Unter Druck: New Bioinspirierte Material kann ‚shape‘ auf externe Kräfte

Ein Bericht über die Ergebnisse wurde heute in Advanced Materials veröffentlicht.

„Stellen Sie sich ein Knochenimplantat oder eine Brücke, die Dose selbst verstärken, wo eine hohe Kraft ohne Kontrolle und Wartung angewandt wird. Es ermöglicht sichere Implantate und Brücken mit minimalen Komplikationen, Kosten und Ausfallzeiten“, sagt Sung Hoon Kang, Assistant Professor in der Fakultät für Maschinenbau, Hopkins Extremen Material Institute, und Institut für Nanobiotechnologie an der Johns Hopkins University und die Studie leitenden Autor.

Während andere Forscher versucht haben, bevor ähnliche synthetische Materialien zu schaffen, damit ist eine Herausforderung, da solche Materialien schwierig und teuer zu erstellen sind, oder aktiver Wartung erfordern, wenn sie erstellt werden und in wie viel Stress begrenzt sie ertragen kann. Mit Materialien mit anpassungsfähigen Eigenschaften, wie die von Holz und Knochen können sicherer Strukturen schaffen, Geld und Ressourcen sparen und schädliche Auswirkungen auf die Umwelt reduzieren.

Natürliche Materialien können selbst regulieren, indem sie Ressourcen in der Umgebung verwendet wird; Verwenden Sie beispielsweise Zellsignale Knochen das Hinzufügen oder Entfernen von Mineralien aus dem Blut um sich herum genommen zu steuern. Inspiriert von diesen natürlichen Materialien, Kang und seine Kollegen versucht, ein Materialsystem zu schaffen, die Mineralien in Reaktion auf die angelegte Spannung hinzufügen könnte.

Das Team begann mit Materialien, die mechanischen Kräfte in elektrische Ladungen als Gerüste oder Stützstrukturen umwandeln kann, die Gebühren im Verhältnis zu externer Kraft gesetzt auf sie zu schaffen. Die Hoffnung war, das Team, dass diese Gebühren als Signale dienen könnten für die Materialien Mineralisierung von Mineralionen in der Umgebung zu starten.

Kang und Kollegen eingetaucht Polymerfilme aus diesen Materialien in einer simulierten Körperflüssigkeit ionische Konzentrationen von menschlichem Blutplasma nachahmt. Nachdem die Materialien in der simulierten Körperflüssigkeit inkubiert, begannen Mineralien auf den Oberflächen zu bilden. Das Team hat auch entdeckt, dass sie die Arten von Mineralien durch die Steuerung der Flüssigkeit der Ionenzusammensetzung gebildet kontrollieren konnten.

Das Team dann einen Strahl verankert an einem Ende allmählich zu erhöhen Stress von einem Ende der Materialien auf den anderen Einrichtung und gefunden, dass die Regionen mit mehr Stress mehr Mineralanhäufung hatten; die Mineralhöhe war proportional zur Quadratwurzel der Spannung ausgeübt.

Ihre Methoden, die Forscher sagen, sind einfache, kostengünstige und erfordern keine zusätzliche Energie.

„Unsere Ergebnisse den Weg für eine neue Klasse von sich selbst regenerierende Materialien ebnen kann, die sich selbst reinforce Bereiche beschädigt kann“, sagt Kang. Kang hofft, dass diese Materialien eines Tages als Gerüste Behandlung von Knochenbedingten Krankheiten oder Fraktur, smart Harze für Zahnbehandlungen oder anderen ähnlichen Anwendungen zu beschleunigen, verwendet werden.

Darüber hinaus tragen diese Erkenntnisse der Wissenschaftler das Verständnis der dynamischen Materialien und wie Mineralisierung Arbeiten, die auf ideale Umgebungen beleuchten könnte für die Knochenregeneration erforderlich.