НОВОСТИ О ФТОРОПЛАСТАХ

 

Умные материалы безопасны для здоровья человека, и могут быть использованы для изготовления имплантатов (или поверхностных покрытий для них), работающих в качестве датчиков. Композиты представляют собой новый тип умных материалов, которые состоят из разнородных компонентов (металлы, керамика, стекло, пластик, и т.д.). Для создания такого материала наполнитель с определенной устойчивостью и жесткостью помещается в гибкую матрицу. Различные составы и объемные соотношения матрицы и наполнителя создают широкий спектр материалов с заданными наборами характеристик.

 Композиты могут использоваться в различных областях, от строительства до энергетики, медицины и космических исследований. Полимерные композиты в настоящее время считаются одним из наиболее перспективных интеллектуальных материалов для биомедицинских применений.

Исследователи из Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта использовали этот подход для разработки интеллектуальных материалов для биологических имплантатов. Авторы исследования хотели, чтобы имплантат действовал в качестве датчика, например, для измерения температуры тела пациента и других показателей здоровья в режиме реального времени, а также для выпуска лекарств в организм пациента в заданных количествах и с заданными интервалами.

Чтобы создать такой имплант, ученым нужно было найти комбинацию материалов с требуемыми свойствами. В своем недавнем исследовании команда описала композитный материал, построенный из магнитных наночастиц Gd₅(Si,Ge)₄, включенных в матрицу фторопласта поливинилиденфторида (PVDF).

PVDF — это гибкий и биосовместимый (то есть безвредный для тела) фторполимер, который используется в качестве хирургического биоинертного шовного материала. Он также обладает пьезоэлектрическими свойствами: когда PVDF растягивается или сжимается, в нем возникает электрическое напряжение (это называется прямым пьезоэффектом), а когда на него подается напряжение, материал изменяется в размерах (обратный пьезоэффект). Благодаря этим свойствам PVDF эффективно используется в датчиках. Кроме того, он также используется для создания новых магнитоэлектрических материалов, таких как композитные сегнетомагнетики (мультиферроики). Магнитные и сегнетоэлектрические характеристики таких материалов взаимно управляемы, т.е. их электрические свойства можно контролировать с помощью магнитного поля, а магнитные характеристики - с помощью электрического. Благодаря своим свойствам PVDF может использоваться в качестве основы для покрытия имплантатов или даже самих имплантатов.

«Новизна нашего подхода заключается в использовании специфических магнитных частиц в качестве наполнителя пьезополимерной матрицы. Наряду с магнитными свойствами они также обладают магнитокалорическим эффектом, то есть изменяют свою температуру под воздействием магнитного поля. Магнитокалорические материалы являются перспективными для разработки альтернативных систем охлаждения, так называемых «магнитных морозильников». Также недавно было высказано предположение, что они могут быть использованы в биомедицинских назначениях», - сказал Карим Амиров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории новых магнитных материалов Балтийского федерального университета им. И. Канта (на фотографии сверху).

По словам Амирова, для создания магнитоэлектрических интеллектуальных композитов магнитокалорические вещества добавляются в ПВДФ (растворенный в диметилформамидном растворителе) и равномерно распределяются. После этого полимер высушивается в соответствии с определенным температурно-временной методикой. В результате получается гибкая пьезополимерная пластина заданной формы со встроенными магнитными частицами. Такая пластинка легко режется ножницами.

Таким образом, использование новых магнитокалорических частиц привело к созданию интеллектуального композитного материала, сочетающего магнитоэлектрические и магнитокалорические свойства. Первые делают материал сенсором, обнаруживающим как магнитные, так и электрические поля, а вторые превращают его в нагревательный или охлаждающий элемент в зависимости от изменений магнитного поля.

 

Источник: Space Daily