3877

Литература 1. Графов Б. М., Мартемьянов С. А., Некрасов Л. Н.

Турбулентный диффузионный слой в электрохимических системах.-

М.: Наука, 1990.-295 с.

2. Саушкин Б. П. Электрохимическая обработка изделий из титановых сплавов / Б. П. Саушкин, Ю. Н. Петров, А. З. Нистрян, А. В. Маслов // Кишинёв. Штиница. 1988. 200 с.

3. Проничев Н. Д., Шманев В. А. Исследование процесса формирования шероховатости поверхности при ЭХО // РЭХО деталей машин. Тула. 1975. С. 188-192.

Воронежский государственный технический университет

УДК 541. 183

В.П. Горшунова, Д.Э. Иванова

ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННОГО АЛЮМОГЕЛЯ

Представлены результаты электрохимических исследований поверхности алюмогеля, проведенных после химической активации сорбента растворами соляной кислоты разной концентрации. Показано, что адсорбция аммиака увеличивается с возрастанием кислотных центров, количество которых согласуется со значениями изоэлектрических точек

Данная работа является продолжением изучения влияния кислотной обработки на поглотительную способность активного оксида алюминия [1, 2]. Согласно [3] на поверхности алюмогеля имеются активные центры, с помощью которых может происходить удерживание аммиака. Это кислородные центры, кислотные центры типа кислот Льюиса, кислотные центры типа кислот Бренстеда. В зависимости от способа получения алюмогеля на его поверхности могут присутствовать и гидроксильные группы. Понятно, что в сорбционных актах поглощения аммиака участвуют преимущественно структурные группы кислотного характера. Следовательно, увеличение их концентрации на поверхности будет способствовать возрастанию адсорбции аммиака данным сорбентом.

Целью настоящей работы было проанализировать состояние поверхности исходного алюмогеля и полученного в результате пропитки растворами соляной кислоты разной концентрации с

61

привлечением электрохимического метода – гетерогенного потенциометрического титрования водной суспензии активного оксида алюминия, используя методику, приведенную в [4]. Измерение рН проводили с помощью прибора Мультьтитест ИПА – 301. Навеску Al2O3 (0,5 г) суспендировали в 10 мл дистиллированной воды. Прибавляли 0,2 мл титранта (0,01 н раствора НCl или 0, 01 н раствора КОН) перемешивали до установления равновесия в течение 5 минут, измеряли рН, а затем добавляли следующую порцию титранта вплоть до установления постоянного значения рН. Полученные результаты представлены на рис. 1.

Рис.1. Кривая потенциометрического титрования водной суспензии исходного алюмогеля

Из кривой титрования определили изоэлектрическую точку (ИЭТ) поверхности оксида. Она равна 8,2. Это свидетельствует о том, что на поверхности алюмогеля преобладают центры с основным характером. Поэтому, чтобы увеличить поглощение аммиака активным оксидом алюминия, необходимо увеличить на поверхности сорбента количество кислотных групп.

Вработах [1, 2] показано, что поглощение аммиака возрастает

сувеличением концентрации активирующего раствора кислоты. Оптимальным раствором оказался 0,5 М раствор соляной кислоты. Увеличение концентрации практически не приводило к возрастанию адсорбции аммиака.

62

концентрация HCl

Рис. 3. Функциональная зависимость изоэлектрических (ИЭТ) точек суспензий алюмогеля от концентрации соляной кислоты

Таким образом, на основании вышеприведенных электрохимических исследований, можно утверждать, что, кислотное активирование алюмогеля приводит к возрастанию поглощения аммиака за счет увеличения на его поверхности кислотных центров Льюиса и Брендстеда. Данный метод позволил уточнить режим импрегнирования активного оксида алюминия раствором соляной кислоты.

Литература

1.Горшунова В.П. Влияние режима кислотной обработки алюмогеля на поглотительную способность [Текст] / Горшунова В.П., Иванова Д.Э.// Межвуз. сборник научных трудов «Химия, новые материалы, хим. технологии».- 2015.- вып. 7. - ВГТУ,

Воронеж. - С.98-102

2.Горшунова В.П. Влияние кислотной обработки активного оксида алюминия на его поглотительные свойства [Текст] / Горшунова В.П., Иванова Д.Э. // Мат-лы Межд. н.-пр. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых Фундаментальные и прикладные исследования в области химии и экологии.- 2015.- Курск, КЮЗ гос. ун-т, С.214-216.

3.Киселев А.В. Инфракрасные спектры поверхностных соединений [Текст]: монография / А.В. Киселев, В.И. Лыгин. – М:

Наука.- 1972, 459 с.

4.А.Н. Чеботарев. Кислотно-основные свойства оксидов алюминия различных типов [Текст] / Чеботарев А.Н., Щербакова

64

Т.М, Курта Е.Н., Трущ Е.В. // Вестник Одесск. Нац. ун-та, т. 11, № 2, 2006.-С.112-119.

Воронежский государственный технический университет

УДК 616-089.28 Е.В. Новикова, А. Н. Корнеева, В. В. Корнеева

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ОРГАНОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

ВМЕДИЦИНЕ

Встатье рассматриваются современные методы создания искусственных органов, их свойства и применение на практике

Стех пор, как в 1964 году группа американских медиков впервые пересадили сердце обезьяны умиравшему 68-летнему мужчине, трансплантация органов стала привычным делом. И пациенты с другими замененными органамипеченью, почками, сердцемтеперь живут дольше, чем их предшественники на заре трансплантологии. Ведь бедолага, получивший сердце от обезьяны, прожил с ним всего лишь полтора часа.

Практически решена и проблема отторжения донорских органов, а потому ныне сегодня только в США- «чемпионе мира» по пересадке органов- в 2012 году было сделано около 28535 таких операций. А вот в других странах перекрыть этот рекорд никак не могутне хватает материала для пересадки. Скажем, в Германии двое из трех пациентов покидают этот мир, так и не дождавшись донорских органов. В России в 2012 году таких операций было произведено всего 1500.

В итоге, по тем или иным причинам во всем мире дождаться трансплантации могут не более 10 % больных, нуждающихся в операции [1].

Таким образом, не случайно ученые многих стран ныне интенсивно работают над проблемой выращивания полноценных органов в лабораторных условиях.

Первый метод по созданию искусственных органов, который давно используют ученые-это метод с использованием стволовых

65

клеток. Технология проста: сначала ученые наблюдают за развитием необходимого органа у эмбриона человека, далее в ходе эксперимента условия искусственно воспроизводятся и добавляются стволовые клетки и клетки «заготовки» для стенок будущих органов. Таким способом уже созданы кровеносные сосуды, клетки крови и головного мозга (рис. 1), клапаны человеческого сердца, ткани печени, мочевой пузырь, сердце, сетчатка глаза. Исследования на мышах прошли успешно, постепенно этот метод будет применяться в медицине в отношении человека [2].

Рис. 1. Развитие зачатка человеческого мозга, выращенного из стволовых клеток

Следующей технологией создания искусственных органов является биопечать.

Биопечать – это относительно новое направление в развитие медицины, которое появилось благодаря стремительному развитию аддитивных технологий.

В настоящее время ученые всего мира усиленно работают над созданием многофункциональных принтеров, способных печатать работоспособные органы, такие как сердце, почки и печень.

Примечательно, что уже сегодня опытные образцы биопринтеров способны напечатать костные и хрящевые импланты, а также создать сложные биологические продукты питание, в состав которых входят жиры, белки, углеводы и витамины.

Первые принтеры для биопечати были далеко не совершенными. Для первых экспериментов ученые использовали обычные настольные струйные аппараты, модернизированные в рабочих условиях.

66

В 2000-м году биоинженер Томас Боланд (рис.2) перенастроил настольные принтеры Lexmark и HP для печати фрагментов ДНК.

Оказалось, что размер человеческих клеток сопоставим с размерами капли стандартных чернил и составляет примерно 10 микрон. Исследования показали, что 90% клеток сохраняют жизнеспособность в процессе биопечати.

Рис. 2. Создатель первого биопринтера Томас Боланд

Сегодня под общим названием «биопринтинг» скрываются сразу несколько косвенно связанных технологий биопечати. Для создания органов на 3D принтере могут использоваться фоточувствительный гидрогель, порошковый наполнитель или специальная жидкость.

В2014 году фармкомпании вложили в деятельность Organovo свыше 500 000 долларов. Швейцарская компания RegenHu вплотную приблизилась к успехам американских коллег. Европейским разработчиком удалось создать лазерный и диспенсерный биопринтеры, печатающие биобумагой.

Всвою очередь, японская компания CyFuse работает над моделированием клеточных соединений с помощью сфероидов, нанизанных на микроскопические жезлы.

Ученые из стран СНГ не отстают от западных коллег. Недавно

вРоссии успешно завершились биологические исследования, инициированные компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс».

Бионженерам удалось напечатать жизнеспособную 3D-модель щитовидной железы. Штучный орган, напечатанный на принтере, успешно пересадили подопытной мыши. В ходе эксперимента использовался инновационный отечественный 3D-принтер 3DBio [3].

Очевидные сложные места метода следующие:

67

1.Получение модели органа. Нужно где-то взять схему.

2.Получение самих клеток. Очевидно, нам нужен материал для печати органа.

3.Сборка принтера, чтобы клетками можно было печатать (куча проблем с образованием структуры органа).

4.Гипоксия (отсутствие кислорода) во время создания

органа.

5.Реализации питания органа и его созревание до готовности.

Итак, 3D-принтер – это только кусок линии по фабрикации органов: его нужно обеспечить чертежом, материалом, а затем полученную модель органа из клеток ещё вырастить [4].

Наиболее креативной технологией создания органов является использование машины для изготовления сахарной ваты. Исследователи смогли настроить эту машину для создания очень маленьких каналов, сравнимых по размеру с капиллярами, с помощью которых можно будет в перспективе производить полномасштабные искусственные органы.

Две методики были использованы для создания капиллярных систем – одна восходящая, а другая нисходящая. В первом случае клетки культивировались в тонком слое гидрогеля на основе воды. Гидрогели широко используются в инженерии биотканей, потому что по своим свойствам они похожи на клетки в организме.

Поскольку создание сети таким путём занимает много времени, исследователи выбрали нисходящий процесс. Этот метод, похожий на прядение сахарной ваты, который позволил создавать сложные сети микроканалов.

При описании полученных методом электроформования волокон их сравнивают с сахарной ватой, поэтому ученые решили попробовать использовать машину для сахарной ваты. Оказалось, что она формирует нити толщиной в одну десятую диаметра человеческого волоса – примерно, как размеры капилляров – поэтому её можно использовать для изготовления канальных структур из других материалов [5].

Следующим методом создания органов является выращивание химер (рис. 3) (животных с отдельными человеческими органами). В начале января 2016 года американский научный журнал Technology Review опубликовал информацию о том, что, несмотря на запрет главного американского агентства здравоохранения на

68

финансирование соответствующих исследований, отдельные научно-исследовательские институты в США осуществляют попытки вырастить человеческие органы в телах свиней и овец. В течение прошлого года 20 животным были имплантированы гибридные эмбрионы в лабораториях института Солка в Калифорнии и в Университете Миннесоты.

В США к таким исследованиям относятся настороженно, прежде всего по этическим причинам. Считается, что внедрение человеческих клеток в эмбрионы животных стирает грань между видами.Но сторонники эксперимента указывают, что именно человеческая составляющая и является главным достоинством такого органа.

Рис.3. Химера

А пока в США идет дискуссия, правительство Великобритании собралось выращивание человеческих органов в телах других животных, в частности, свиней и овец. Об этом сообщает The Telegraph [6].

В чем суть метода? Например, мы хотим вырастить в свинье поджелудочную железу человека. Для этого вначале ученые генетически модифицируют яйцеклетку свиньи, чтобы у нее в будущем вообще не было этого органа. Затем в зародыш подсаживают стволовые клетки здорового человека. В итоге у животного на месте "удаленного" собственного органа сформируется поджелудочная железа человека.

Надо подчеркнуть, что пока о пересадке человеку полученных из животных органов речи не идет. Здесь еще множество

69

нерешенных проблем. Но в то же время такая технология открывает возможность выращивать так называемые "островковые" клетки различных органов.

Теперь кому всё это нужно на стадии, пока нет самих органов. Первые же крупные клиенты – военные.У них два применения – испытательное (много, что нельзя испытывать на живых людях, а хочется – отдельный орган был бы очень кстати) и лечебное. Например, бойцу демократии отрывает руку, а до госпиталя ползти сутки. Хорошо бы закрыть дыру, снять боль, дать ему возможность стрелять ещё 5 часов, а затем на своих двоих прийти к медсестре. В теории возможны либо роботы, которые соберут всё это по месту, либо заплатки из человеческих тканей, которые уже сейчас всерьёз думают ставить на ожоги.

Второй клиент – фармакология. Там лекарства испытываются по 15 лет до выхода на рынок. Как шутят американцы, проще убить коллегу, чем мышку. На мышку надо собрать много документов в руку толщиной. Сертифицированные мышки получаются в результате очень дорогие. Да и результаты по зверьку отличаются от человеческих. Существующие модели испытаний на плоских клеточных моделях и на животных недостаточно ревалентны. Примерно 7 % новых лекарственных формул в мире не доходят до клинических испытаний из-за нефротоксичности, выявленной на стадии предклинических испытаний. Из тех, что дошли, около трети имеют проблемы с токсичностью. Именно поэтому, одна из первых задач — проверка функциональности нефронов, сделанных в лаборатории. Ткани и органы, созданные искусственно, будут существенно ускорять разработку лекарств, а это огромные деньги.

Третий клиент – госпитали. Рынок трансплантации почек с США, например – 25 миллиардов долларов. Сначала предполагается просто продавать 3D-принтеры в больницы, чтобы пациент мог получить что нужно. Следующий (теоретический) шаг – создание комплексов для печати органов прямо внутри пациента. Дело в том, что миниатюрную печатающую головку внутрь больного доставить часто намного проще, чем крупный орган. Но это ещё пока мечты, хотя нужные роботы существуют.

Проблема дефицита донорских органов решается различными путями: идет пропаганда пожертвования органов после смерти человека с прижизненным оформлением согласия на это, создаются искусственные органы, разрабатываются методы получения

70