КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер проекта 24-19-00782

НазваниеМагнитоуправляемые композитные системы тераностики на основе функционализированных микро(нано) частиц FeRh

Руководитель Амиров Абдулкарим Абдулнатипович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-203 - Фазовые равновесия и превращения

Ключевые слова магнитокалорический эффект, магнитные материалы,диэлектрики, полимеры, композиты, сплавы FeRh, термочувствительные полимеры, полимерные композиты, фазовые превращения, наночастицы, структура ядро-оболочка, сброс лекарства, МРТ

Код ГРНТИ29.19.22


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Современные запросы в области сохранения и обеспечения здоровья человека ставят новые вызовы перед наукой. Одним из таких вызовов является разработка лекарственных средств, методов диагностики и лечения персонализированного под конкретного пациента, что призвано сделать современную медицину более безопасной и эффективной. Перспективным направлением современной медицины призванной решить эту проблему является тераностика, основой которой является создание комплексной платформы сочетающая в себе адресную доставку, диагностику и лечение. На сегодняшний день тераностические подходы активно развиваются и исследуются, ведется постоянный поиск новых материалов и методов для адресной доставки лекарств и терапии. Особое место в этом направлении занимают магнитные наночастицы- от гипертермии до магнито-резонансной томографии. Настоящий проект направлен на разработку принципиально нового технологического подхода в создании композитных магнитных микро (нано) структур для адресной доставки лекарств, сброса и диагностики. Основная идея проекта заключается в реализации на базе единой структуры функции контролируемого высвобождения лекарства за счет "гигантского" магнитокалорического эффекта и его использовании в качестве контрастной метки для МРТ с механизмами магнитного и температурного "автоконтроля". Для реализации данной идеи планируется изготовить композитные структуры, состоящие из перспективного магнитного материала на основе семейства FeRh с рекордным значением магнитокалорического эффекта и термочувствительного полимера. Обе компоненты имеют температуры фазовых переходов в области физиологических температур человека и отвечают требованиям безопасности, предъявляемым к материалам биомедицинского назначения. Научной новизной настоящего проекта является многоуровневый технологический подход к получению и мультифункциональность композитных структур на базе которых возможна как реализация уже существующих тераностических концептов, так и применение новых. Проект актуален и уникален тем, что его реализация позволит не только развить подходы в создании новых умных материалов для биомедицины, но и изучить важнейшие вопросы из области физики магнитных явлений, связанные с влиянием размерности материала FeRh в последовательности макро-микро-нано на его магнитные свойства, структуру и параметры фазового перехода. Впоследствии это может открыть новые горизонты в исследовании материалов с фазовым переходом первого рода как перспективных объектов для приложений спинтроники, сенсорики и микро(нано)электроники.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


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.

 

Публикации

1. Амиров А.А., Колюшенков М.А., Каманцев А.П. Модель микрокулера на основе магнитокалорического эффекта для биомедицинских устройств ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, Выпуск №11 (год публикации - 2024)
10.30898/1684-1719.2024.11.12

2. Амиров А.А., Попов М.Д., Низамов Т.Р., Пермякова Е.С., Ильина Т.С., Киселев Д.А., Турутин А.В., Гусельникова О.А., Пархоменко Ю.Н. Thermoresponsive surface functionalization of FeRh alloy through PNIPAM grafting Modern Electronic Materials (год публикации - 2025)

3. Амиров А.А., Демаков А.М., Низамов Т.Р., Пермякова Е.С., Ильина Т.С., Киселев Д.А., Турутин А.В., Гусельникова О.А., Пархоменко Ю.Н. Biocompatible surface modification of FeRh by plasma polymerization Nanobiotechnology Reports (год публикации - 2025)

4. Амиров А.А., Чиркова А.М., Волегов А. С., Баранов Н.В., Алиев А. М. Degradation of the magnetocaloric effect in Fe48Rh52 alloys under cyclic magnetic field Известия Российской академии наук. Серия физическая, Том 2, Выпуск 88 (год публикации - 2024)
10.1134/S1062873824709383