Моделирование механических свойств биоматериалов на основе фибрилл
Содержание
Описание проекта
Аномальные (амилоидные) фибриллы являются перспективным сырьем для создания новых биологически совместимых материалов. Бурное развитие экспериментальных методов, таких как, например, атомно-силовая микроскопия, позволило подробно изучить механические свойства отдельной фибриллы. Методами атомно-силовой микроскопии и спектроскопии показано, что эти самообразованные из белка инсулина материалы имеют прочность 0,6±0,4 ГПа, сравнимую с прочностью стали (0,6–1,8 ГПа), и модуль Юнга 3,3±0,4 ГПа, сравнимый с модулем шелка (1–10 ГПа). Здесь под прочностью фибрилл понимается значение максимальных растягивающих напряжений, при которых происходит их разрыв.
В настоящее время ведутся работы по созданию материала на основе фибрилл. Подобный материал представляет собой ткань, имеющую случайную структуру и состоящую из фибрилл, скрепленных между собой за счет химически активных ферментов. Ожидается, что материал будет обладать уникальными физико-механическими свойствами, а также будет биосовместим.
Цель проекта
- создание биосовместимого материала на основе белковых фибрилл
- разработка математических моделей для описания свойств материала на основе фибрилл
Участники
Результаты моделирования
- исследовано влияние начального распределения, чиcла и упорядоченности фибрилл в образце на модуль Юнга
- показано, что упорядочивание фибрилл в определенном направлении может привести к увеличению модуля Юнга в данном направлении до 2 раз
- предложены простейшие 3D модели тканей на основе фибриилл(сеток)
- проведено моделирование осаждения фибрилл на подложку
- построены диаграммы деформирвоания материала на основе фибрилл в 2D и 3D
Избранные публикации
- M.I. Dukov, et al, Doklady RAS, 2008, Vol. 419, 5, pp. 700 - 702.
- Кузькин В.А., Кривцов А.М. Моделирование деформирования и разрушения фибриллярных структур // Вычисл. мех. сплош. сред. 2008. Т. 1, № 3. С. 76-84.
