Проекты

Исследование морфологических, поверхностных и биологических характеристик губок на основе поликапролактона

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Прикладная химия. Материаловедение»

Направление работы: Материаловедение
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1582
Предметы: Биология, Химия
Классы: 9 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Наука для жизни» открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» 2021 года

Актуальность

В последнее время разрабатывается большое количество материалов для медицины на основе биоразлагаемых полимеров. Поликапролактон (ПКЛ) – биосовместимый и биоразлагаемый полимер, обычно используется в медицине. Из него получают шовные нити, капсулы для доставки лекарств, нетканые матриксы. Изготовление пористых материалов с высокоразвитой поверхностью на основе ПКЛ, обладающих хорошей способностью к адгезии клеток, является актуальной задачей и позволит расширить область их применения.

Цель

Экспериментальное изучение структурных, поверхностных и биологических характеристик пористых материалов на основе ПКЛ.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Оборудование:

  • Аналитические весы
  • Магнитная мешалка
  • Лиофильная сушилка
  • Оптический микроскоп «Levenhuk»
  • USB-микроскоп «МИКМЕД 2.0»
  • Термостат ТС-20

Реактивы и среды:

  • Поликапролактон
  • 1,4-диоксан
  • Среда БТН-агар (питательный агар)

Описание

Этапы работы.

1. Вначале авторы приготовили растворы ПКЛ с концентрацией от 2 до 6 масс.% в диоксане. Затем разлили растворы в формы по 10 мл и поставили в холодильник охлаждаться.

2. Охлажденные растворы заморозили в морозилке, после чего поместили их в лиофильную сушилку. Таким образом, авторы получили цилиндрические высокопористые материалы (губки).

3. У полученных губок авторы измерили следующие параметры: массу, высоту, радиус. Затем рассчитали объем, плотность упаковки и пористость. Авторами был сделан вывод о влиянии концентрации полимера на пористость губок.

4. У полученных губок авторы сделали тонкие срезы, которые рассмотрели в оптический микроскоп, и сделали по 5–8 фотографий. Фотографии были получены в режиме проходящего света с помощью программы ToupView. Авторы обрабатывали результаты в программах ScopePhoto и OriginPro 8.1. После обработки авторы определили средний размер пор и погрешность, построили диаграммы распределения размеров пор.

5. Авторами была собрана установка для измерения угла смачивания. Обработку результатов авторы проводили в программе ScopePhoto.

6. На последнем этапе авторы готовили питательную среду, делали посев бактерий и наблюдали за ростом колоний бактерий на исследуемых материалах в течение недели.

Результаты работы/выводы

1. В данной исследовательской работе были получены высокопористые материалы на основе полимера ПКЛ с концентрациями в диапазоне 2–6 масс.% методом лиофилизации.

2. Исследованы структурные параметры образцов: пористость, плотность, средний диаметр пор. Доказано, что с увеличением процента полимера пористость уменьшается. Обнаружено, что при низкой концентрации полимера вещества недостаточно для формирования стенок пор, при высоких – наоборот, полимера слишком много. Было выявлено, что оптимальная концентрация – 3 масс.%.

3. Исследованы поверхностные свойства пористых образцов. ПКЛ является гидрофобным полимером. С увеличением количества полимера угол смачивания на поверхности губки увеличивается, при этом капля стремится к сферической форме.

4. В результате эксперимента по взаимодействию бактерий с пористым материалом показано, что губки из ПКЛ обладают антисептическими свойствами.

Перспективы использования результатов работы

Данная работа будет продолжаться далее: будут исследованы другие полимеры и сополимеры, определены механические характеристики высокопористых материалов на их основе.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИЦ «Курчатовский институт»

Награды/достижения

Конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату», секция «Поиск» – призеры.

Мнение автора

«Работа над проектом позволила изучить проблему использования биоразлагаемых полимеров в регенеративной медицине, освоить различные методы исследования и обработки результатов. Данная конференция объединяет ребят заинтересованных и увлеченных. Это очень нужный и интересный проект!»