Ученые изучили гидродинамическое поведение частиц микрогеля при взаимодействии с гладкой стеклянной и неоднородной нановолокнистой поверхностями в процессе трехмерной печати биополимерами. Они исследовали максимальный диаметр растекания частицы микрогеля в зависимости от свойств жидкости и характеристик поверхности.
В ходе экспериментов политехники вывели эмпирическую формулу, с помощью которой можно прогнозировать процесс послойной биопечати применительно к технологии тканевой биоинженерии, а также заранее выбирать наиболее эффективный полимер и его оптимальную концентрацию для решения конкретных задач. В перспективе это поможет повысить функциональные возможности промышленных и биомедицинских технологий, основанных на использовании полимерных жидкостей со сложной структурой.
Александра Пискунова, инженер-исследователь лаборатории тепломассопереноса, отметила:
Использование формулы поможет оптимизировать процесс биопечати. Она является универсальной для расчетов. Зная всего два параметра, — шероховатость поверхности и степень гелеобразования микрогеля — мы можем подставлять их в выражение и прогнозировать диаметр максимального растекания капли/частицы для разных гелеобразных жидкостей и разных по шероховатости поверхностей. С помощью данного уравнения можно рассчитывать площади формирования биополимерного слоя толщиной в одну и две частицы. В перспективе реализация подобной технологии обеспечит мобильное одноэтапное формирование заданного по площади слоя из частиц-контейнеров микрогеля, засеянных, например, живыми клетками
Исследование проводится при поддержке гранта Российского научного фонда. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Langmuir (Q2; IF:3,9).
Эффект соударения капли жидкости со стенкой лежит в основе многих технологий и практических приложений. Например, взаимодействие частиц микрогеля с поверхностью определяет формирование полимерного слоя на каркасе из нановолокон в процессе биопечати. Ранее поведение сложной частицы геля микронных размеров, которая имеет жидкое ядро и твердую оболочку, учеными не изучалось.
Эксперименты проводились для гидрофобных (отталкивающих воду) поверхностей. В планах ученых провести аналогичные исследования для гидрофильной (впитывающей) поверхности. Также будут учтены новые характеристики поверхности, такие как пористость, диаметр нановолокна, расстояние между нановолокнами, их расположение, смачиваемость. Это расширит диапазон применимости полученных фундаментальных и прикладных результатов.
