Новости Минобрнауки России/11.08.2025

Ученые из НИУ МИЭТ разработали биосовместимые композитные покрытия на основе коллагена и углеродных нанотрубок для медицинских имплантатов, контактирующих с кровью, таких как аппараты вспомогательного кровообращения. Материал обладает антитромбогенными свойствами. Результаты опубликованы в коллективной международной монографии Springer Nature Micro- and Nano-Systems in 21st-Century.

Сердечно-сосудистые заболевания остаются главной причиной смертности в мире, а имплантаты, призванные спасать жизни, часто обладают критической проблемой: кровь воспринимает их как угрозу, что может привести к летальному исходу пациента. Разработка ученых МИЭТ позволяет устранить этот недостаток имплантатов.

«Имплантируемые перекачивающие кровь устройства часто вызывают осложнения в виде тромбоза, что приводит к закупорке сосудов и гемолизу (разрушению красных кровяных телец) из-за контакта искусственных поверхностей с кровью. Традиционные методы антикоагулянтной терапии, например, применение гепарина, имеют серьезные ограничения, включая риск тромбоцитопении и необходимость постоянного мониторинга состояния крови. Мы разработали микрофлюидный чип, который является эффективной платформой, воспроизводящей реальные условия кровотока, включая высокие напряжения сдвига. Это позволило точно оценить, как покрытия ведут себя в динамике, а не в статической среде, как делалось ранее», — рассказала один из авторов статьи, сотрудница Института биомедицинских систем НИУ МИЭТ Кристина Попович.

По словам ученого, разработанные покрытия имитируют естественные свойства эндотелия сосудов, что позволяет снизить адсорбцию белков и активацию тромбоцитов. Другая важная составляющая исследования — разработанная авторами методика тестирования материалов покрытий в условиях, максимально приближенных к реальным, под воздействием непрерывного потока жидкости с контролируемыми параметрами.

«Разработанный микрофлюидный чип представляет собой микролабораторию для исследования биосовместимых материалов. Созданное покрытие за счет лазерно-индуцированной каркасной структуры из углеродных нанотрубок обладает электропроводностью. Как известно, воздействие электрического тока с определенными параметрами может влиять на свертывание крови. Таким образом, появляется возможность управления свойствами крови, что является эффективным инструментом для разработки и испытания новых лекарственных препаратов и биомедицинской техники. Материалы на основе углеродных наночастиц, одновременно обладающие управляемыми физико-химическими и биологическими свойствами, необходимы для создания элементов компонентной базы биоинтегрированной электроники», — отметил еще один автор статьи, заместитель директора по научной работе Института биомедицинских систем НИУ МИЭТ Александр Герасименко.

Дорогие друзья!
Спешу рассказать про интересные результаты исследований в области нейроинтерфейсов в статье из журнала Nature Communications, посвященной созданию киборгов-насекомых, которые могут самостоятельно и управляемо передвигаться, что имеет большой потенциал для различных сфер применения, в том числе для спасательных операций.
Платформой для создания киборгов является мадагаскарский шипящий таракан. Было обеспечено воздействие на мышцы, нейронные системы и органы чувств  в инвазивном и неинвазивном режимах.
Электрическая стимуляция усиков может эффективно вызывать у насекомых повороты в нужном направлении, однако, усики мягкие, хрупкие и крошечные (диаметр 0,6–0,7 мм), что затрудняет их надёжное прикрепление и имплантацию электродов, поэтому в данном исследовании усики не рассматривались. Но если ученые использовали бы стимулирующие электроды на основе углеродных наноматериалов, то удалось бы улучшить их мехнические свойства при обеспечении контакта со сниженным электрическим сопротивлением.
Для объединения с электронной частью, тараканы под наркозом закреплялись для сборки электронного рюкзака с помощью роботизированной руки. Рюкзак содержал микроконтроллер и биполярные электроды.
Каждый электрод являлся нейроинтерфейсом, который содержал проводящую медную топологию, микроигольчатой структуры для быстрого прокола межсегментной мембраны и передачи электрического сигнала.
Электроды являлись самым важным элементом для создания биоробота. Они имели сложную структуру и сочетание пластиковые и металлические компонентов. Сочеиания технологий 3D-печати и процесса химического осаждения из газовой фазы позволило эффективно изготавливать трёхмерные электронные структуры с пространственной конфигурацией и функциями передачи электрических сигналов.
Профиль импеданса электропроводящего слоя на биполярном электроде показвл, что импеданс стабильно оставался ниже 70 Ом, что значительно ниже импеданса сравнительных неинвазивных электродов (более 1000 Ом).
Электропроводность и толщина покрытия составили 3,12 × 10^7 См/м и 2,5 мкм соответственно. Метод никелирования позволил добиться селективной металлизации меди на электродах.
Биполярные электроды были имплантированы в межсегментарную мембрану между переднеспинкой насекомого и мезотораксом. 
Микроконтроллер имел частоту связи менее 1 ГГц для связи между роботом-гибридом «насекомое-компьютер» и рабочей станцией. Стимулирующие сигналы передавались от каналов стимуляции к биполярным электродам для управления передвижением насекомых. Также рюкзак таракана содержал литий-полимерный аккумулятор.
Для анализа реакции насекомых на электрическую стимуляцию, авторы зарегистрировали нейронную активность, движения передних лап и характер передвижения во время симуляции. Управлялся такой биоробот по беспроводной связи для поворота и остановки.
Чтобы оптимизировать напряжение стимуляции, регистрировалась нейронная активность в области шеи насекомых. По мере увеличения напряжения с 0,5 В до 3,0 В наблюдалось постепенное увеличение количества регистрируемых нейронных импульсов, что свидетельствует о повышенной чувствительности к более сильной электрической стимуляции.

Ставьте лайки если интересен материал, размещу видеоролики с тараканами-киборгами - 👍