Моделирование механических свойств биоматериалов на основе фибрилл

Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
Перейти к: навигация, поиск
Объект исследования
Конденсация фибрилл на подложку
Разрыв материала из фибрилл
Пробивание сетки из фибрилл

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.