Onder druk: Nuwe BioInspired materiaal kan 'Shapeshift' om eksterne kragte

In 'n verslag van die bevindings is vandag gepubliseer in Gevorderde Materials.

"Stel jou voor 'n been inplanting of 'n brug wat self versterk waar 'n hoë krag toegepas word sonder inspeksie en instandhouding. Dit sal veiliger inplantings en brûe met 'n minimale komplikasies, koste en stilstand te laat," sê Sung Hoon Kang, 'n assistent-professor in die Departement van Meganiese Ingenieurswese, Hopkins Extreme Materiaal Instituut, en Instituut vir nanobiotegnologie by The Johns Hopkins Universiteit en senior skrywer die studie se.

Terwyl ander navorsers het gepoog om soortgelyke sintetiese materiaal voor te skep, om dit te doen is 'n uitdaging, want sulke materiaal is moeilik en duur om te skep, of vereis aktiewe onderhoud wanneer dit geskep word en is beperk in hoe veel stres kan dra. Na materiaal met aanpasbaar eienskappe, soos dié van hout en been, kan veiliger strukture te voorsien, behalwe geld en hulpbronne, en skadelike invloed op die omgewing te verminder.

Natuurlike materiale kan self-reguleer deur gebruik te maak van hulpbronne in die omliggende omgewing; byvoorbeeld, bene gebruik sel seine na die byvoeging of verwydering van minerale uit bloed rondom hulle te beheer. Geïnspireer deur hierdie natuurlike materiaal, Kang en kollegas probeer om 'n materiaal stelsel wat minerale kan voeg in reaksie op toegepaste spanning te skep.

Die span het begin deur gebruik te maak van materiaal wat meganiese kragte kan omskep in elektriese ladings as steiers, of ondersteuning strukture, wat koste eweredig aan eksterne krag geplaas op dit kan skep. hoop die span se is dat hierdie koste as seine kan dien vir die materiaal om mineralisasie begin van minerale ione in die omgewing.

Kang en kollegas gedompel polimeer films van hierdie materiaal in 'n gesimuleerde liggaamsvloeistof naboots ioniese konsentrasies van menslike bloedplasma. Na afloop van die materiaal geïnkubeer in die gesimuleerde liggaamsvloeistof, minerale begin vorm op die oppervlak. Die span het ook ontdek dat hulle die tipes minerale wat gevorm word deur die beheer van die vloeistof se ioon samestelling kon beheer.

Die span dan die opstel van 'n balk geanker aan die een kant om geleidelik verhoog spanning van die een einde van die materiaal na die ander en het bevind dat streke met meer stres het meer minerale opbou; die minerale hoogte was eweredig aan die vierkantswortel van stres toegepas.

Hul metodes, het die navorsers sê, is eenvoudig, lae-koste en doen nie ekstra energie benodig.

"Ons bevindinge kan die weg baan vir 'n nuwe klas van self-herstel van materiaal wat gebruik kan self-verstevig beskadigde gebiede," sê Kang. Kang hoop dat hierdie materiaal eendag kan gebruik word as steiers om behandeling van been verwante siekte of fraktuur, slim harsen vir tandheelkundige behandeling of ander soortgelyke programme te versnel.

Daarbenewens, hierdie bevindinge bydra tot wetenskaplikes se begrip van dinamiese materiaal en hoe mineralisasie werke, wat lig kan werp op ideale omgewings wat nodig is vir bother.