Федеральная целевая программа

<14.575.21.0044>
<0000-IN-14.575.21.0089>
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Индустрия наносистем
Тема: < Лазерная нанокомпозитная сварка биологических тканей и органов человеческого организма >
Руководитель проекта: <профессор Подгаецкий В.М.
Кафедра биомедицинских систем МИЭТ >
Соглашение <14.575.21.0044>
на период 2014 - 2016 гг.
Получатель субсидии: <Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»>
Цели и задачи проекта
1. Разработка нового типа малогабаритного аппарата для лазерной сварки биологических тканей.
2. Усовершенствование технологии изготовления и применения нанокомпозитных биоприпоев путем выбора их компонентов, влияющего на прочность сварных швов биотканей. лазерной сварки
биологических тканей, и характеристик источника лазерного излучения и состава нанокомпозитных биоприпоев, влияющих на прочность и биосовместимость сварных швов биотканей.
3. Разработка лазерного метода самосборки объемных наноуглеродных каркасов для самоорганизации на них клеточного материала при восстановлении трехмерной структуры свариваемых
биологических тканей.
4. Поиск новых искусственных углеродных наноматериалов, способствующих росту клеточных структур различных биологических тканей.
5. Отбор и культивирование биологических клеток для специального носителя клеток, создаваемого на основе биосовместимых нанокомпозитов.
6. Оптическое стимулирование роста и дифференциации клеток на наноуглеродных каркасах в результате лазерной сварки тканей.
7. Введение культуры клеток в нанокомпозитную матрицу и их размножение с целью восстановления биологических тканей при лазерной сварке.
Ожидаемые результаты проекта
• Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ.
• Программное обеспечение визуализации процесса лазерной сварки биологических тканей.
• Технология изготовления и применения нанокомпозитных биоприпоев путем выбора их компонентов, влияющего на прочность сварных швов биотканей, лазерной сварки биологических тканей, и
характеристик источника лазерного излучения и состава нанокомпозитных биоприпоев, влияющих на прочность и биосовместимость сварных швов биотканей.
• Методика изготовления нанокомпозитногo припоя для лазерной сварки биологических тканей.
• Программа и методики испытаний нанокомпозитного припоя для лазерной сварки биологических тканей.
• Программа и методики испытаний макета аппарата для лазерной сварки биологических тканей.
• Программное обеспечение контроля и управления макетом аппарата для лазерной сварки биологических тканей.
• Конструкторская документация эскизного проекта на аппарат для лазерной сварки биологических тканей.
• Эскизная конструкторская документация.
• Медико-технические требования на аппарат для лазерной сварки биологических тканей.
• Рекомендации по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики.
• Проект ТЗ на проведение ОКР по результатам ПНИ на тему: «Разработка аппарата для лазерной сварки биологических тканей».
• Технико-экономическая оценка полученных результатов ПНИ.
• Отчет о маркетинговых исследованиях с целью изучения перспектив реализации РИД, полученных при выполнении ПНИ.
Перспективы практического использования
•
•
•
Аппараты для лазерной сварки биологических тканей будут востребованы хирургическими отделениями медицинских учреждений, например, таких как НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, ГБУЗ
Московской области «Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского», ФНЦ трансплантологии и искусственных органов им. академика В.И. Шумакова, АНО «НИИ
микрохирургии», ФГБУ "ВНИИИМТ" Росздравнадзора и т. д.
В результате проведения планируемой ОКР на базе индустриального партнера ОАО «ЗИТЦ» будет налажен выпуск аппаратов для лазерной сварки биологических тканей. Ориентировочное количество
выпускаемых аппаратов будет составлять 3 – 5 штук, начиная с 2020 г. Ориентировочная цена аппарата – 5 млн. руб.
В результате планируемых мероприятий будет решена задача импортозамещения подобных лазерных хирургических аппаратов и достигнуто бескровное, малотравматичное для пациента выполнение
оперативных вмешательств, надежный гемостаз, снижение кровопотерь, сокращение продолжительности операций, отсутствие нагноений, быстрая и полноценная послеоперационная реабилитация.
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
Чертеж общего вида макета аппарата для
лазерной сварки биологических тканей: 1 –
дозатор, 2 – блок питания лазерных диодов, 3 –
лазерная головка, 4 – переходник для
нанесения припоя, 5 – призма, 6 –
видеокамера, 7 – коллиматор, 8 – образец
биологической ткани, 9 – ИК датчик
температуры, 10 – блок контроля, 11 –
персональный компьютер, 12 – оптический стол
Вид излучающей системы
макета аппарата для
лазерной сварки (МАЛС)
биологических тканей
Схема макета аппарата для лазерной сварки
биологических тканей
микроконтроллер
USART 2 USART 1
Пространственный профиль пучка излучения с длиной
волны генерации ~ 810 нм и ~ 970 нм (а, в - трехмерный
вид, б, г - вид сверху) на выходе из коллиматорного
объектива при мощности облучения 1 Вт
ИК
ДАТЧИК
I2C
ПК
Системы МАЛС в сборе
Источник
основного
лазерного
излучения
Блок
питания
+
+
Воздействие
-
Процесс проведения процедуры лазерной сварки и лазерное формирование объемного
наноуглеродного каркаса
Сканирующая и просвечивающая электронная
микроскопии композитного припоя
Атомно-силовая микроскопия
композитного припоя
Блок-схема и схема ПИД-алгоритма работы системы термостабилизации зоны
лазерного сваривания биотканей
Отбор и культивирование биогических клеток
для специального носителя клеток,
создаваемого на основе биосовместимых
нанокомпозитов
Лазерная проекционная визуализация композитного
припоя, без добавления УНТ (а), с УНТ (б)
Партнеры проекта
Индустриальный партнер проекта:
- Открытое акционерное общество «Зеленоградский инновационно-технологический центр» (ОАО «ЗИТЦ») - реализация комплексных проектов в области внедрения в серийное производство биомедицинской техники
совместно с МИЭТ.
Ключевые сторонние организации работ и их задач:
- «ОКБ «БУЛАТ» Лазерное оборудование и технологии» изготовление излучающих лазерных модулей и оптических приемников аппарата для лазерной сварки биологических тканей.
- Научно-исследовательский Институт Вирусологии им. Д.И. Ивановского проведение in vitro и in vivo исследований экспериментальных образцов, разрабатываемых в рамках проекта.
<14.575.21.0044>
< 0000-IN-14.575.21.0044 >