Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Шейко Сергей Станиславович США, Россия
Номер договора
14.W03.31.0022
Период реализации проекта
2018-2020
40
Количество специалистов
4
научных публикаций
Общая информация

Быстрый прогресс в робототехнике, портативной электронике и персонализированной медицине, обуславливает потребность в синтетических материалах, имитирующих механическое поведение биологических тканей. Однако, традиционные био-подобные материалы изготавливаются на основе гелей, которые имеют ряд существенных недостатков: их использование ограничено относительно мягкими условиями и умеренными деформациями, их многокомпонентный состав осложняет контроль свойств, и область приемлемости их механических свойств сужается, когда требуемая от них мягкость приводит к неизбежной хрупкости. В лаборатории разрабатывается новая платформа дизайна материалов, основанная на архитектурном программировании их физических свойств. В итоге, платформа дизайна позволит создать основу для поисковой системы материалов, которая будет давать точные рекомендации (рецепты, методики) для создания биосовместимых материалов с механическими свойствами аналогичными живым тканям. Дублируя биомеханические свойства и обеспечивая надежное функционирование в экстремальных условиях, эти материалы революционизируют целый массив приложений, включая робототехнику, портативную электронику, биомедицинские имплантаты, и технологии доставки лекарств.

Название проекта: Архитектурное программирование полимерных материалов, имитирующих живые ткани

Приоритет СНТР: в


Цели и задачи

Направления исследований: Синтез и исследование сшитых полимерных систем на основе молекулярных щеток, по механическим свойствам близких к биологическим тканям

Цель проекта: Развитие новой платформы дизайна материалов для программируемого синтеза не содержащих растворителя эластомеров, точно имитирующих механические свойства биологических тканей



Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Синтезирован ряд новых макромолекулярных щеток: с полиариленовой основной цепью и боковыми цепями поли(мет)акрилатов, с основной олигоэфирной цепью и боковыми цепями полиоксазолинов, с основной полифлуореновой цепью и боковыми цепями полиоксазолинов.
  • Показано, что полимерные силиконовые эластомеры состава PMMA-PDMS-PMMA (PMMA – полиметилметакрилат, PDMS – полидиметилсилоксан) демонстрируют упрочнение при увеличении растягивающего напряжения, аналогично поведению живых тканей. Исследования клеточной и биосовместимости образцов PMMA-PDMS-PMMA с живыми тканями показало, что они поддерживают адгезию дермальных фибробластов человека (hDF).
  • С помощью моделирования методом самосогласованного поля Схойтенса–Флира показано, что разворачивание унимолекулярной мицеллы, образуемой нейтральной амфифильной молекулярной щеткой, происходит через три основные стадии и сопровождается микрофазовым разделением на «голову» и «хвост». В случае молекулярных щеток с боковыми цепями слабых полиэлектролитов, эти боковые цепи разделяются на две группы: одна группа цепей не заряжена и формирует плотную фазу ядер, расположенных вдоль основной цепи, другая группа образует корону, состоящую из вытянутых заряженных боковых цепей.
  • Развита теория, описывающая иерархическую структурную организацию полуразбавленных растворов и расплавов макромолекулярных щеток, которая проявляется в специфическом упругом поведении молекулярных щеток при растяжении, а именно в сигмоидных зависимостях силы реакции от деформации. Теория позволяет связать параметры деформационных кривых в различных концентрационных режимах с контролируемой архитектурой молекулярных щеток.

Образование и переподготовка кадров:

Защиты: 3 кандидатские диссертации, 2 выпускные квалификационные работы магистра.

Сотрудничество:

  • Университет Северной Каролины в Чапел Хилл (США): совместные исследования, разработана теория упругости растворов и расплавов макромолекулярных щеток

  • Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l’Environnement et les Matériaux (Франция), Санкт-Петербургский национальный университет информационных технологий механики и оптики (Россия): совместные исследования, разработана скейлинговая теория плоских щеток, состоящих из пришитых к поверхности молекулярных щеток
Скрыть Показать полностью
Liang H., Morgan B.J., Xie G., Martinez M.R., Zhulina E.B., Matyjaszewski K., Sheiko S.S., Dobrynin A.V.
Universality of the Entanglement Plateau Modulus of Comb and Bottlebrush Polymer Melts. Macromolecules 51(23): 10028–10039 (2018).
Filippov A.P., Krasova A.S., Tarabukina E.B., Meleshko T.K., Yakimansky A.V., Sheiko S.S.
The Behavior of Amphiphilic Molecular Brushes with Polyimide Backbone and Poly(methyl methacrylate) and Polystyrene Side Chains in the Vicinity of Θ Point. Polymer Science, Series C 60(suppl. 1): 219–227(2018).
Nekrasova T.N., Pautov V.D., Anan’eva T.D., Meleshko T.K., Ivanov I.V., Yakimansky A.V.
Structural Organization of Interpolymer Complexes Formed by Poly(N-vinylamides) and Poly(methacrylic acid) Chains Regularly Grafted to Polyimide in Aqueous Solutions. Polymer Science, Series C 60 (suppl. 1): 172–178 (2018).
Zhulina E.B., Neelov I.M., Sheiko S.S., Borisov O.V.
Planar Brush of End-Tethered Molecular Bottle-Brushes. Scaling Mode. Polymer Science, Series C 60 (suppl. 1): 76–83 (2018).
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Квантовая оптика в алмазах

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук»

Технологии материалов

Казань

Хеммер Филип Роберт

США

2018-2020

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Технологии материалов

Санкт-Петербург

Захидов Анвар Абдулахадович

США, Россия

2017-2021

Лаборатория люминесцентных и детекторных материалов

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Технологии материалов

Москва

Коржик Михаил Васильевич

Беларусь

2017-2021