Регистрация / Вход
Прислать материал

Теоретические и экспериментальные исследования по лазерной технологии конструирования трехмерного биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава и его прототипирования для реконструкции сухожильно-связочного аппарата.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
нанобиоконструкция, биосовместимость, связки коленного сустава, имплантат, прототипирование, нанокомпозитный материал, лазерная технология, наноструктурирование, фибробласты, остеобласты, хирургия.

Цель проекта:
1 Формулировка задачи/проблемы, на решение которой направлен реализуемый проект. Разработка биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава с применением новой лазерной технологии закрепления имплантата. 2 Формулировка цели реализуемого проекта. • Разработка метода создания универсальной трехмерной нанобиоконструкции из биосовместимых материалов нового поколения на уровне мировых разработок для придания требуемых свойств биологическим системам, способствующего развитию биологии и медицины. • Разработка конструкции нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава из биосовместимых материалов путем формирования трехмерных наноуглеродных биоконструкций на поверхности нанокомпозитных имплантатов связок коленного сустава с целью самоорганизации клеточного материала с применением новой лазерной технологии закрепления имплантата в костном канале. • Проведение комплексных исследований с целью выбора наиболее эффективного способа создания нанобиоконструкций.

Основные планируемые результаты проекта:
1 Краткое описание основных результатов (основные практические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные взаимосвязи и закономерности).
• Подготовлен аналитический обзор современной и методической научно-технической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему конструирования трехмерного биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава и его прототипирования для реконструкции сухожильно-связочного аппарата.
• Выполнен анализ нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.
• Подготовлен отчет о патентных исследованиях по ГОСТ15.011-96.
• Осуществлен выбор и обоснование направления исследований и способов решения поставленных задач.
• Выполнены теоретические исследования процесса получения биосовместимого материала для создания биосовместимого объемного каркаса трехмерных нанобиоконструкций.
• Проведен поиск новых искусственных нанокомпозитных биоматериалов, способствующих росту клеток микроорганизмов для самоорганизации клеточного материала
• Выполнены исследования лазерного соединения имплантата связок коленного сустава с костным каналом.
• Разработана методика лазерного соединения нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава с костным каналом.
• Разработан макет стенда для проведения экспериментальных исследований комплекса физико-механических свойств биосовместимого наноматериала
• Составлен аналитический обзор коммерческих вариантов искусственных имплантатов связок коленного сустава.
• Выполнена сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований методов прототипирования и 3-D печати для решения проблем ПНИ.
• Выяснены особенности процессов формирования биосовместимого каркаса для создания трехмерных нанобиоконструкций с использованием технологий лазерного формирования и 3-D печати.
• Подготовлены приборные базы для исследования взаимосвязи между структурой и свойствами экспериментальных образцов биосовместимых каркасов трехмерных нанобиоконструкций и для испытания экспериментальных образцов трехмерных нанобиоконструкций, с использованием макета стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций.
• Разработан лабораторный технологический регламент изготовления экспериментальных образцов трехмерных нанобиоконструкций, который включает характеристики его получения.
• Изготовлены экспериментальные образцы трехмерных нанобиоконструкций.
• Подготовлена методика визуализации лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.
• Осуществлено материально-техническое обеспечение экспериментальных работ по исследованию взаимосвязи между структурой и свойствами образцов биосовместимых каркасов и установлению физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций.
• Осуществлено обеспечение испытаний экспериментальных образцов.
2 Основные характеристики планируемых результатов (в целом и/или отдельных элементов), научной (научно-технической, инновационной) продукции.
• Подготовка лабораторных технологических регламентов получения биосовместимого наноматериала для создания каркаса трехмерных нанобиоконструкций, биосовместимого каркаса для формирования трехмерных нанобиоконструкций, трехмерных нанобиоконструкций и нанокомпозитных имплантатов связок коленного сустава осуществляется в соответствии с методиками формирования наноуглеродных биоконструкций на поверхности нанокомпозитных имплантатов с целью самоорганизации клеточного материала.
• Методика лазерного формирования костного канала для закрепления нанокомпозитного имплантата предусматривает лазерное сверление берцовой кости и обработку костного канала с размещением в канале смазывающего биосовместимого наноматериала.
• Методика лазерного соединения имплантата связок коленного сустава с костным каналом предусматривает его герметизацию способом лазерной сварки биотканей.
• Методика выращивания in vitro фибробластов путем их колонизации на белковой наноструктурной матрице предусматривает подбор клеточного материала, обеспечивающего достижение и поддержку остеоинтеграции.
• Методика визуализации лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом предусматривает описание функционирования оптической системы.
• Методика хирургического соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом основана на обеспечение связи между эпителием кости и поверхностью имплантата.
• Макет стенда для проведения экспериментальных исследований комплекса физико-механических свойств биосовместимого наноматериала включает в себя комплекс приборов и приспособлений для проведения измерений.
• Макет стенда для проведения экспериментальных исследований процессов лазерного формирования биосовместимого каркаса включает в себя комплект измерительной аппаратуры.
• Макет стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций включает в себя комплект оптических и нанотехнологических измерительных приборов и приспособлений.
• Макет стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств нанокомпозитных имплантатов включает в себя комплект физических приборов и приспособлений.
• Компьютерная модель взаимодействия углеродной нанотрубки и молекулы белка в водном окружении разрабатывается методами молекулярной механики (AMBER) и функционала плотности SCC DFTB2.
• Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции подготавливаются с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
• Разработка проекта ТЗ на проведение ОКР по результатам ПНИ на тему: «Разработка и выпуск опытных образцов нанокомпозитных имплантатов связок коленного сустава» должна быть проведена в соответствии с с нормативными документами.
• Проведение маркетинговых исследований с целью изучения перспектив реализации РИД, полученных при выполнении ПНИ включает в себя анализ состояния рынка медицинской лазерной промышленности.
• Проведение технико-экономической оценки результатов ПНИ должно быть проведено в соответствии с нормативными документами.
• Обобщение и оценка результатов исследований должны быть приведены в отчетных документах по проведенной ПНИ.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1 Описание конечного продукта, создаваемого с использованием результатов, планируемых при выполнении проекта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.
Конечными продуктами, создаваемыми с использованием результатов, получаемых при выполнении ПНИ, являются биосовместимый наноматериал для создания каркаса трехмерных нанобиоконструкций; биосовместимый каркас для формирования трехмерных нанобиоконструкций; трехмерная нанобиоконструкция на основе биосовместимого каркаса из нанобиологического материала; нанокомпозитный имплантат связок коленного сустава.
Место и роль проекта и его результатов в решении задачи/проблемы разработки биосовместимого нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава с применением новой лазерной технологии закрепления имплантата определяются полнотой решения задачи/проблемы, имеющей большое народно-хозяйственное значение и направленной также на импортозамещение существующих медицинских лазерных материалов.
2 Оценка элементов новизны научных (технологических) решений, применявшихся методик. Способы получения биосовместимого наноматериала для создания каркаса трехмерных нанобиоконструкций; биосовместимого каркаса для формирования трехмерных нанобиоконструкций; трехмерной нанобиоконструкции на основе биосовместимого каркаса из нанобиологического материала; нанокомпозитного имплантата связок коленного сустава охраноспособны и должны быть защищены подготавливаемыми заявками на патентование. Научные результаты, полученные в рамках ПНИ, полностью обоснованы, находятся на уровне лучших мировых достижений в области нанотехники и биоинженерии и могут быть эффективно использованы в практической репарационной хирургии с целью использования в современной медицинской технике.
3 Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Научные и технологические решения, осуществляемые в рамках ПНИ, полностью оригинальны и также, как методики исследований, находятся на мировом уровне и частично его превосходят.
4 Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
Пути и способы достижения результатов проводимой ПНИ определяются полнотой проведенных исследований и обоснованностью научно-технических результатов. Получаемые материалы проекта апробированы на ряде отечественных и международных конференций и публикуются в авторитетных научных изданиях. Ограничения и риски достижения заявляемых результатов зависят в основном от финансирования ОКР по результатам ПНИ и конъюнктуры рынка аналогичных лазерных медицинских материалов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1 Описание областей применения планируемых результатов (области науки и техники, отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться результат или планируемая на их основе инновационная продукция).
К областям науки и техники применения планируемых результатов относятся лазерная медицина и лазерная нанотехнология. Отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться результаты ПНИ, а также создаваемая инновационная продукция, представляют собой медицинские и учебные учреждения России, к профилю деятельности которых относятся лазерная хирургия и репарационная медицина.
2 Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Практическое внедрение планируемых результатов ПНИ и может быть основано на внедрении в Открытом акционерном обществе «Зеленоградский инновационно-технологический центр» - индустриальном партнере ПНИ и в сотрудничестве с Саратовским государственным университетом им. Н.Г. Чернышевского национальным исследовательским) - в области теоретических исследований взаимодействия лазерного излучения с наноматериалами и Московским университетом им. М.И.Ломоносова – в области физико-химических исследований свойств наноматериалов, являющееся сторонними организациями в рамках ПНИ.
3 Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие научно-технических и технологических направлений, разработку новых технических решений; на изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.
Планируемые результаты ПНИ должны внести весомый вклад в развитие научно-технических и технологических направлений в области лазерной медицины и медицинской нанотехнологии, что определяется оригинальностью решаемой задачи и новизной получаемых научных результатов ПНИ в рамках нового научного направления «Лазерная наноинженерия», предложенного и развиваемого исполнителями ПНИ. Влияние на разработку новых технических решений должна внести данные об уникальных свойствах разрабатываемых биосовместимых нанокомпозиционных и дисперсных материалов и методик их получения. Возможные изменения структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы будут определяться дальнейшей деятельностью в рамках предлагаемой ОКР на тему: «Разработка и выпуск опытных образцов нанокомпозитных имплантатов связок коленного сустава».
4 Оценка или прогноз влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.
Планируемые результаты ПНИ могут влиять на развитие исследований в рамках международного сотрудничества, развитие системы демонстрации и популяризации науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры путем научных публикаций и участия исполнителей ПНИ в работе российских и международных научно-практических конференций и выставок, что частично уже осуществляется в рамках ПНИ.

Текущие результаты проекта:
• Выяснены особенности процессов формирования биосовместимого каркаса для создания трехмерных нанобиоконструкций с использованием технологий лазерного формирования и 3-D печати.
• Подготовлены приборные базы для исследования взаимосвязи между структурой и свойствами экспериментальных образцов биосовместимых каркасов трехмерных нанобиоконструкций и для испытания экспериментальных образцов трехмерных нанобиоконструкций, с использованием макета стенда для проведения экспериментальных исследований физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций.
• Разработан лабораторный технологический регламент изготовления экспериментальных образцов трехмерных нанобиоконструкций, который включает характеристики его получения.
• Изготовлены экспериментальные образцы трехмерных нанобиоконструкций
• Подготовлена методика визуализации лазерного соединения нанокомпозитного имплантата с костным каналом.
• Осуществлено материально-техническое обеспечение экспериментальных работ по исследованию взаимосвязи между структурой и свойствами образцов биосовместимых каркасов и установлению физико-механических свойств трехмерных нанобиоконструкций, а также по обеспечению испытаний экспериментальных образцов.