Регистрация / Вход
Прислать материал

14.575.21.0044

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.575.21.0044
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Название доклада
Лазерная нанокомпозитная сварка биологических тканей и органов человеческого организма
Докладчик
Герасименко Александр Юрьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
• Разработка нового типа малогабаритного аппарата для лазерной сварки биологических тканей.
• Усовершенствование технологии изготовления и применения нанокомпозитных биоприпоев путем выбора их компонентов, влияющего на прочность сварных швов биотканей. лазерной сварки биологических тканей, и характеристик источника лазерного излучения и состава нанокомпозитных биоприпоев, влияющих на прочность и биосовместимость сварных швов биотканей.
• Разработка лазерного метода самосборки объемных наноуглеродных каркасов для самоорганизации на них клеточного материала при восстановлении трехмерной структуры свариваемых биологических тканей.
• Поиск новых искусственных углеродных наноматериалов, способствующих росту клеточных структур различных биологических тканей.
• Отбор и культивирование биологических клеток для специального носителя клеток, создаваемого на основе биосовместимых нанокомпозитов.
• Оптическое стимулирование роста и дифференциации клеток на наноуглеродных каркасах в результате лазерной сварки тканей.
• Введение культуры клеток в нанокомпозитную матрицу и их размножение с целью восстановления биологических тканей при лазерной сварке.
Актуальность и новизна исследования
Одним из важнейших этапов хирургической операции является соединение разрезов поврежденных органов и биологических тканей. Для восстановления их целостности традиционно используют сшивающие аппараты и шовные материалы, а также бесшовные клеящие вещества, УЗ и электрическую сварку тканей. Однако, данные методы обладают недостатками, связанными с отсутствием герметичности раны, сдавливанием швами, краевой некроз тканей, образование грубого рубца, снижение прочности и токсичность некоторых видов клеев во времени, электромеханические эффекты, опасные для целостности соседних хрящевых и мягких тканей при использовании УЗ и электрической сварки.
Существует возможность соединения повреждённых органов и тканей с помощью лазерной сварки (ЛС) биотканей, которая сохраняет все лучшие стороны лазерной хирургии. К достоинствам ЛС биотканей относится быстрота процедуры, создающей гидроизоляцию места сварки. Применение волоконных световодов позволяет работать с закрытыми операционными полями, облегчая использование эндоскопических и лапароскопических методов. Разработка инновационных систем мониторинга и контроля характеристик области сваривания обеспечивает адресное воздействие излучения, исключающее повреждение прилегающих здоровых биотканей. При проведении процедуры ЛС предложено применение нанокомпозитного припоя, который наносятся в области соединения тканей. Припой интенсивно поглощает лазерное излучение, обеспечивая сцепление краев раны, увеличение прочности получаемых сварных швов, а также создание объемных биосовместимых наноуглеродных каркасов, на которых осуществляется самоорганизация клеточного материала, приводящая восстановления трехмерной структуры биоткани.
Описание исследования

В рамках ПНИ были выполнены следующие работы:

Теоретические исследования научно-технических основ построения аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Разработка алгоритма и программного обеспечения, описывающее взаимодействие лазерного излучения с биологическими тканями в присутствии нанокомпозитных припоев.

Выбор и обоснование оптимального варианта конструкции макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Поиск новых искусственных наноматериалов, способствующих росту клеточных структур различных биологических тканей.

Усовершенствование технологии изготовления и применения нанокомпозиционных припоев путем выбора их компонентов, влияющего на прочность сварных швов биотканей.

Разработка и исследование научно-технических основ лазерной сварки биологических тканей.

Выбор и обоснование оптимального варианта состава нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей.

Метод и программное обеспечение для осуществления визуализации зоны лазерного сваривания биологических тканей.

Методика изготовления нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей.

Комплексные исследования с целью выбора наиболее эффективных составов нанокомпозитных припоев.

Разработка программы и методик испытаний экспериментальных образцов нанокомпозитного припоя и макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Разработка программного обеспечения для контроля и управления макетом аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Разработка алгоритма управления макетом аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Проведение испытаний экспериментального образца нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей.

Разработка излучающей системы макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Разработка системы визуализации зоны лазерного сваривания биологических тканей.

Разработка системы термостабилизации зоны действия макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Разработка системы подачи нанокомпозитного припоя в зону лазерного сваривания биологических тканей.

Изготовление образцов композитных материалов с объемными наноуглеродными каркасами для самоорганизации клеточного материала при восстановлении трехмерной структуры биологических тканей.

Отбор и культивирование клеток для специального носителя, создаваемого на основе биосовместимых нанокомпозитов.

Изготовление излучающая системы макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Изготовление системы визуализации зоны лазерного сваривания биологических тканей.

Изготовление системы термостабилизации зоны лазерного сваривания биологических тканей.

Изготовление системы подачи нанокомпозитного припоя в зону лазерного сваривания биологических тканей.

Изготовление макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Проведение испытания макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Проведение экспериментальные исследования взаимодействия излучения аппарата для лазерной сварки биологических тканей с нанокомпозитным припоем.

Проведение компьютерного моделирования взаимодействия излучения аппарата для лазерной сварки биологических тканей с нанокомпозитным припоем.

Введение культуры клеток в нанокомпозитную матрицу и размножение клеток для восстановления биологических тканей при лазерной сварке.

Оптическое стимулирование роста и дифференциации биологических клеток на наноуглеродных каркасах в процессе лазерной сварки тканей.

Доработка по результатам испытаний макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Доработка эскизной конструкторской документации на макет аппарата для лазерной сварки биологических тканей по результатам испытаний.

Разработка медико-технических требований на макет аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

Выработка рекомендаций по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики.

Подготовка проекта ТЗ на проведение ОКР по результатам ПНИ на тему: «Разработка аппарата для лазерной сварки биологических тканей».

Маркетинговые исследования с целью изучения перспектив реализации РИД, полученных при выполнении ПНИ.

Технико-экономическая оценка полученных результатов ПНИ.

Результаты исследования

В ходе выполнения ПНИ получены следующие научно-технические результаты:

- Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:

а) обзор и анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ;

б) выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований в рамках ПНИ;

в) результаты разработки и исследования научно-технических основ лазерной сварки биологических тканей;

г) обобщение и оценка существующих методов лазерной сварки биологических тканей, научное прогнозирование результатов применения лазерной сварки биологических тканей в практической медицине;

д) теоретическое описание взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями в присутствии нанокомпозитных припоев;

е) теоретическое обоснование построения малогабаритного аппарата для лазерной сварки биологических тканей;

ж) выбор и обоснование оптимального набора компонентов нанокомпозитных припоев, обеспечивающих прочность лазерного сварочного соединения рассеченных органов и биотканей;

з) выбор и обоснование оптимального варианта конструкции макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей;

и) результаты экспериментальных исследований взаимодействия излучения аппарата для лазерной сварки биологических тканей с нанокомпозитным припоем;

к) результаты визуализации процесса лазерной сварки биологических тканей;

л) результаты введения культуры биологических клеток в нанокомпозитную матрицу и размножения клеток;

м) результаты оптического стимулирования роста и дифференциации биологических клеток на наноуглеродных каркасах в процессе лазерной сварки тканей.

- Программное обеспечение визуализации процесса лазерной сварки биологических тканей.

- Технология изготовления и применения нанокомпозитных биоприпоев путем выбора их компонентов, влияющего на прочность сварных швов биотканей. лазерной сварки биологических тканей, и характеристик источника лазерного излучения и состава нанокомпозитных биоприпоев, влияющих на прочность и биосовместимость сварных швов биотканей.

- Методика изготовления нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей.

- Программа и методики испытаний нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей.

- Программа и методики испытаний макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

- Программное обеспечение контроля и управления макетом аппарата для лазерной сварки биологических тканей.

- Конструкторская документация эскизного проекта на аппарат для лазерной сварки биологических тканей.

- Эскизная конструкторская документация.

- Медико-технические требования на аппарат для лазерной сварки биологических тканей.

- Рекомендации по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики.

- Проект ТЗ на проведение ОКР по результатам ПНИ на тему: «Разработка аппарата для лазерной сварки биологических тканей».

- Технико-экономическая оценка полученных результатов ПНИ.

- Отчет о маркетинговых исследованиях с целью изучения перспектив реализации РИД, полученных при выполнении ПНИ.

Практическая значимость исследования
В результате ПНИ разработан макет аппарата и нанокомпозитный припой для лазерной сварки биотканей, которые при проведении хирургической операции обеспечивают: - повышенную адгезию тканей, увеличивая их прочность на разрыв в первое время после сварки; - самосборку объемных наноуглеродных каркасов припоя для самоорганизации на них клеточного материала при восстановлении трехмерной структуры свариваемых биотканей; - термическую стабильность нанокомпозитного припоя, которая допускает его длительное нагревание аппаратом для лазерной сварки, что дополнительно способствует инактивации вирусов; - малокровное, быстрое и малотравматичное для пациента выполнение оперативных вмешательств, - надежный гемостаз.
Потребителем планируемых результатов ПНИ в первую очередь является индустриальный партнер - АО «Зеленоградский инновационно-технологический центр» (АО «ЗИТЦ»). АО «ЗИТЦ» обладает современной инфраструктурой, главной целью которой является формирование достаточных условий для обеспечения полноценного процесса создания конкурентоспособной наукоёмкой и высокотехнологичной продукции посредством предоставления современных научно-производственных площадей и доступа к исследовательскому и технологическому оборудованию, а также способствует передаче разработанной продукции в реальный сектор экономики.
Основными областями применения результатов ПНИ, являются восстановительная и пластическая хирургия, а также перинатальная медицина. Практическое внедрение результатов включает получение охранных документов на изобретения, публикацию в высокорейтинговых журналах, участие во Всероссийских и Международных мероприятиях для освещения и популяризации результатов ПНИ.
Дальнейшее развитие проекта возможно в рамках ОКР с проведением клинических исследования аппарата и композитных наноприпоев для лазерной сварки биотканей совместно с медицинским партнером - Московским областным научно-исследовательским клиническим институтом им. М.Ф. Владимирского. Далее аппарат и композитные наноприпои для лазерной сварки биотканей будут зарегистрированы, как изделия медицинского назначения в ФГБУ "ВНИИИМТ" Росздравнадзора. Аппарат и нанокомпозитный припой для лазерной сварки будут коммерчески легкодоступным для большинства медицинских учреждений РФ.