Новости

Nov 08, 2023

С намеком на «Паука»

21 апреля 2023 г. Автор: Дина Вайнштейн О работе сновидений и командной работе: в рамках Недели исследований 2023 года в этой серии студенты и наставники их факультетов рассказывают о своих исследованиях и о том, что

21 апреля 2023 г.

Дина Вайнштейн

О работе мечты и командной работе: в рамках Недели исследований 2023 года в этой серии студенты и их наставники на факультете рассказывают о своих исследованиях и о том, чему они научились друг у друга на этом пути.

Калеб Уэллс, выпускник инженерного колледжа Университета Содружества Вирджинии, посвящает часы микроскопическому проекту, имеющему очень большое применение: тканевой инженерии.

Вспомните франшизу «Человек-паук», в которой отсутствующая рука персонажа вырастает с помощью ДНК ящерицы. Тканевая инженерия — это несколько схожая концепция, которая используется для создания сосудистых трансплантатов для операции аортокоронарного шунтирования. Уэллс исследует, как разрушаются крошечные каркасы, используемые в этом процессе.

«Мы помещаем клетки в каркас, а клетки строятся вокруг каркаса. Точно так же, как в конце строительного проекта вы сносите строительные леса», — сказал Уэллс, студент факультета машиностроения и ядерной инженерии. «Этот каркас биоразлагается внутри человеческого тела. Итак, в какой-то момент единственное, что останется, — это собственные клетки хозяина. Так что нет никаких шансов на отказ или что-то в этом роде. Это идеальная замена».

Волокна, изготовленные из полимера под названием поликапролактон, образуют каркас, и Уэллс сосредоточился на свойствах этих волокон. Чтобы протестировать и установить базовые параметры волокон, он использует сканирующий электронный микроскоп с увеличением в 3000 раз. Миниатюрные волокна имеют диаметр примерно 1 микрометр.

Для изготовления каркаса полимер распределяется в растворе с помощью процесса, известного как электропрядение. «Вы получаете волокна, ориентированные во всех направлениях на каркасе, что-то вроде того, как сладкая вата вращается вокруг картонной трубки», — сказал Уэллс. «Это в некотором смысле может быть полезно, но в то же время, в зависимости от того, какие механические свойства вы ищете, не так уж и полезно».

Уэллс работает под руководством доктора философии Жоао Силвы Соареса в его лаборатории многомасштабной механики и моделирования инженерных тканей (ETM3). Целью проекта является разработка высокоинтегрирующих экспериментально-вычислительных подходов к инженерии сердечно-сосудистых тканей.

«Полимерный каркас в конечном итоге должен разложиться, чтобы быть полностью замененным новой тканью, которая была спроектирована», — сказал Соарес. «Мы пытаемся сначала понять, как лучше спроектировать ткань внутри биореактора, чтобы затем добиться лучшей интеграции внутри организма».

Уэллс познакомился с Соаресом летом 2021 года во время занятий у профессора по механике деформируемых материалов, что дало ему представление о том, как материалы и формы сгибаются и деформируются под действием своих сил.

Уэллс также работает над разработкой устройств для испытаний материалов с использованием одноосных и двухосных устройств для испытаний на механическое растяжение. «Это помогает нам определить, как те волокна, которые мы рассматривали под микроскопом, изменяются с течением времени, используя модуль упругости Юнга», — сказал он. «Если я тяну во всех направлениях, я могу увидеть, как затрагиваются волокна каждого направления. Я играю с программированием и электрическим проектированием, а также работаю с уже существующими машинами. Теперь я могу одновременно создавать машины и работать над серверной частью».

Здесь студент и наставник делятся мыслями о том, чему они научились, работая вместе.

Что вас привлекло в этом проекте?

Меня заинтриговало то, как я могу применить машиностроение в биомедицинской работе. Моя семья и мои друзья всегда говорили мне, исходя из моего характера, что я бы занялся биомедициной, потому что мне нравится помогать людям. В этой лаборатории я пока не работаю непосредственно над чем-то, что происходит непосредственно в чьем-то теле. Я приступаю к работе над механической стороной этого аспекта. Сейчас я анализирую механические и материальные свойства этих лесов. Итак, я участвую в более крупном проекте, который затем участвует в решении одной проблемы человеческого организма. Меня очень волновало то, что я стал частью чего-то, что может изменить ситуацию.

Что вы получили от этого опыта?

Одна из замечательных особенностей [экспериментальных] исследовательских лабораторий — это то, что вы можете применять то, что изучаете в классе, в различных проектах. С помощью этой лаборатории это было очень легко сделать, потому что я только что изучал «Механику деформируемых тел» и «Материаловедение», которые напрямую связаны с моей работой по тестированию материалов. Модуль упругости Янга — это термин, который я выучил всего пару семестров назад, поэтому я применял свою теоретическую курсовую работу непосредственно к реальному опыту, который действительно дает конкретную основу. Многие вещи стали намного проще после того, как я смог это сделать.