Ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ) создают костные имплантаты из полимеров, по свойствам приближенных к человеческой ткани и обеспечивающих достаточную прочность для выдерживания физиологических нагрузок. Речь о скаффолдах — трехмерных пористых матрицах, обеспечивающих механический каркас для клеток.

По словам ученых, лечение дефектов твердых тканей критических размеров представляет собой серьезную проблему в клинической практике. Чтобы преодолеть недостатки стандартных методов терапии с использованием донорской кости, таких как ограниченная доступность, потенциальная передача заболеваний и отторжение, разрабатываются синтетические материалы и методики, включающие 3D-печать.

«Скаффолды представляют собой трехмерные пористые или волокнистые структуры, предназначенные для использования в качестве механической поддержки для роста клеток и регенерации тканей. В идеале они должны обладать специфическими свойствами, способствующими развитию функциональной костной ткани. Со временем они рассасываются и костная ткань пациента восстанавливается».Такие имплантаты позволяют заместить участок кости с сохранением микрогеометрических параметров материала пациента.

Перспективный материал для изготовления анодов — отрицательных электродов в аккумуляторах — предложили исследователи из Казанского федерального университета совместно со специалистами из Аракского университета (Иран). Это высокопористая структура, которая обладает хорошей адсорбирующей способностью. Новое соединение было получено методом компьютерного моделирования.

Согласно расчетам, предложенный материал в среднем увеличит емкость накопителей энергии в 1,5–2 раза по сравнению с современными литийионными батареями. Кроме того, аккумуляторы, изготовленные с его использованием, смогут быстрее восстанавливать и выдерживать больше циклов зарядки-разрядки.

«Ионы играют ключевую роль при накоплении и передаче энергии. Они перемещаются от анода к катоду, высвобождая электроны, которые образуют электрический ток, а при зарядке возвращаются обратно к аноду. От способности анодного материала удерживать ионы зависит емкость аккумулятора».

В процессе исследования было показано, что поры предложенного соединения могут накапливать большое количество ионов металлов. Причем традиционно применяемый для батарей литий можно заменить на магний, натрий, цинк и другие металлы. Это поможет создать альтернативу распространенным в настоящее время литийионным батареям во многих устройствах — электронных гаджетах, робототехнике, электромобилях и т.п.

Ученые Университета штата Северная Каролина и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл создали новый класс материалов под названием «стеклянные гели», чьи уникальные свойства делают их перспективными для практического применения в будущем. 

Стеклянные гели сочетают свойства гелей и стеклообразных полимеров, которые ранее считались различными классами материалов. Стеклообразные полимеры твердые, жесткие и хрупкие, тогда как гели мягкие, эластичные и содержат жидкость. Новые стеклянные гели, которые на 50 процентов состоят из жидкости, так же тверды, как стеклообразные полимеры, но могут растягиваться в пять раз от своей первоначальной длины без разрушения.

Для создания стеклянных гелей исследователи смешивали жидкие предшественники стеклообразных полимеров с ионной жидкостью. Полученную смесь заливали в форму и подвергали воздействию ультрафиолета, который «отверждает» материал. Затем форму удаляли, оставляя стекловидный гель.

Стеклообразные гели можно создавать из множества различных полимеров и ионных жидкостей. Основное отличие состоит в том, что из-за большого содержания жидкости гели являются очень эффективными проводниками электричества. Ионная жидкость раздвигает молекулярные цепи полимера, что позволяет ему растягиваться, но сильное притяжение ионов препятствует движению цепей, делая материал твердым.

Дополнительные тесты показали, что стекловидные гели не испаряются и не высыхают, несмотря на высокое содержание жидкости. Исследователи также отметили высокую клейкость поверхности материала, что необычно для твердых материалов.