RU2347740C1 - Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов - Google Patents
Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347740C1 RU2347740C1 RU2007133370/15A RU2007133370A RU2347740C1 RU 2347740 C1 RU2347740 C1 RU 2347740C1 RU 2007133370/15 A RU2007133370/15 A RU 2007133370/15A RU 2007133370 A RU2007133370 A RU 2007133370A RU 2347740 C1 RU2347740 C1 RU 2347740C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanostructurisation
- laser
- solution
- carbon nanotubes
- nanomaterial
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области лазерной техники, используемой в нанотехнологических целях, а именно к способам наноструктурирования объемных биосовместимых наноматериалов под действием лазерного облучения. Целью изобретения является наноструктурирование объемного биосовместимого наноматериала под действием лазерного облучения. Указанная цель достигается путем лазерного облучения коллоидного водно-белкового раствора углеродных нанотрубок вплоть до испарения жидкостной составляющей раствора. Заявленный способ позволяет широко варьировать свойства получаемого материала и обеспечивает биологическую чистоту продукта за счет дистанционности воздействия. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области лазерной техники, используемой в нанотехнологических целях, а именно к способам наноструктурирования объемных биосовместимых наноматериалов под действием лазерного облучения.
Одна из важных задач современной нанотехнологии состоит в создании искусственных хирургических имплантатов человеческих органов. Обычно применяемые в этих целях эндо- и экзопротезы остродефицитны и дорогостоящи; металлические имплантаты должны быть заменяемы после непродолжительной эксплуатации операционным путем, что вызывает болезненные ощущения и дискомфорт пациентов; пластиковые имплантаты недостаточно прочны и недолговечны.
Вместе с тем существует принципиальная возможность решения этих проблем при использовании имплантатов из заполняющих наноматериалов, в частности, из композиций на основе углеродных нанотрубок. Как следует из данных [1, 2], на углеродных нанотрубках могут расти и развиваться нервные и костные клетки. Это открывает пути самосборки биологических тканей на высокопрочном нанотрубочном каркасе.
Известны двумерные нанотрубочные конструкции, выполняемые на ориентирующих кварцевых и т.п. подложках [3]. Однако обязательным условием использования наноматериалов для заполнения имплантатов является их изготовление в виде объемных композиций.
Известен способ применения лазерного облучения для формирования выпуклых структур на поверхности полимерных материалов (эффект лазерного свеллинга) [4]. Однако в этом случае возникают только поверхностные наноструктуры, высотой до 0,1 мкм при диаметре около 0,2 мкм, а материал не является биосовместимым.
Наиболее близко к предлагаемому изобретению относится способ применения облучения ультрафиолетовым эксимерным лазером для получения нановыпуклых лучевых структур на различных материалах. Такие структуры предназначены, в частности, для создания нейрохирургических микроимплантатов в целях стимуляции нервных тканей [5]. Однако и в этом случае речь идет только о поверхностных наноструктурах высотой не более 0,08 мкм.
Задача настоящего изобретения состоит в наноструктурировании объемного биосовместимого наноматериала под действием лазерного облучения.
Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов включает лазерное облучение коллоидного водно-белкового раствора углеродных нанотрубок вплоть до испарения жидкостной составляющей раствора.
Сущность изобретения состоит в том, что тепловое действие лазерного излучения позволяет испарить жидкостную компоненту раствора и получить после испарения жидкости однородный композиционный наноматериал черного цвета, представляющий собой упорядоченную структуру сростков УНТ в модифицированном альбумине.
На фиг.1 приведена фотография стеклянного сосуда с наноматериалом, полученным после испарения жидкостной компоненты коллоидного водно-белкового раствора углеродных нанотрубок.
На фиг.2 приведены данные измерений характеристик пленки наноматериала на кремниевой подложке, полученные с помощью сканирующего зондового микроскопа. На фиг.2а показана диаграмма тока фотодиода, принимающего сигнал от кантилевера, который колеблется над сканируемой поверхностью. Фиг.2б демонстрирует характер топографии объекта при аналогичном сканировании кантилевера, светлые области представляли собой возвышенности, темные области - углубления.
Как видно из фиг.2в, наноматериал представляет собой объемную квазипериодическую композицию круглых или торообразных глобул, диаметр которых равнялся 200-500 нм, а видимая высота 30-40 нм. Анализ диаграмм тока фотодиода указывает на электрическую заряженность материала глобул, которые представляют собой свернутые в клубок УНТ, а разделяющий их слой - модифицированный альбумин.
На фиг.3 показан способ лазерного облучения коллоидного водно-белкового раствора углеродных нанотрубок. Фиг.3а демонстрирует расположение сосуда с раствором относительно источника излучения - диодного лазера с оптоволоконным выводом (λ=0,97 мкм, N≤10 Вт), снабженного световым целеуказателем. На фиг.Зб показан вид сосуда с раствором, освеченного целеуказателем (зеленое излучение).
Важным преимуществом лазерного наноструктурирования является дистанционность действия, что позволяет устранить вносимые загрязнения и обеспечить биологическую чистоту получаемого нанопродукта.
Состав композита, состоящий из биосовместимых компонент, обеспечивает и биосовместимость получаемого продукта, который может быть использован в качестве заполняющего материала хирургических имплантатов.
Достоинством наноматериала, получаемого после испарения жидкостной компоненты составляющего раствора, является также возможность варьирования консистенции наноматериала от стекло- до пастообразной в зависимости от интенсивности и длительности лазерного облучения. Стеклообразный наноматериал удобен для непосредственного применения в составе хирургического имплантата. Пастообразный наноматериал удобен для его нанесения на оперируемую поверхность биологической ткани при последующей лазерной сварке его с тканью.
Одной из перспективных областей применения пастообразного наноматериала является лечение врожденных пороков развития (ВПР) человека. Одним из наиболее распространенных видов ВПР являются пороки челюстно-лицевой области, из них 90% приходится на врожденные расщелины верхней губы и/или неба. Проблема лечения ВПР особо остро существует на фоне тенденций, с одной стороны, к снижению общей рождаемости и, с другой стороны, к росту числа детей с ВПР, которое составляет 1-12% всех новорожденных.
Практическая применимость предлагаемого способа наноструктурирования объемного биосовместимого наноматериала иллюстрируется указанными ниже стадиями его изготовления и данными исследования наноструктуры материала.
1. Стадия 1. В дистиллированной воде растворяют альбумин в концентрации от 10 до 50% и далее раствор диспергируют в ультразвуковой бане при температуре 40-50°С до получения однородного коллоидного раствора альбумина, обычно в течение 1-2 часов.
2. Стадия 2. В раствор со стадии 1 вводят углеродные нанотрубки в концентрации 1-5 г/л и далее раствор помещают в ультразвуковую баню и диспергируют в течение 3-5 час до получения однородного коллоидного водно-белкового раствора углеродных нанотрубок черного цвета.
3. Стадия 3. Раствор со стадии 2 заливают в стеклянный сосуд и облучают лазерным излучением в течение 10-30 мин до полного испарения жидкостной компоненты раствора и получения однородного композиционного наноматериала черного цвета.
Источники информации
1. US Patent No.6.670.179.
2. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. // М.: Университетская книга, Логос, 2006
3. L.Р.Zanello, B.Zhao, Н.Hu, R.С.Haddon. - Nano Letters, 2006, v.6, р.562.
4. А.Ю.Малышев, Н.М.Битюрин. - Изв. ВУЗОВ. Приборостроение, 2006, т.49, №9, с.9.
5. US Patent No.6.853.075.
Claims (1)
- Способ наноструктурирования объемного материала, характеризующийся тем, что проводят лазерное облучение коллоидного водного раствора альбумина, содержащего углеродные нанотрубки, вплоть до испарения жидкостной составляющей раствора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007133370/15A RU2347740C1 (ru) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007133370/15A RU2347740C1 (ru) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2347740C1 true RU2347740C1 (ru) | 2009-02-27 |
Family
ID=40529807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007133370/15A RU2347740C1 (ru) | 2007-09-06 | 2007-09-06 | Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347740C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456065C2 (ru) * | 2010-10-01 | 2012-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ | Способ микродозирования наноструктурных материалов |
RU2465312C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Нанотрубочный носитель для электрической стимуляции роста клеток и способ его изготовления |
RU2473368C1 (ru) * | 2011-08-23 | 2013-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Способ получения биосовместимого наноструктурированного композиционного электропроводящего материала |
RU2561343C2 (ru) * | 2013-08-19 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов |
RU2632114C1 (ru) * | 2016-07-22 | 2017-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Способ лазерной обработки нанокомпозитного покрытия имплантанта связки коленного сустава |
RU2633088C1 (ru) * | 2016-11-10 | 2017-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроника" | Способ получения биосовместимого наноматериала |
RU2636222C1 (ru) * | 2016-12-22 | 2017-11-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Биоприпой для лазерной сварки биологических тканей |
-
2007
- 2007-09-06 RU RU2007133370/15A patent/RU2347740C1/ru active
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456065C2 (ru) * | 2010-10-01 | 2012-07-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО ТГТУ | Способ микродозирования наноструктурных материалов |
RU2465312C1 (ru) * | 2011-04-01 | 2012-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Нанотрубочный носитель для электрической стимуляции роста клеток и способ его изготовления |
RU2473368C1 (ru) * | 2011-08-23 | 2013-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МИЭТ" (МИЭТ) | Способ получения биосовместимого наноструктурированного композиционного электропроводящего материала |
RU2561343C2 (ru) * | 2013-08-19 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов |
RU2632114C1 (ru) * | 2016-07-22 | 2017-10-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Способ лазерной обработки нанокомпозитного покрытия имплантанта связки коленного сустава |
RU2633088C1 (ru) * | 2016-11-10 | 2017-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроника" | Способ получения биосовместимого наноматериала |
RU2636222C1 (ru) * | 2016-12-22 | 2017-11-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | Биоприпой для лазерной сварки биологических тканей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2347740C1 (ru) | Способ наноструктурирования объемных биосовместимых материалов | |
Tong et al. | Near-infrared light control of bone regeneration with biodegradable photothermal osteoimplant | |
Su et al. | Effects of titanium nanotubes on the osseointegration, cell differentiation, mineralisation and antibacterial properties of orthopaedic implant surfaces | |
Facca et al. | In vivo osseointegration of nano-designed composite coatings on titanium implants | |
Li et al. | Evaluation of the osteogenesis and osseointegration of titanium alloys coated with graphene: an in vivo study | |
JP4907643B2 (ja) | 医療用インプラント | |
Yin et al. | Surface treatment of 3D printed porous Ti6Al4V implants by ultraviolet photofunctionalization for improved osseointegration | |
Fu et al. | Modulation of the mechanosensing of mesenchymal stem cells by laser-induced patterning for the acceleration of tissue reconstruction through the Wnt/β-catenin signaling pathway activation | |
Moravec et al. | Cell interaction with modified nanotubes formed on titanium alloy Ti-6Al-4V | |
Kiyama et al. | Micro patterning of hydroxyapatite by soft lithography on hydrogels for selective osteoconduction | |
Zhao et al. | The effects of surface properties of nanostructured bone repair materials on their performances | |
Zhang et al. | Endowing polyetheretherketone implants with osseointegration properties: in situ construction of patterned nanorod arrays | |
Yao et al. | Femtosecond laser-induced nanoporous layer for enhanced osteogenesis of titanium implants | |
Gerasimenko et al. | Frame coating of single-walled carbon nanotubes in collagen on pet fibers for artificial joint ligaments | |
Jia et al. | A biomimetic gradient porous cage with a micro-structure for enhancing mechanical properties and accelerating osseointegration in spinal fusion | |
Huang et al. | 3D gradient and linearly aligned magnetic microcapsules in nerve guidance conduits with remotely spatiotemporally controlled release to enhance peripheral nerve repair | |
Kingsak et al. | Cellular responses to nanoscale substrate topography of TiO2 nanotube arrays: cell morphology and adhesion | |
Shi et al. | An effective surface modification strategy to boost PEEK osteogenesis using porous CaP generated in well-tuned collagen matrix | |
Nguyen et al. | The effect of two-step surface modification for Ti-Ta-Mo-Zr alloys on bone regeneration: An evaluation using calvarial defect on rat model | |
Omrani et al. | Surface modification of poly (ether ether ketone) with a medlite C6 (ND-YAG Q-Switched) skin treatment laser | |
Savelyev et al. | Nonlinear optical characteristics of albumin and collagen dispersions with single-walled carbon nanotubes | |
Bobrinetskiy et al. | Cell adhesive nanocomposite materials made of carbon nanotube hybridized with albumin | |
Zainuddin et al. | Experimental calcification of HEMA-based hydrogels in the presence of albumin and a comparison to the in vivo calcification | |
Bai et al. | Carbon nanotube coating on titanium substrate modified with TiO2 nanotubes | |
RU2633088C1 (ru) | Способ получения биосовместимого наноматериала |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120802 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180614 Effective date: 20180614 |