ajax loader

О группе

Дорогие студенты и молодые учёные Томского Политехнического Университета!

Если для Вас компьютерное моделирование не пустой звук, вы ответственный, целеустремлённый и любознательный молодой человек, владеющий свободно английским языком, тогда ждём Вас в Центре технологий кафедры Экспериментальной физики ФТИ для проведения перспективных фундаментальных научных исследований современных проблем теории конденсированного состояния, связанных с развитием нанотехнологий.

Актуальность темы научно-исследовательской работы обусловлена недостатком экспериментальных данных, позволяющих определить роль физико-химических особенностей, электронных факторов и дефектности структуры, а также их влияние на механизмы взаимодействия химических связей, величину энергии межатомного взаимодействия и механические свойства сложных низкоразмерных систем. Данный пробел можно успешно восполнить результатами первопринципных расчетов в рамках теории функционала плотности, а также с помощью молекулярно-динамического моделирования в широком спектре программных пакетов: VASP, LAMMPS, GROMAC и др. Несмотря на то, что методы высокопроизводительных вычислений стали доступны относительно недавно, они уже вносят существенный вклад в научный и технологический прогресс.

С нетерпением ждём студентов или молодых ученых, способных к творческому решению научных вызовов с помощью компьютерного моделирования!

Все интересующие вас вопросы и резюме можно направить по e-mail: rsurmenev@mail.ru (Роман Анатольевич Сурменев) или rodeo_88@mail.ru (Ирина Юрьевна Грубова).
Our Team

Результаты

Патенты

Награды

Статьи

Области исследований

Скэффолды

Скэффолды

В настоящее время в медицине остро стоит вопрос о создании в лабораторных условиях искусственных тканей, воспроизводящих функции и структуру живых тканей в течение ограниченного промежутка времени. Поэтому разработка биодеградируемых полимерных объемных (3-Д) матриксов является важной областью биоинженерии.

Биодеградируемые (биоразлагаемые) полимеры – это материалы, способные к саморазрушению под действием микробиологических и химических процессов. Разработка биоматериалов на основе биодеградируемых полимеров позволит создать костные биодеградируемые имплантаты для лечения обширного спектра переломов, способных не только поддерживать и выполнять функции поврежденной кости, но и стимулировать её рост, восстановление и заживление. Биодеградируемые имплантаты будут обладать всеми преимуществами традиционных имплантатов (металлов), при этом дополнительным их преимуществом является способность постепенно растворяться в организме до нетоксичных компонентов и выводиться в процессе метаболизма без повторного хирургического вмешательства.

Всё это формирует большой интерес в поиске технологий, ориентированных на конструирование материалов и имплантатов на основе биодеградируемых полимерных материалов.
Цель настоящего научного исследования – это формирование нового гибридного материала с иерархической структурой на основе биодеградируемых полимеров для регенеративной медицины. Новый материал будут обладать градиентной пористостью, чтобы имитировать структуру костной ткани, обладать механическими свойствами схожими со свойствами поврежденного участка кости, повторять химический состав ткани, которая до 90% состоит из фосфатов кальция, а также поверхность будет обеспечивать хорошую клеточную адгезию и прорастание живой ткани в материал.

Работа осуществляется при сотрудничестве Центра технологий Физико-технического института Томского политехнического университета, института Фраунгофера по межфазовой инженерии и биотехнологиям (Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology), в университете Дуйсбург-Эссен (the University of Duisburg-Essen) и в Тезнологическом Университете Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology KIT) в Германии.

Согласно цели научного исследования на базе Центра технологий реализован процесс синтеза и формирования объёмных 3-Д скэффолдов методом электроформования на основе биодеградируемых полимеров: поликапролактона, поли-3-гидроксибутирата и сополимера поли-3-гидроксибутирата с поли-3-гидроксивалератом. Данный метод позволяет синтезировать 3-Д материал волокнистой структуры с контролируемым размером пор и с заданными механическими характеристиками.

В институте Фраунгофера по межфазовой инженерии и биотехнологиям в Германии проводится модифицирование биодеградируемых тонких пленок и 3-Д матриксов на основе биодеградируемых полимеров в высокочастотной реактивной плазме. Исследования показали, что поверхность исходных необработанных материалов имеет гидрофобную природу, плохо смачивается, обладает низкой поверхностной энергией, что приводит к плохой клеточной адгезии на поверхности материалов. После плазменной обработки у полимерных пленок и 3-Д матриксов значительно улучшается смачиваемость и повышается поверхностная энергия, за счет формирование функциональных групп на поверхности. Результаты проведенных исследований по смачиваемости, а также биологические тесты представлены в статьях [Materials Letters 163 (2016) 277–280, Materials Science and Engineering: C, 62 (2016) 450–457].

Подробнее
ВЧ распыление

ВЧ распыление

Одним из направлений исследований нашей группы является изучение фундаментальных принципов процесса ВЧ-магнетронного напыления кальций фосфатных покрытий, который используется в качестве подходя для повышения биосовместимости металлических и полимерных материалов, применяемых в регенеративной медицине.

Учитывая современную тенденцию увеличения продолжительности жизни населения, наличие новых эффективных методов и материалов для реконструкции дефектов костей является одной из важнейших проблем травматологии и ортопедии, челюстно-лицевой хирургии и стоматологии. Чтобы оптимально решить эту задачу в любой, даже самой сложной клинической ситуации, доктору необходимо иметь в арсенале несколько различных имплантационных систем, что позволяет подобрать каждому пациенту свой «индивидуальный» имплантат.

Согласно современным взглядам, взаимодействие между имплантатом и организмом протекает по типу агрессии. Имплантат вторгается в организм, который в свою очередь воспринимает его как инородное тело и пытается избавиться от него. Вопрос биологической совместимости имплантатов решается путем создания необходимого интерфейса между поверхностью конструкции и тканью. Наибольший практический интерес для решения задач медицинского материаловедения вызывают кальций-фосфаты (CaP), относящиеся к группе естественных метаболитов кости, иными словами, стимулирующие процессы костеобразования. В качестве материала, используемого для получения биоактивного покрытия на поверхности имплантатов, наибольшее распространение получил гидроксиапатит Ca10(PO4)6(OH)2 (ГА), являющийся аналогом костной ткани со стехиометрическим отношением Ca/P=1,67.

Для создания тонких функционально-градиентных покрытий на основе ГА используется метод высокочастотного (ВЧ) магнетронного распыления. Метод позволяет с большой эффективностью использовать материал катода и, управляя режимами напыления, формировать покрытия с заранее заданными свойствами, позволяющими повысить эксплуатационные характеристики медицинских имплантатов, в том числе со сложной геометрией. Кроме того, с целью придания CaP покрытиям дополнительных функциональных свойств, ведутся исследования в направлении модифицирования ГА дополнительными элементами. Например, для создания покрытий, проявляющих биоактивные и антибактериальные свойства, в качестве добавки используется серебро. Согласно имеющимся данным, серебро обладает выраженным антибактериальным действием как против грамм-позитивных, так и против грамм-негативных форм микроорганизмов. Модифицирование ГА ионами кремния приводит к увеличению скорости резорбции покрытия и образованию костной ткани на ранних стадиях эксплуатации имплантата.
В настоящее время нет достоверной информации о механизмах роста CaP покрытия из ВЧ-магнетронной плазмы. Как правило, исследователи сосредоточены только на управление параметрами процесса с целью оптимизации свойств покрытий, основываясь на результатах биологических экспериментов без изучения механизмов роста. В то время как фундаментальное понимание процессов, происходящих в плазме, является ключевым для дальнейшего повышения эффективности используемого метода. Это требует подробного описания различных процессов, происходящих на уровне субстрата и детальной характеристики свойств тонких пленок. Понимание взаимосвязей между характеристиками магнетронной плазмы и внутренними структурными и композиционными свойствами CaP пленок позволит углубить представление о фундаментальных основах формирования биосовместимых покрытий методом ВЧ-магентронного распыления с уникальными свойствами для практического медицинского применения.

Подробнее
Аддитивные технологии

Аддитивные технологии

Создание персонализированных имплантатов с индивидуальной формой для каждого пациента – это новый шаг в развитии биомедицины. Возможность моделирования имплантатов любой формы и размеров, функциональность компонентов и свойств, соотношение цены и качества в производстве разовой или небольшой серии продуктов – все эти преимущества завоевали аддитивные технологии (АТ) или более известные как технологии 3-Д печати.

В своей работе мы используем один из наиболее совершенных среди технологий трехмерной печати – метод электронно-лучевого плавления, включающий в себя послойное нанесение рабочего материала и его плавление под действием электронного пучка. Металлические имплантаты, изготовленные таким образом, могут также успешно повторить сложную микроструктуру костей, что позволяет улучшить процесс интеграции имплантата и его долгосрочную стабильность в организме.

Рабочим материалом для электронно-лучевого плавления в нашем случае служат порошки
титанового сплава Ti6Al4V, широко применяемого в биомедицине для замены дисфункциональных твердых тканей благодаря высокой прочности, легкости, хорошей биосовместимости и устойчивости к коррозии. Однако мы стремимся к созданию еще более улучшенной биосовместимости поверхности, путем напыления биоактивных кальцийфосфатных покрытий и осаждения антибактериальных наночастиц серебра. Данные способы модификации уже зарекомендовали себя в области плазменных технологий и коллоидной химии.

К настоящему моменту нами уже проводятся экспериментальные и теоретические исследования свойств получаемых модифицированных поверхностей, включающие исследование механизмов смачивания поверхности биокомпозитов, влияние пористости и химического состава поверхности на гистерезис смачивания, поверхностную энергию, влияние структуры, химического и фазового состава и параметров шероховатости на физико-механические свойства (микротвердость, модуль Юнга) биокомпозитов.

Подробнее

Наша команда

Новости

Зачастую маленький город может иметь очень важное стратегическое значение не только для развития своей страны, но и мира. Именно таким оказался шведский городок Эстерсунд, где проходил стажировку наш аспирант-Дмитрий Храпов. Всё самое интересное читайте ниже👇

Что вы знаете про Швецию? Что я знал про Швецию?
Многие слышали имена блогера PewDiePie (Felix Kjellberg) и фитоняшки Anna Nystrom. Наверняка, вы когда-то с содроганием узнали про сюрстрёмминг. Но что ещё?
Шведские железорудные месторождения относятся к богатейшим в мире как по концентрации запасов руды, так и по содержанию в ней металла. Сами посудите:
Yngwie Johann Malmsteen, Amon Amarth, Arch Enemy, Avatar, Marduk, Bathory, Candlemass, Lustre, Dark Tranquillity, In Flames, Ghost, Lost Horizon, Sabaton, Deathstars, HammerFall, Pain/ Hypocrisy, Tiamat, Therion, Hardcore Superstar.
Лёгкие металлы также представлены: Europe, Roxette.
И я оказался в Швеции из-за металла. Точнее, в Центральношведском университете города Эстерсунд, в котором находится одна из 5 лабораторий в мире, сертифицированных для получения новых сплавов одним из главных способов аддитивного производства — электронно-лучевым плавением. Появлению новых сплавов предшествовал месяц слесарных трудов в Исследовательском центре спортивных технологий, в котором создают орудия побед не только для обычных спортсменов, но и для паралимпийцев, что очень близко тематике моего исследования.
Существование такого сильного исследовательского центра в городе, с населением всего в 40 тысяч человек, что отстоит от северного полярного круга на 500 километров крепко связан с двумя фактами: недалеко от Эстерсунда находится горнолыжный курорт Оре, а в самом Эстерсунде находится National Swedish Biathlon Arena, на которой, кстати, 7 марта 2019 года начнётся Чемпионат мира по биатлону.

Похожее изображение

еще

«Нет ничего невозможного» и в этом абсолютно убеждена наш аспирант, без пяти минут кандидат физико-математических наук, Ирина Грубова. Скорее читаем ее интересную историю, длинною в 5 лет

Недостаточно лишь понять задачу, необходимо желание решить её. Без сильного желания решить трудную задачу невозможно, но при наличии такового возможно. Где есть желание, найдётся путь!

Дьёрдь Пойа

Дорогой читатель, я начала свой пост с высказывания Дьёрдь Пойа, потому что именно оно часто помогает мне по жизни, и надеюсь, что ты запомнишь и прочувствуешь его также, как и я, и ни на минуту не будешь сомневаться в силе своей мысли.

В этом посте я хочу рассказать Вам о своём опыте научной работы в Бельгии, непосредственно в Университете Антверпена и немного о самой жизни в той самой Бельгии. В начале аспирантуры, мой научный руководитель, Сурменев Роман Анатольевич, предложил мне написать проект на финансирование научной командировки для проведения исследований в группе PLASMANT , Университет Антверпена, Антверпен, Бельгия. Данная научная группа является одной из лидеров по моделированию плазмы. На тот момент моделировать я совершенно не умела, но интерес к данной теме всегда был. Мне повезло и мой проект поддержали, в 2013 году я полетела на стажировку в Антверпен. Было очень сложно, те три месяца я до сих пор часто вспоминаю. Проект был с маленьким финансированием, приходилось ходить пешком, Бельгия страна не из дешёвых. Мяса я не ела, забыла, как оно выглядит. Но это было не самое трудное, самое сложное для меня было вникнуть в аспекты метода, который я собиралась использовать для своего исследования. Я всегда мыслила немного не так, я задавала вопросы на будущее и не получала ответ. Но мне очень повезло, ведь группа PLASMANT, одна из тех групп, в которой царит дружественная обстановка, помощь можно попросить у любого и каждого, если кто-то не знает, как помочь, он просто поддержит словом. В группе PLASMANT принято держать двери офиса отрытыми, чтобы коллеги могли в любой момент спросить или попросить что-нибудь. Я не видела никогда ранее, чтобы вся научная группа собиралась и дружно шла в столовую на ланч. Кто брал еду с собой всегда обходил офисы и предлагал присоединиться к нему на кухне. Всё это при условии, что группа немаленькая, больше 20 человек. В итоге и мне коллеги помогли осознать мою основную ошибку, я не решала задачи последовательно, и это очень тормозило исследование. Мою работу в группе PLASMANT курировал доктор Эрик Нейтс, очень оптимистичный человек. Позже он стал моим вторым научным руководителем, так как после стажировки было принято решение подписать соглашение о совместном научном руководстве диссертационным исследованием. После подписания данного соглашения я ещё не раз ездила в Антверпен в командировку. Самая долгосрочная командировка, которая продлилась полгода, позволила мне понять Фландрию и полюбить её. Данная часть Бельгии очень отличается от Валлонии. Мне повезло встретить там только хороших, добрых и очень отзывчивых людей. Отсутствие знаний нидерландского языка меня нисколько не удручало, т.к. практически все от мала до велика прекрасно владеют английским языком, и с удовольствием на нём разговаривают. В кино и по телевидению все передачи и фильмы идут в оригинале, нидерландские титры внизу экрана. Возможность ездить на велосипеде окрыляла меня, я фанат байка. В городе Антверпене очень часто проводят марафоны, люди готовятся к ним круглый год, бегают утром и вечером. Архитектура несомненно привлекает внимание, самый, по моему мнению, красивый ж/д вокзал находится именно в Антверпене, его даже в сериале “Пуаро” снимали.
Антверпен знаменит своим портом и алмазами, модными кутюрье и дизайнерами. За полгода жизни в Бельгии я ни разу не чувствовала себя чужой. В Антверпене есть прекрасный зоопарк, в котором не мучают животных, а помогают им, и изучают их. Ещё в Антверпене есть институт тропической медицины, который является одним из ведущих институтов мира для обучения, проведения научных исследований в области тропической медицины и здравоохранения в развивающихся странах.
Сейчас я нахожусь в шаге от защиты диссертационного исследования, я вспоминаю свой путь в аспирантуре с теплом, были и ошибки, но их было гораздо меньше, чем правильных решений! Путешествуйте и помните, если вы хотите быть более успешными в своей работе и изменить этот мир к лучшему, вам нужно получить опыт работы в разных образовательных системах и научных группах, а также общаться с разными людьми.

еще

Главное в жизни — не бояться ошибок, пробовать и сохранять уверенность, даже когда внутренние ощущения говорят об обратном. Об этом и о впечатлениях от первой стажировки нашей студентки — Оксаны Мишуковой, в Университете Ланкастера, читайте ниже

Стажировка в английском городе Ланкастере стала для меня первой и я очень ее ждала. Было страшно, было боязно, я запуталась в английских словах на таможне в аэропорту, запуталась при покупке билета на поезд, но, о, боже! Это же Англия — страна Гарри Поттера, Биг Бена и Битлз.
Город Ланкастер оказался маленьким и совершенно средневековым. Полностью высеченный из камня, увитого плющом, с замком возвышающимся на холме, он к тому же стоял на море, которое было грозным и хмурым. Атмосфера может показаться мрачной, но я думаю это именно тот самый английский дух, про который мы так часто слышим.
После того как я в первый день увидела город, я решила что университет Ланкастера окажется таким же каменным и чопорным. Однако оказалось, что это большой и удобный кампус, загадочные и красивые корпуса и современное оборудование. А еще — бесконечно число маленьких и уютных местечек, где ты можешь сидеть, отдыхать и читать литературу для своих исследований.
В начале всегда сложно, а когда не имеешь какого-то подобного зарубежного опыта — сложнее вдвойне, однако безумно отзывчивые коллеги из Ланкастерского университета старались как могли помочь мне освоиться и продвинуться в моих исследованиях моей первой стажировки, за что я им безгранично благодарна.
Подводя итог моей поездки я думаю самое важное что я вынесла — это не бояться, учиться чему не знаешь и стремиться сделать все, что ты можешь в данной ситуации. Конечно не всегда все получается с первого раза, однако опыт, который ты получаешь — бесценен.

еще

Контакная информация

Ваше имя (обязательно)

Ваш e-mail (обязательно)

Тема

Сообщение

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Адрес : Россия, 634021, Томск, Проспект Ленина 43
Владелец : Сурменев Роман Анатольевич, к.ф.-м.н. Телефон : 8(3822) 563-451 Мобильный телефон : +7 903 953 09 69