Комплексная безопасность 2011
Комплексное использование вторичных ресурсов
Экология большого города
10_Чистая вода
Исследование и разработка лазерного метода формирования биосовместимых нанотрубочных композиционных материалов для их применения в составе хирургических имплантатов
Рейтинг: / 2
ХудшаяЛучшая 

Финансирование

Начало НИОКР — 2007 год; финансирование в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007—2012 годы».

Краткое описание

Впервые в мировой практике предложен и реализован новый экологически чистый способ лазерного формирования объёмных композитных наноматериалов для аэрокосмической и медицинской промышленности. Разработаны ранее неизвестные нанокомпозитные материалы, имеющие твёрдость (более 300 МПа) и прочность (более 30 МПа) на уровне органического стекла, алюминия и железа, а также костного материала человека и животных, при плотности таких сверхлёгких наноматериалов (1200 кг/м3), близкой к плотности воды. Показана применимость объёмных нанокомпозитов, полученных лазерным методом, в качестве оториноларингологических имплантатов in vivo. Предложен ранее неизвестный способ лечения опасных дефектов развития и жизнедеятельности человека в младенческом и взрослом возрасте, а также особо сложных переломов челюсти. Надёжных методов имплантации при незаращении нёба («волчья пасть»), которое поражает около 0,1 % рождённых детей и приводит к их значительной смертности, либо к кардинальному отставанию в развитии, не существует.

Click to see real size

Конкурентные преимущества

Маркетинговые исследования были проведены самостоятельно, целью которых явилось определение и оценка рынков сбыта нанокомпозицонных материалов для ларингологических имплантатов. Согласно полученным данным, в результате применение углеродных нанотрубок в медицине является весьма перспективным направлениям.

В промышленности выделяют следующие звенья использования нанотехнологий:

  • Наноматериалы (наноструктуры в качестве «сырья» для создания полупродуктов);
  • НТ-полупродукты и комплектующие (промежуточные продукты с наноразмерными особенностями — ткани, покрытия, чипы памяти и т. п.);
  • Наносодержащая продукция (конечный рыночный продукт, в составе которого присутствуют отдельные «наноэлементы»).

По оценкам компании LUX Research, к 2014 году нанотехнологии будут задействованы в промышленных цепочках при создании различных видов продукции на сумму в 2,9 трлн. долларов, тогда как к настоящему времени общий объём рынка наносодержащей продукции составляет лишь около 50 млрд долларов. При этом к 2014 году 17 % из всех производимых товаров будут созданы на основе нанотехнологий.

Согласно прогнозам в ближайшее десятилетие использование нанотехнологий в промышленности распределится следующим образом:

В транспортном секторе — 6,1 %, в экологической продукции и катализаторах — по 8,7 %, в фармацевтике — 15,7 %, 60,8 % — поровну между наноэлектроникой и наноматериалами (что составляет около 700 млрд. долл.). При этом в разделе нанобиотехнологий внимание уделяется наноконструированию из воспроизведённых или естественных синтетических или генно-инженерных наноструктур объектов разных биотипов. Главной целью является создание наноструктур и искомыми свойствами.

Реализация данного метода позволит создать наноматериалы, обладающие преимуществами перед имеющимися аналогами по механической прочности, стоимости, доступность сырья и заменяемости (перед экзопротезированием). В таблице 6 сопоставлены критические параметры известных и предлагаемых в настоящей работе способов хирургической имплантации.

Принципиально новые решения поставленной проблемы создания биотехнических материалов с улучшенными потребительскими свойствами создадут предпосылки усовершенствования существующих медицинских методов. Создан научно-технический задел по перспективным технологиям в области индустрии наносистем и материалов для последующей коммерциализации в области практической медицины.

Бесконтактные методы создания имплантантов безопасны и экологичны, что типично для применения лазерного излучения в промышленных целях. Высокая управляемость источников лазерного излучения способствует автоматизации производства, обеспечения его гибкости и сокращению производственного цикла

В современной хирургической практике распространено искусственное протезирование различных органов человеческого организма с использованием эндопротезов: аутотрансплантатов (из тканей самого пациента) и аллотрансплантатов (из тканей другого человека). Есть сведения о применении эндопротезов и при лечении ВРГН. Однако, такие эндопротезы дефицитны и труднодоступны, а их механическая прочность и надёжность не отвечают современным требованиям. Осуществление операций затрудняется из-за биологических особенностей организма пациентов, что вызывает необходимость дополнительной костной пластики.

Альтернативное применение металлических и пластиковых хирургических экзопротезов в случае купирования ВРГН неизвестно. К тому же, использование экзопротезов, как правило, требует проведения дорогостоящих дополнительных операций по их удалению из-за недостаточной биосовместимости и биостабильности, вызывающих дискомфорт и травмирующих психику пациентов.

Таким образом, до настоящего времени не созданы достаточно эффективные искусственные ларингологические имплантаты, пригодные для применения в практической педиатрии ВПР. Отсюда следует своевременность постановки и решения задачи разработки новых методов создания биосовместимых и стабильных материалов и композитов нового поколения.

Новая технология создания ларингологических биопротезов хрящевых тканей, основанная на имплантируемых биосовместимых наноматериалах, будет пригодна для использования в отечественной хирургии, найти широкое применение в качестве пересадочных материалов в пластической, восстановительной и реконструктивной хирургии, а также в офтальмологии и стоматологии и конкурентоспособна на сегменте мирового рынка биоматериалов.

Научная значимость

Разработка лазерной технологии создания многоцелевых объёмных композитов на нанотрубочной основе является важной научно-значимой задачей. При этом остаётся актуальным установление новых принципов лазерного объёмного наноструктурирования биосовместимых материалов, что обусловлено необходимостью достижения характеристик перспективных наноматериалов, значительно изменённых по сравнению с параметрами практически двумерных композитов, изготавливаемыми традиционными способами. Для решения этой проблемы предлагается использование экологически чистого дистанционного воздействия лазерного излучения на белковые дисперсии углеродных нанотрубок, что позволит получать биосовместимые и биорезорбируемые высокопористые объёмные нанокомпозиты с высокими механическими свойствами и, в конечном счёте, найти новые технические решения для удовлетворения требований практики по прочности и надёжности изделий, а также растущих потребностей по расширению областей применения лазеров. Решаемая задача соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники, а также критическим технологиям Российской Федерации.

Области применения

Результаты данной работы могут быть использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ в научно-исследовательских организациях и фирмах производителях наукоёмкой продукции. Предполагаемые ОКР/ОТР должны быть направлены на разработку технологии изготовления объёмных нанокомпозиций на их основе и на коммерциализацию полученных результатов

Создаваемые объёмные нанокомпозиции и имплантаты найдут применение в ведущих научных, технических и медицинских центрах Москвы, С.-Петербурга и других крупных городов РФ, как например, в Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова, Санкт-Петербургском государственном университете, Московском инженерно-физическом институте (государственном университете), Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева, Сибирском государственном медицинском университете Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию и др.

География рынка сбыта

США, ЕЭС, Япония, Китай, Малая Азия.

Объём рынка сбыта

Около 300 млн. руб.

Разработчик

Московский государственный институт электронной техники (технический университет), ГОУВПО (МИЭТ)