Композиционный материал на основе хитозана для тканевой инженерии и регенеративной медицины

Учеными из Института высокомолекулярных соединений Российской академии наук (ИВС РАН) был разработан способ получения наноструктурированных композиционных материалов на основе хитозана с высокими механическими характеристиками, перспективных для применения в тканевой инженерии и регенеративной медицины.

Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом журнале Carbohydrate Polymers [Kodolova—Chukhontseva V.V., Dresvyanina E.N., Maevskaia E.N., Dobrovolskaya I.P., Koroleva M.R., Vlasova E.N., Ivan‘kova E. M., Elokhovskii V.Y., Yudin V.E., Morganti P. Influence of chitin nanofibrils ultrasonic treatment on structure and properties of chitosan—based composite materials // Carbohydrate Polymers. ‒ 2022. ‒ T. 285. DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119194].

Хитозан – биологическая клетчатка – находит все более широкое применение в биотехнологиях, тканевой инженерии и регенеративной медицине, благодаря уникальным свойствам, таким как биосовместимость, биорезорбируемость, антибактериальная и фунгицидная активность, анестезирующее, ранозаживляющее и гемостатическое свойства, отсутствие цитотоксичности как самого полимера, так и продуктов его биоразложения.

Проявление размерного эффекта – характерная особенность наноматериалов и предмет систематических исследований, поскольку это связано с существенным изменением их физико-химических свойств. Ученые ИВС РАН исследовали влияние параметров ультразвуковой обработки водной дисперсии нанофибрилл хитина на структуру, прочностные и деформационные свойства композиционных пленок и волокон на основе хитозана, модифицированных нанофибриллами хитина.

Модельный расчет параметров кавитации, предоставленный Удмуртским федеральным исследовательским центром РАН, позволил определить оптимальное время ультразвукового диспергирования нанофибрилл хитина для получения высокопрочных композиционных материалов. Данные светорассеяния, ИК-спектроскопии и электронно-микроскопических исследований показали, что оптимальное время ультразвуковой обработки водной дисперсии нанофибрилл хитина – 4-10 минут. Для образцов неориентированной пленки оптимальное время диспергирования хитина составляет 4 мин; при этом нанофибриллы хитина образуют достаточно крупные плоские структуры, шириной до 2 микрометров, равномерно распределенные в хитозановой матрице. Это приводит к улучшению деформационных характеристик (43 ± 7,5 %) и увеличению прочности образцов композиционных пленок (130 ± 11 Мпа) После ультразвуковой обработки в течение 10 минут частицы разделяются на отдельные нанофибриллы (средний поперечный размер 20 нм). Это время обработки является оптимальным для получения ориентированных композиционных волокон с лучшими характеристиками (прочность 226 ± 4,8 МПа, деформация при растяжении 10 ± 0,6 %).

«Мы надеемся, что полученные результаты найдут применение при изготовлении ранозаживляющих и гемостатических материалов, а также  композитных материалов для устранения дефектов костной ткани», – прокомментировала Ирина Петровна Добровольская, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Механики полимеров и композиционных материалов» ИВС РАН.

#статьиQ1