Аннотация результатов, полученных в 2024 году
С использованием численных расчетов разработана модель объемного «умного» композита состоящего из слоя термочувствительного полимера PNIPAM, нанесенного на подложку из сплава FeRh c «гигантским» обратным магнитокалорическим эффектом, определены оптимальное соотношение толщин слоев PNIPAM и FeRh для получения эффекта магнитоуправляемого сброса лекарственного средства. Изучена динамика процесса теплопередачи, возникаемая в слое термочувстительного полимера PNIPAM в результате магнитокалорического эффекта при разовом приложении магнитного поля и определена его зависимость от топографии поверхности магнитокалорического сплава FeRh. Показано, что модификация поверхности позволяет увеличить время активации полимерного слоя толщиной 20 мкм с ~20 мс в случае обычного композита до ~60 мс для модифицированного. При этом модификация поверхности в виде углублений может быть использована для более эффективной реализации идеи загрузки и высвобождения лекарственных препаратов для потенциальных биомедицинских применений. Экспериментально в режиме in situ продемонстрирована возможность управления состоянием термочувствительного полимера PNIPAM в композитах PNIPAM/FeRh через магнитное поле в результате магнитокалорического эффект и продемонстрирована возможность высвобождения лекарственного средства доксорубицин, загруженного в PNIPAM/FeRh с модифицированной поверхностью FeRh в результате МКЭ в магнитном поле 3 Тл доступном для коммерческих источников МРТ. Показано, что клетки первичных эмбриональных фибробластов мыши GFP, выращенных на поверхности PNIPAM/FeRh, показывают хорошую биосовместимость, обеспечивают их эффективную адгезию и пролиферативную активность. Предложены новые технологические подходы создания биосовместимых покрытий сплава FeRh, которые могут быть использованы для улучшения функциональных свойств предлагаемых «умных» композитов. На основе полученных данных расчетов и экспериментов предложена оригинальная модель микрофлюидного устройства, использующего обратный МКЭ сплава FeRh для управления смачиваемостью каналов, модифицированных термочувствительным полимером PNIPAM. Данный подход может быть использован для разработки новых микрофлюидных устройств биомедицинского назначения с переключаемой смачиваемостью каналов.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Разработаны технологические основы получения частиц FeRh с использованием двух подходов: «сверху-вниз» и «снизу- вверх» и определены оптимальные протоколы получения частиц с требуемыми функциональными свойствами. Установлено, что для подхода «сверху-вниз» (механический метод) оптимальной техникой получения микрочастиц FeRh в малом количестве является механическое напиливание с последующей термообработкой. В результате комплексных исследований морфологии, размеров, магнитных и магнитокалорических свойств частиц FeRh была обнаружена серия крупных частиц в форме «хлопьев» (flakes) со свойствами наиболее близкими к объемным, которые могут быть выделены как промежуточный тип объектов при переходе от объемных образцам к объектам в микромасштабе. Показано, что для подхода «снизу-вверх» наиболее доступной и оптимальным методом получения микрочастиц FeRh является механохимический метод, основанный на окислительно-восстановительном синтезе на основе солей металлов Fe и Rh, который позволил получить микрочастицы FeRh упорядоченные в ОЦК структуру B2 типа, для которой характерен метамагнитный фазовый переход. Фазовый анализ не обнаружил содержание характерной примесной парамагнитной ГЦК фазы, что является новым результатом, поскольку ранее не удавалось получать частицы сразу в B2 без дальнейшей термообработки. В ходе серии экспериментов установлено, что для всех типов частиц наиболее оптимальным протоколом термообработки для наблюдения резкого АФМ-ФМ перехода является отжиг в диапазоне температур 600-800 С в течение 48 часов с последующей закалкой в воду. При этом для «хлопьев» FeRh требуется меньшее время отжига, поскольку они частично сохраняют свойства исходного объемного образца. Показано, что наиболее оптимальным технологическим подходом для функционализации FeRh в микромасштабе является метод ковалентной пришивки полимера PNIPAM к поверхности FeRh, что позволит использовать его, как основу для создания структур типа ядро-оболочка. Предложена модель «умной» повязки с магнитоуправляемым сбросом лекарственного средства. Модель имеет композитную структуру: пористая основа из вискозы с загруженным раствором лекарственного средства-бензалкония хлорид покрыта композитным слоем полимера PNIPAM, в матрицу которой встроены частицы FeRh в форме «хлопьев». Расчеты выполненные в программном пакете COMSOL на основе реальных материальных параметров FeRh позволили установить, что при толщине 15 мкм композитного слоя FeRh@PNIPAM, приложение магнитного поля 2 Тл способно охладить композит от 34 С до 31,5 С и индуцировать в PNIPAM фазовый переход, который приводит к выбросу лекарственного средства. Время установления теплового равновесия в композите FeRh@PNIPAM в результате магнитокалорического эффекта FeRh составляет 30 мс, что актуально для задач быстрого и контролируемого сброса лекарственного средства. Полученные результаты могут открыть новые перспективы применения термочувствительных смарт-композитов на основе FeRh для биомедицины («умные» гели, повязки, покрытия).