Новый метод удешевит производство материалов для костных имплантатов
По данным Минздрава России в мире каждый год проводится от 3,5 до четырех миллионов операций с использованием материалов для восстановления костей. Это второе по популярности направление после переливания крови, которое встречается в 10 раз чаще, чем пересадка других органов. В таких имплантатах используют особые наноматериалы, похожие на «губки» с мелкими дырочками. Благодаря порам они имеют огромную поверхность и уникальные свойства, которые делают их незаменимыми не только в медицине, но и экологии и химии — они отлично фильтруют воду, ускоряют химические реакции в промышленности и даже применяются для создания сверхлегких и прочных материалов. Существующая методика создания таких наноматериалов требует больших затрат, времени и электроэнергии. Ученые Пермского Политеха нашли более быстрый и дешевый способ изготовления этих структур, который не требует дополнительных реагентов и примесей.
Статья опубликована в материалах тезисов XV Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Нанопористые материалы отличаются от обычных тем, что в них много мелких «дырочек». За счет этого они могут впитывать вещества и ускорять химические реакции. Размер пор можно настроить так, чтобы они задерживали конкретные молекулы — например, очищали воду от тяжелых металлов. При этом структура остается легкой и прочной. Один из таких наноматериалов — фосфат магния, который похож по составу на человеческую кость.
– Обычно фосфат магния — это белый порошок, который используют в медицине для костных цементов и покрытий имплантатов. Но если сделать из него наноматериал, можно получить для костных имплантов идеальный каркас. Он повторяет естественную структуру тела, помогает тканям быстрее заживать (клетки прорастают через поры) и со временем заменяется натуральной костью. Если обычный фосфат — это просто «кирпич», то его нановерсия — «умный конструктор», который подстраивается под организм, – комментирует Евгения Гладких, студентка кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.
Чтобы сделать из обычного фосфата магния наноматериал, то есть создать внутри него пористую структуру, традиционно используют метод «bottomup» или «снизу вверх». Он заключается в том, что к сурфактанту (поверхностно активное вещество) добавляют фосфат магния.
– Сурфактанты создают оболочку вокруг растущих наночастиц, отталкивая их друг от друга и не давая слиться. Они выступают как «шаблоны», вокруг которых и формируются поры. После синтеза сурфактанты удаляют с растворителями или испаряют, оставляя только нанопористую структуру, – рассказывает Юлия Кузнецова, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Все эти процессы отнимают время и лишнюю электроэнергию, которая тратится на удаление сурфактантов. Кроме того, они могут быть токсичными, а поры — получиться неоднородными. Это влияет на сорбционную емкость материала, то есть он станет более плохим сорбентом или носителем в биомедицине. Ученые Пермского Политеха предложили другой способ, который позволит сэкономить ресурсы при получении таких структур.
– Для создания наноматериала из фосфата магния мы использовали метод «top-down» (сверху вниз). Это процесс, в ходе которого вещество приобретает пористую структуру после нагрева. Для образования наноматериала из кристаллов фосфата магния мы подобрали оптимальную температуру и время нагревания: при 90°C в течение двух часов 40 минут. Это позволило воде, находящейся в составе фосфата магния, испариться и оставить после себя поры 5-10 нанометров. В результате без дорогих и токсичных добавок удалось получить материал с большой площадью поверхности, которая выросла до сотен м²/г. Большая поверхность материала важна для его хороших сорбционных свойств и каталитических свойств, – комментирует Ирина Пермякова, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Технология «top-down» почти не изучена, но превосходит «bottom-up» тем, что не требует дополнительных реагентов и многоступенчатых процессов. Благодаря этой методике размер пор можно регулировать, меняя состав исходного материала.
Исследование ученых Пермского Политеха не только доказывает возможность применения этой методики для экономичного создания наноматериалов, но и поможет удешевить системы очистки промышленных стоков, производство медицинских имплантов и создание эффективных катализаторов. Метод в дальнейшем также планируют испытать на других соединениях.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи НИУ ВШЭ и МГУ доказали универсальный закон, описывающий время исчезновения популяций в случайной среде. Анализ эволюции ветвящихся процессов — сложных вероятностных систем — показал, что вне зависимости от изначального числа особей процесс вымирания подчиняется строгим математическим закономерностям.
Новое исследование выявило связь между приемом глюкозамина — безрецептурной добавки от болей в суставах — и повышенным риском быстрого прогрессирования легких когнитивных нарушений в полноценную болезнь Альцгеймера.
Ученые нашли в Словакии уникальное массовое захоронение, где на дне защитного рва покоились не менее 77 ритуально обезглавленных и аккуратно уложенных скелетов. Это доказывает существование сложной структурированной практики обращения с телом.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно