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 Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Каждый год на месторождениях происходят десятки плановых остановок скважин для ремонта или профилактики. Чтобы во время простоев предотвратить выброс нефти и газа на поверхность, скважины глушат и закачивают в них специальные жидкости, в качестве которых нередко используют обратные эмульсии. Раньше считалось, что они безвредны и легко удаляются, поэтому, когда после глушения проницаемость уменьшалась, это списывали на другие факторы — например, отложение парафинов. Комплексно не изучалось, как именно эти составы влияют на снижение добычи. Ученые Пермского Политеха изучили обратные эмульсии и впервые объяснили, как они влияют на проницаемость горных пород. Проведенное исследование позволяет заранее определить, насколько опасен тот или иной состав и какой способ очистки сработает лучше. Это поможет нефтяным компаниям минимизировать потери добычи и избежать дорогостоящих восстановительных работ.
Переход к оседлой жизни и выращиванию кукурузы на юге Анд оказался историей затяжного кризиса. Международная группа ученых выяснила, как местные сообщества и группы мигрантов сообща пытались пережить последствия этой трансформации.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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