Молодой учёный РТУ МИРЭА раскрыл механизмы управления свойствами функциональных гидрогелевых материалов для технологий 3D-печати

Преподаватель РТУ МИРЭА Андрей Мошин впервые провёл экспериментальное исследование процессов тепло- и массопереноса внутри гидрогелевых сред, выступающих основным материалом («чернилами») для создания биологических конструктов. Полученные результаты позволяют перейти к целенаправленному проектированию функциональных материалов для регенеративной медицины, что открывает перспективы для создания искусственных тканей и органов со сложной архитектурой.   

Гидрогели, будучи желеобразными материалами, широко применяются в качестве каркасных основ для биопечати. Однако до настоящего времени процессы, связанные с распределением температуры и переносом вещества в объёме гидрогеля в ходе печати, оставались недостаточно изученными, что ограничивало возможность прогнозирования стабильности и поведения живых клеток микроорганизмов. Проведённая работа даёт исчерпывающее описание указанных процессов.   

Научная новизна исследования заключается в разработке методики визуализации и количественного анализа скрытых параметров. Созданный специализированный оптический комплекс обеспечивает мониторинг пространственно-временного распределения температуры в гидрогеле в режиме реального времени.
 
Разработанный инновационный оптический подход позволил впервые экспериментально выявить и количественно описать ключевые закономерности массопереноса в трёхмерной структуре гидрогелей, а также создать высокоточную методику прогнозирования диффузионных процессов на основе метода случайного блуждания.   

Ключевым практическим достижением стала демонстрация возможности направленного изменения физико-химических свойств гидрогелей. Экспериментально установлено, что введение в матрицу гидрогеля малых количеств графена приводит к значительной интенсификации процессов тепло- и массообмена. Это открывает путь к созданию материалов с заданной проводимостью, что является критически важным, в частности, для инженерии васкуляризированных тканевых структур.   

Результаты работы имеют выраженную прикладную направленность и воплощены в виде готовых технологических решений: специализированной конструкции 3D-принтера с запатентованными конструкциями аппаратов для объёмного культивирования клеток и зарегистрированной программы для ЭВМ, моделирующей процессы тепло- и массопереноса в гидрогелях. Практическая значимость также подтверждена официальными письмами индустриальных партнёров из г. Москвы и г. Казани.