Протеза от ауксетици расте заедно с детето, на което е поставена

Учени от Пермския национален изследователски политехнически университет, Русия, създават протеза, която е в състояние да расте заедно с детето, на което е поставена. За разработването на протезите екипът използва ауксетик (материал с отрицателен коефициент на Поасон, който при разтягане става по-дебел перпендикулярно на приложената сила). Предимството е, че протезата може да се разтяга с времето, а това позволява на детето да я носи по-дълго време.

Растящата протезата

За създаването на този вид протеза учените най-напред разработват и създават триизмерни модели, след което отпечатват прототипи на 3D принтер. Подлагат получените проби на натоварвания на опън, за да определят дали свойствата на материала съответстват на вече проектирания модел. Проверяват още и дали е възможно чрез промяна на параметрите на конструкцията да бъдат настроени предварително необходимите характеристики за части от бъдещата протеза.

Проучването показва, че 3D моделите имитира правилно механичното поведение на пробите при деформация.

>>>Лекари от „Еврохоспитал“ спасиха крака на дете, страдащо от сарком на Юинг, чрез иновативна операция

Следващата стъпка на екипа е поставянето на пълнител в кухините на пробите, който позволява отговорът на структурата на протезното гнездо към външните влияния да бъде контролиран. Придават различни свойства на пълнителя и изследват как те влияят на поведението на цялата ауксетична структура - проучват способността на материала, а в бъдеще и на протезата, да се адаптира, тоест да се разширява или свива съразмерно.

В основата на разработката е използването на ауксетик. За разлика от обичайните материали, той намалява по размер при натоварване от натиск и се увеличава при опън. Необичайните свойства на този вид материали стават възможни и действат благодарение на специалния дизайн на конструкцията.

Както поясняват авторите, тя представлява специално проектирани елементарни клетки. Образува решетъчна структура, която напомня много модифицирана пчелна пита. Може да бъде възпроизведена с помощта на 3D принтиране.

Предимството на ауксетиците е, че притежават адаптивни свойства, които могат да бъдат използвани при проектирането на протезни гнезда. Подобни структури и в момента се използват за разработването на нови видове стентове като специалните конструкции за разширяване и поддържане на стеснени или запушени артерии.

>>>Хирурзи от УМБАЛ „Лозенец“ спасиха живота на жена на 81 години

„Нужно е фундаментално разбиране за това как пълнителят влияе върху твърдостта и здравината на композитите с ауксетична решетка, но и за това как точно неговите параметри могат да бъдат използвани за промяна на адаптационните характеристики, включително екзопротезните гнезда“, обяснява един от авторите Михаил Ташкинов, водещ научен сътрудник в лабораторията „Механика на биосъвместимите материали и устройства“ в Пермския изследователски университет.

За предимствата и ползата

Главното предимство на материала се състои в това, че за всеки пациент и за всеки индивидуален биомедицински продукт се избира собствена комбинация от ауксетична решетка и пълнител с избрани свойства.

Авторите на растящата с времето протеза смятат, че разработеният от тях дизайн представлява нов етап в развитието на технологиите за протезиране и създаване на импланти от една страна, а от друга открива нови възможности пред съвременната медицина.

>>>Рискова операция на екипа на проф. Кинов от ИСУЛ връща възможността на възрастен мъж да се движи

Както пишат авторите в статията, публикувана в списание Polimers: „Показахме, че промяната в еластичните свойства на пълнителя може да намали драстично способността на структурата да запази отрицателната стойност на коефициента на Поасон. Този ефект може да се използва за приспособяване и предсказване на поведението на структурите на ауксетичната решетка, които са проектирани да се използват в контакт с околната среда, например, в биомедицински приложения.“

Особено значение има фактът, че няма да се налага смяна на протезите на всеки шест месеца или година и половина. Наложително е при децата, които растат. В този смисъл изследванията на пермските учени ще способстват за подобряване технологията за създаването на детски протези.