так, одно из перспективных направлений исследований научных групп ИТМО связано с использованием прорывных материалов – перовскитов, которые могут существенно упростить разработку устройств альтернативной энергетики, при этом сохранят или даже смогут превзойти существующие аналоги по эффективности.
Источник:
Источник: Научная Россия.