Ученые подобрали состав эластичного хирургического клея на компьютере
Компьютерная модель показала, как менять состав хирургического клея, чтобы он был одновременно прочным, эластичным и хорошо держался на тканях. Такой подход может ускорить создание новых раневых покрытий и биоклеев для медицины.
Источник: Виталий Кравченко / МГУ имени М.В. Ломоносова. Схема строения и результаты моделирования полимерного комплекса.
МОСКВА, 1 июля /Новости науки/. Ученые МГУ с помощью компьютерного моделирования описали состав клейких полимерных смесей для соединения поврежденных тканей. Об этом сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Такие материалы могут стать более удобной альтернативой швам и обычным хирургическим клеям. При заживлении ткань меняет форму и растет, а жесткий клей или шовный материал не всегда успевает «подстроиться» под эти изменения. Из-за этого могут возникать воспаления, дискомфорт и рубцы. Поэтому врачам нужны биосовместимые составы, которые хорошо держат ткани, но остаются эластичными и не мешают движению.
«Наше исследование поможет специалистам оптимизировать состав адгезивных смесей и выбрать наиболее подходящий для поставленной задачи. Это ускорит их внедрение в медицинскую практику, где подобные материалы очень востребованы», — рассказала руководитель проекта, доцент кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ Елена Кожунова.
Исследователи изучили полимерные коацерваты — концентрированные капли жидкости, богатой полимерами. Подобные природные клеящие составы встречаются, например, в слизи улиток. Ученые пытаются создать на их основе более прочные и управляемые медицинские клеи, однако обычный подбор состава требует множества лабораторных образцов и занимает много времени.
Авторы работы построили компьютерную модель, в которой полимеры представляли собой цепочки из отдельных «бусин» — мономеров. Это позволило проследить, как ведут себя и отдельные участки молекул, и весь полимерный комплекс. В модели меняли длину цепочек, количество положительно и отрицательно заряженных групп, состав растворителя и способность полимеров взаимодействовать со склеиваемой поверхностью.
Моделирование показало, что свойства клея можно тонко настраивать. Если в полимерах есть плохо растворимые в воде группы, капли становятся плотнее и лучше взаимодействуют с поверхностями. При этом короткие полимерные цепочки сильнее прилипают, а длинные делают материал более устойчивым к растяжению, повреждениям и разрывам.
Отдельный результат связан с возможностью создавать пористые клеевые материалы. Ученые выяснили, что при уменьшении числа заряженных групп в полимере внутри комплекса могут самопроизвольно возникать области, богатые водой. В итоге материал превращается в подобие губки. Такая структура может быть полезна для доставки лекарств: например, антибиотика или обезболивающего, которые будут постепенно выходить из пор прямо в поврежденные ткани.
По словам Кожуновой, в дальнейшем ученые планируют проверить найденные закономерности в лаборатории. Для этого команда уже синтезировала ряд полиэлектролитов с настраиваемой архитектурой полимерных цепей и изучает их способность сцепляться с различными поверхностями. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Polymer.
Такие материалы могут стать более удобной альтернативой швам и обычным хирургическим клеям. При заживлении ткань меняет форму и растет, а жесткий клей или шовный материал не всегда успевает «подстроиться» под эти изменения. Из-за этого могут возникать воспаления, дискомфорт и рубцы. Поэтому врачам нужны биосовместимые составы, которые хорошо держат ткани, но остаются эластичными и не мешают движению.
«Наше исследование поможет специалистам оптимизировать состав адгезивных смесей и выбрать наиболее подходящий для поставленной задачи. Это ускорит их внедрение в медицинскую практику, где подобные материалы очень востребованы», — рассказала руководитель проекта, доцент кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ Елена Кожунова.
Исследователи изучили полимерные коацерваты — концентрированные капли жидкости, богатой полимерами. Подобные природные клеящие составы встречаются, например, в слизи улиток. Ученые пытаются создать на их основе более прочные и управляемые медицинские клеи, однако обычный подбор состава требует множества лабораторных образцов и занимает много времени.
Авторы работы построили компьютерную модель, в которой полимеры представляли собой цепочки из отдельных «бусин» — мономеров. Это позволило проследить, как ведут себя и отдельные участки молекул, и весь полимерный комплекс. В модели меняли длину цепочек, количество положительно и отрицательно заряженных групп, состав растворителя и способность полимеров взаимодействовать со склеиваемой поверхностью.
Моделирование показало, что свойства клея можно тонко настраивать. Если в полимерах есть плохо растворимые в воде группы, капли становятся плотнее и лучше взаимодействуют с поверхностями. При этом короткие полимерные цепочки сильнее прилипают, а длинные делают материал более устойчивым к растяжению, повреждениям и разрывам.
Отдельный результат связан с возможностью создавать пористые клеевые материалы. Ученые выяснили, что при уменьшении числа заряженных групп в полимере внутри комплекса могут самопроизвольно возникать области, богатые водой. В итоге материал превращается в подобие губки. Такая структура может быть полезна для доставки лекарств: например, антибиотика или обезболивающего, которые будут постепенно выходить из пор прямо в поврежденные ткани.
По словам Кожуновой, в дальнейшем ученые планируют проверить найденные закономерности в лаборатории. Для этого команда уже синтезировала ряд полиэлектролитов с настраиваемой архитектурой полимерных цепей и изучает их способность сцепляться с различными поверхностями. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Polymer.
