Pouhé čtyři měsíce trvalo studentu doktorského studia Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci Andriimu Shynkarenkovi, než od návrhu konstrukce sestrojil dva funkční prototypy strojů, které umožní využívání nanovláken v medicínských aplikacích. Jedná se o zařízení pro splétání nanovlákenných struktur, které mohou být osazeny léčivy nebo živými buňkami. Prototypy vznikly v rámci Studentské grantové soutěže a představily se na letošním 61. ročníku Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně.
První zařízení umí splétat chirurgické kompozitní nitě povlákněné nanovlákennou vrstvou. Tato vrstva pak může sloužit jako biodegradabilní nosič speciálních léčiv s lokálním zaměřením na postižené místo. Druhé zařízení dokáže splétat nitě s nanovlákennou vrstvou osázenou živými buňkami do určitých struktur. Tyto struktury plní funkci scafoldů (nosičů). Podstatnou novinkou je, že celý proces probíhá v živném roztoku, protože jen na scafoldu ponořeném do tohoto média jsou buňky schopné přežít a růst pro další medicínské účely. „Kdybychom osázené buňky splétali na vzduchu, během velmi krátké doby by zemřely,“ konstatuje Andrii Shynkarenko. Oba prototypy byly vyrobeny na katedře výrobních systémů a automatizace na Fakultě strojní TUL. „Do práce jsem se pustil z podnětu mého školitele profesora Davida Lukáše, který se tímto výzkumem dlouhodobě zabývá a spolupracuje i s Ústavem experimentální medicíny,“ říká Andrii Shynkarenko.
Dobu konstrukce podle něj výrazně zkrátila možnost vytisknout většinu komponentů prototypů v univerzitní laboratoři na profesionální 3D tiskárně HP 4200, protože nebylo nutné vyhledávat služby externích firem. „Návrhem konstrukce se zabýval hlavně student Jakub Macháček z naší katedry. Díky jeho zkušenostem v oblasti CAD modelování a 3D tisku a díky nezištné vstřícnosti kolektivu laboratoře jsme to všechno zvládli tak rychle. Nejdříve jsme vyrobili formu a na ni jsme osadili kompozitní nit povlákněnou nanovlákennou vrstvou. Formu jsme dali do speciální nádobky naplněné živným roztokem, ve kterém se pak splétají nitě osázené buňkami do určité struktury – scafoldu. A o to se postará tým profesora Lukáše z katedry chemie naší Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické,“ popisuje postup Shynkarenko.
LÁKADLO PRO NÁVŠTĚVNÍKY VELETRHU
Liberecká Fakulta strojní předvedla podle něj oba prototypy v Brně také trochu na efekt. „Stroj splétal z barevných nití líbivé náramky pro návštěvníky. Názorně jsme na něm ukázali, jak paličky běží po své dráze a splétají nitě. Pro názornost jsem tam také místo povinného signalizačního majáku nainstaloval i LED pásek. Ten se rozsvěcoval v širokém spektru barev a docela úspěšně k sobě lákal návštěvníky veletrhu. Udělal jsem si radost, mám totiž rád krásné stroje,“ usmívá se mladý vědec.
Prototyp stroje, který Andrii Shynkarenko sestavil, je určen pro práci v laboratoři a na Fakultě strojní TUL bude sloužit k dalším pokusům. Prototyp z Brna se bude ale muset podrobit některým zásadním změnám. „Cívky a paličky, vyrobené z plastu pro Brno, se musí nahradit jiným materiálem. Za reálných podmínek totiž proces probíhá ve sterilním prostoru a tyto komponenty musí být vyrobeny z biokompatibilního materiálu, aby neovlivňovaly jiný materiál – nitě –, se kterým jsou v kontaktu. My použijeme polymetylmetakrylát (PMMA), který na rozdíl od plastu vydrží i vysoké teploty,“ doplňuje Shynkarenko.