Projekta identifikācijas numurs: lzp-2023/1-0521
Tips: Latvijas Zinātnes padomes fundamentālo un lietišķo pētījumu projekts
Projekta ilgums: 01.01.2024.-31.12.2026.
Projekta vadītājs: Dr.phys. Virgīnija Vītola, Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts
Kopējais finansējums: 299 922 EUR
Projekta mērķis:
Šī projekta mērķis ir izpētīt bioloģiski saderīgus kompozītmateriālus, kas spēj secīgi salocīties, ko panāk ar gaismas izraisītu fototermisko efektu nanodaļiņās, kas iestrādātas kompozītmateriālā. Projekta galvenais mērķis ir sintezēt un uzlabot uz gaismu reaģējošus bioloģiski saderīgus materiālus 4D drukāšanai, nodrošinot secīgu salocīšanos.
Sagaidāmie zinātniskie rezultāti:
Projekta mērķis ir izstrādāt ar gaismu aktivējamus materiālus asinsvadu savienojuma elementu 4D drukāšanai, kas nākotnē ļautu atjaunot asinsvadus un ārstēt trombemboliskās slimības. 4D drukāti materiāli spēj mainīt savu formu, reaģējot uz ārējiem stimuliem. Projektā paredzēts izgatavot viedas, aktīvas struktūras, izmantojot formu mainošus polimērus, ko aktivē gaisma. 4D drukāšanai ir milzīgs potenciāls biomedicīnas inženierijas jomā. Izmantojot formas atmiņas polimērus, hidrogēlus un šķidro kristālu elastomērus, 4D drukāšana ļauj izveidot sarežģītas struktūras. Šajā projektā galvenā uzmanība tiek pievērsta šīs tehnoloģijas izmantošanai, lai izstrādātu bioloģiski saderīgus materiālus, kas var kalpot kā sastatnes bojāto asinsvadu labošanai. Šī projekta mērķis ir izpētīt bioloģiski saderīgus kompozītmateriālus, kas spēj secīgi salocīties, ko panāk ar gaismas izraisītu fototermisko efektu nanodaļiņās, kas iestrādātas kompozītmateriālā. Projekta galvenais mērķis ir sintezēt un uzlabot uz gaismu reaģējošus bioloģiski saderīgus materiālus 4D drukāšanai, nodrošinot secīgu salocīšanos. Tas ietver kompozītmateriāla sintēzes parametru izpēti, lai uzlabotu locīšanas īpašības un polimēra un nanodaļiņu īpašību izpēti, reaģējot uz dažādām gaismas jaudām un viļņu garumiem. Paredzamā šī projekta ietekme ir ievērojama gan materiālzinātnes, gan medicīnas attīstībā.
Šis projekts attīsta modernu materiālzinātnes virzienu – gaismjutīgu, formu mainošu materiālu izstrādi, izmantojot 4D drukāšanu. Mūsu mērķis ir radīt “viedus” polimēru kompozītus, kas var mainīt formu, reaģējot uz gaismu – šī parādība ir pazīstama kā formas atmiņas efekts. Šādus materiālus nākotnē varētu izmantot medicīnā, piemēram, minimāli invazīvām asinsvadu implantācijām, kā arī mīkstajā robotikā un mikroinženierijā.
Inovācija slēpjas bioloģiski noārdāmu un saderīgu materiālu izstrādē, kas reaģē uz dažādiem gaismas viļņu garumiem, nodrošinot precīzu un programmējamu formu maiņu. Tas tiek panākts, iestrādājot fototermālas nanodaļiņas – piemēram, sudrabu (Ag) vai vara sulfīdu (CuS) – polimēru matricā. Apstarojot ar noteikta garuma gaismu, nanodaļiņas uzsilst un iedarbina materiāla formas atjaunošanās procesu.
Mēs izmantojam mikroviļņu-asistētu sintēzi nanodaļiņu iegūšanai, šķīdinātājliešanas metodi kompozītu izgatavošanai un 3D/4D drukas tehnoloģijas funkcionālu struktūru veidošanai. Mūsu komanda jau ir veiksmīgi demonstrējusi gaismas izraisītu formas maiņu un veikusi pirmos testdruku paraugus, un pašlaik strādājam pie materiāla mērogošanas sarežģītāku ģeometriju drukai.
Sekojiet līdzi mūsu gaitām – šeit regulāri publicēsim projekta aktualitātes, publikācijas un sabiedriskās iesaistes aktivitātes!
Projekta jaunumi un aktualitātes:
08.02.2025. – Lekcija LU Jauno fiziķu skolā ar nosaukumu “Optiskie materiāli”.
2025. gada marts–maijs: izstrādāts formas atmiņas polimēru kompozīts ar sudraba nanodaļiņām.
Mūsu komandai izdevās izstrādāt bioloģiski noārdāmu, ar gaismu aktivējamu formas atmiņas kompozītu ar sudraba nanodaļiņām. Esam pierādījuši, ka:
- Materiālam piemīt formas atmiņas efekts;
- Tas aktivējas ar gaismu;
- Tas ir drukājams ar SLA 3D drukas metodi.
Šobrīd esam palielinājuši sintēzes apjomu un gatavojam 15 g partiju, lai veiktu sarežģītāku struktūru drukāšanu!
Publicētie raksti:
• Krizmane, K., Dile, M., Einbergs, E., Vitola, V., Knoks, A., Hamawandi, B., & Zolotarjovs, A. (2025). Optimising photothermal silver nanoparticles for efficient light-activated shape memory response in AgNP-polymer composites. *Latvian Journal of Physics and Technical Sciences*, 62(3).
• Biswas, A., Apsite, I., Rosenfeldt, S., Bite, I., Vitola, V., & Ionov, L. (2024). Modular photoorigami-based 4D manufacturing of vascular junction elements. *Journal of Materials Chemistry B*, 12, 5405–5417. https://doi.org/10.1039/D4TB00236A