Николай Захаров, молодой ученый из Российского технологического университета МИРЭА, разработал экспериментальную методику для диагностики и управления нестационарными процессами тепло- и массопереноса в 3D-принтерах для биопечати на основе гелей.
Применение гелей в биопечати ― одно из перспективных направлений развития регенеративной медицины. С их помощью восстановливают и выращивают поврежденные ткани и органы человека. В технологии 3D-биопечати гидрогели используются в качестве основы, на которую в определенном порядке накладываются живые клетки. Клетки одного типа в геле группируются и образуют готовый орган. Слияние клеток происходит в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Гидрогели обладают набором уникальных свойств: являются биологически нейтральными для живых клеток, проявляют свойство тиксотропии ― восстановления структуры после механического разрушения или перехода из жидкого состояния в гелеобразное и обратно при нагреве, что особенно важно в послойной 3D-биопечати. Однако живым клеткам необходимо обеспечить условия выживания, которые, в частности, зависят от степени теплового нагрева гелей. А для формирования пригодного для имплантации человеку органа необходимо создание специальных условий с наличием искусственной сети капилляров для возможности управляемой подачи питательных элементов и кислорода.
Решение всех этих сложнейших задач требует неинвазивных методов исследования. Для этого был разработан бесконтактный способ диагностики гелевых систем на основе оптической голографии и высокоскоростной видеосъемки.
«Мне удалось впервые получить видеокадры, демонстрирующие особенности теплообмена в процессе нестационарного нагрева гидрогеля ― материала с анизотропными свойствами (неодинаковыми физико-химическими свойствами в объеме геля), ― рассказал Николай Захаров. ― Метод позволяет в режиме реального времени увидеть процесс прогрева сложной структуры геля и зафиксировать время начала его плавления, а с помощью встроенного градиентного датчика были зарегистрированы предельные тепловые потоки, соответствующие этому моменту. Опубликованы новые результаты по теплопроводным и оптическим свойствам гелей»,