Моделирование механического отклика анизотропных скаффолдов для регенерации костной ткани в условиях биомеханических систем

Название НИОКТР	Моделирование механического отклика анизотропных скаффолдов для регенерации костной ткани в условиях биомеханических систем
Аннотация	Проект направлен на развитие методов математического моделирования анизотропных решетчатых структур скаффолдов для регенерации поврежденной костной ткани и исследования их механического отклика в условиях взаимодействия с костной тканью в биомеханических системах. Проблема замещения поврежденной костной ткани связана с увеличением продолжительности жизни человека и острой нехваткой донорских тканей. В качестве перспективной замены выступают искусственные решетчатые объекты – скаффолды – которые должны обладать механическими свойствами и структурой, сопоставимыми с замещаемой костной тканью, и эффективно работать в условиях биомеханической среды. Для этого необходимо не только спроектировать скаффолд с необходимыми свойствами, но и спрогнозировать, как он будет вести себя при взаимодействии с окружающими тканями под воздействием физиологическ их нагрузок. Скаффолды представляют из себя решетчатые структуры, классифицируемые как механические метаматериалы, особые свойства которых обусловлены внутренней архитектурой элементарной ячейки. Интерес к подобному классу материалов связан с возможностью эффективной адаптации их механических характеристик под конкретные требования. Огромный выбор базовых элементарных ячеек, возможности параметрического и функционального изменения их морфометрических характеристик (таких как толщина стенки, диаметр поровых каналов, эффективна пористость), а также комбинирование различных типов ячеек в рамках одной структуры открывают широкое пространство доступных конфигураций для проектирования. В связи с этим требуются обширные численные исследования для определения рационального подхода к проектированию скаффолдов, удовлетворяющих физико-механическим и биологическим требованиям. Успешность практического применения таких материалов зависит от возможностей их проектирования, точного воспроизведения воздействия на скаффолд физиологических нагрузок и окружающих тканей, а также построения математических моделей для описания их механического отклика. Таким образом, развитие современных подходов к синтезу, структурно-зависимых свойств и потенциальных возможностей применения таких материалов в различных областях науки и техники является необходимым и актуальным. Из-за большого количества доступных конфигураций элементарной ячейки, а также противоречивых требований к свойствам структуры для достижения необходимых механическим и биомедицинских параметров, не существует универсального подхода к проектированию структуры скаффолдов. Кроме того, возможности по проектированию сложной архитектуры значительно ограничены доступными программными комплексами, которые бы позволяли спроектировать скаффолд с необходимыми архитектурными особенностями, перейти от неё к конечно-элементной модели и описать с помощью численных методов и подходов механик и сплошной среды её механическое поведение в условиях взаимодействия с биомеханической средой. Для решение этой проблемы актуально развитие подходов на основе методов математического моделирования для решения задачи проектирования анизотропной структуры скаффолдов с требуемыми механическими и морфометрическими свойствами. Научная новизна данного проекта заключается в создании анизотропных структур скаффолдов с контролируемыми морфометрическими параметрами, а также разработке математических моделей деформационного поведения таких структур при взаимодействии с биомеханической средой в условиях физиологического нагружения. Будет исследовано упругое и упругопластическое деформирование, проанализированы эффективные характеристики прототипов скаффолдов, выявлены закономерности между архитектурными особенностями и механическим откликом, влияние условий нагружения и контактного взаимодействия.
Доступ к ОКОГУ исполнителя	False
Количество связанных РИД	0
Количество завершенных ИКРБС	0
Сумма бюджета	3000.0
Дата начала	2025-09-15
Дата окончания	2027-06-30
Номер контракта	25-79-00308
Дата контракта	2025-09-15
Количество отчетов	2
УДК	539.3
Количество просмотров	8
Руководитель работы	Еленская Наталия Витальевна
Руководитель организации	Петроченков Антон Борисович
Исполнитель	ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Заказчик	Российский научный фонд
Федеральная программа	Отсутствует
Госпрограмма	—
Основание НИОКТР	Грант
Последний статус	2025-10-01 08:14:38 UTC, 2025-10-01 08:14:38 UTC
ОКПД	Услуги (работы), связанные с научными исследованиями и экспериментальными разработками в области технических наук и в области технологий, прочие, не включенные в другие группировки, кроме биотехнологии
Отраслевой сегмент	—
Минздрав	—
Межгосударственная целевая программа	—
Ключевые слова	металлы; полимеры; контактное взаимодействие; пористые структуры; костная ткань; упругопластическое поведение; морфометрические характеристики; анизотропная структура; скаффолды; тканевая инженерия
Соисполнители	—
Типы НИОКТР	Фундаментальное исследование
Приоритетные направления	—
Критические технологии	—
Рубрикатор	30.19.25 - Пластичность; 30.19.15 - Теория упругости
OECD	—
OESR	Прикладная механика
Приоритеты научно-технического развития	а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
Регистрационные номера	—