Фантом мозга человека для подготовки нейрохирургических операций
Руководитель проекта: Салимон А.И., доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС
Аннотация: Нейрохирургические операции на головном мозге относятся к числу наиболее сложных, высокотехнологичных и ответственных. Рост числа инсультов, опухолевых и нейродегенеративных заболеваний (болезни Альцгеймера, Паркинсона, склеротические заболевания) головного мозга требует применения «классических» контактных (механические зонды, ножи, иглы и т.п.) и современных бесконтактных методов лечения, в том числе лучевых: лазерного и киберножей с использованием потока позитронов, нейтронов и др. Риск ошибок и неудачных операций по-прежнему остается высоким, причём их последствия для пациентов оказываются особенно драматичными, так как мозг является исключительно сложным объектом как в анатомическом (близкое соседство сосудов, важнейших нервных центров, желез гипоталамуса, гипофиза и др.), так и в механическом отношении.
Одним из способов сокращения ошибок и неудачных операций является создание фантомов — полноразмерных, анатомически и механически адекватных копий мозга человека для проведения тренировок перед плановыми операциями. Наиболее совершенные фантомы должны воспроизводить все анатомические особенности оперативной области мозга пациента: сгустки крови после инсульта, крупные кальцифицированные склеротические бляшки, диагносцированные опухоли и т.п., соседние мозговые оболочки, крупные кровеносные сосуды. Данные анатомические детали, их размеры и форма уточняются средствами КТ/МРТ для построения цифровой модели мозга конкретного пациента. Далее фантом должен за разумное время изготавливаться с помощью аддитивных технологий из материалов (3Д-печать), близких по механическим свойствам к таковым для естественных тканей человека.
Обучающимся предлагается решить ряд задач по созданию фантома головного мозга человека:- Разработать цифровую З-Д модель мозга и/или его крупного участка.
- Разработать материалы для различных элементов фантома и испытать их механические свойства.
- Разработать технологию получения фантома здорового мозга или его крупного участка.
- Разработать технологию получения фантома мозга или его крупного участка с дефектом, моделирующим повреждение в результате инсульта.
- Провести тренировочную нейрохирургическую операцию на фантоме мозга по удалению дефекта, моделирующего повреждение в результате инсульта.
Партнеры проекта: Центр энергетических технологий, Сколковский институт науки и технологий (Сколтех)
Биоматериалы и тканеинженерные конструкции для реконструктивной хирургии
Руководитель проекта: Сенатов Ф.С, доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС
Аннотация: Ежегодно из-за травм и болезней тысячи людей нуждаются в восстановлении поврежденных костей. Часто для этого приходится прибегать к установке имплантатов. Для создания «идеального» костного имплантата необходимо добиться не только сращивания искусственного материала с костью, но и функционирования имплантата подобно натуральной кости.
В рамках проекта участники должны будут:
- подобрать биосовместимый полимерный материал для создания костного имплантата;
- разработать архитектуру имплантата методами 3D-моделирования,
- создать замену кости методом 3D-печати
- сформировать на его основе клеточно- и тканеинженерные конструкции с использованием клеток млекопитающих
- оценить в тестах in vitro цитотоксичность при взаимодействии с клетками.
Такой подход позволяет реализовать индицидуализированный подход к каждому конкретному пациенту.
Партнеры проекта: ООО «Biomimetix»
Наноструктуризация и исследование полученных свойств поверхности титановых сплавов медицинского применения
Руководитель проекта: Гостева Е.А., доцент кафедры кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ МИСИС
Аннотация: На сегодняшний день в качестве исходного материала для изготовления имплантируемых медицинских изделий, таких, как компоненты эндопротезов крупных суставов человека, пластин для остеосинтеза, интрамедуллярных стержней используют титановый сплав Ti-6Al-4V (ВТ6). В качестве упрочняющей добавки в нем используют ванадий (V 4%), который позволяет улучшить механические свойства имплантатов. Однако наличие ванадия потенциально может оказывать токсическое действие на клетки и живые ткани в организме человека. Ввиду чего необходимо провести разработку и исследование защитных покрытий имплантатов, которое бы препятствовало диффузии (проникновению) ванадия из сплавов в организм человека.
Помимо этого, для лучшего приживление имплантатов, необходимо создать развитую поверхность и изучить влияние шероховатости поверхности имплантатов на скорость фиброинтеграции (приживления имплантатов).
В рамках проекта будут сформированы образцы с разной степенью шероховатости поверхности, полученной с помощью химического травления имплантатов и пассивации полученных образцов различными защитными покрытиями, а также исследование свойств полученных имплантатов в зависимости от методов их получения.
Разложение воды под действием солнечного света при помощи электродов на основе пористого кремния
Руководитель проекта: Кречетов И.С, доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС, Гостева Е.А., доцент кафедры кафедры материаловедения полупроводников и диэлектриков НИТУ МИСИС.
Аннотация: Реакция разложения воды на водород и кислород под действием солнечного света давно привлекает внимание исследователей, поскольку водород является удобным топливом, а вода — доступным и дешевым реагентом, а солнечная энергия — экологически чистым и бесплатным источником энергии. Первое устройство для возможности разложения воды под действием солнечного света описали Фудзисима и Хонда. Оно состояло из фотоанода из диоксида титана и платинового катода, помещенных в водный раствор электролита и разделенных пористой перегородкой. При освещении фотоанода на нем выделялся кислород, а на катоде — водород. Новые варианты воплощения таких фотолизных элементов удалось создать в связи с успехами наноэлектрохимии и появлением таких новых средств, как нанопористые подложки, нанотрубки, наномембраны и т.д. Дело в том, что при переходе к размерам частиц порядка нескольких нанометров, в материалах появляются новые свойства, которые позволяют решить такие основные проблемы водородной энергетики, как увеличение КПД системы и предотвращение коррозии фотоэлектродов.
В результате проекта планируется получить фотоэлектролизное устройство с электродами на основе пористого кремния, диоксида титана, графена. Подобрать оптимальные параметры электродов в зависимости от свойств используемого материала, разработать устройство для реализации процесса разложения воды, испытать разработанную ячейку и получить данные о ее эффективности. Сравнить эффективность устройств, использующих различные материалы для фотоанода.
