Bajo presión: Nueva Bioinspirada material de lata 'cambio de forma' a las fuerzas externas

Un informe de los resultados se ha publicado hoy en Materiales Avanzados.

"Imagínese un implante de hueso o un puente que puede auto-refuerzan la que se aplica una fuerza de alta sin inspección y mantenimiento. Permitirá a los implantes más seguros y puentes con un mínimo de complicaciones, el costo y el tiempo de inactividad", dice Sung Hoon Kang, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería mecánica, Hopkins Instituto extrema Materiales, y el Instituto de la nanobiotecnología en la Universidad Johns Hopkins y autor principal del estudio.

Mientras que otros investigadores han intentado crear materiales sintéticos similares antes, al hacerlo ha sido un reto debido a que tales materiales son difíciles y costosos de crear, o requieren mantenimiento activo cuando se crean y están limitados en la cantidad de estrés que pueden soportar. Que tienen materiales con propiedades adaptables, al igual que las de la madera y el hueso, pueden proporcionar estructuras más seguras, ahorrar dinero y recursos, y reducir el impacto medioambiental perjudicial.

Los materiales naturales pueden auto-regular mediante el uso de recursos en el medio ambiente circundante; por ejemplo, los huesos utilizan señales de células para controlar la adición o eliminación de los minerales extraídos de la sangre alrededor de ellos. Inspirado por estos materiales naturales, Kang y sus colegas buscaron crear un sistema de materiales que podrían añadir minerales en respuesta a la tensión aplicada.

El equipo comenzó por el uso de materiales que pueden convertir las fuerzas mecánicas en cargas eléctricas como andamios o estructuras de soporte, que pueden crear cargas proporcionales a la fuerza externa que se le plantean. esperanza del equipo era que estos cargos podrían servir como señales para los materiales para iniciar la mineralización de iones minerales en el medio ambiente.

Kang y sus colegas sumergieron películas de polímero de estos materiales en un fluido corporal simulado imitando concentraciones iónicas de plasma sanguíneo humano. Después de que los materiales se incubaron en el fluido corporal simulado, minerales comenzaron a formarse sobre las superficies. El equipo también descubrieron que podían controlar los tipos de minerales formados mediante el control de la composición de iones del fluido.

Posteriormente, el equipo creó una viga anclada en un extremo para aumentar gradualmente la tensión de un extremo de los materiales a la otra y se encontró que las regiones con más estrés tenían acumulación más mineral; la altura de minerales era proporcional a la raíz cuadrada de la tensión aplicada.

Sus métodos, los investigadores dicen, son simples, de bajo costo y no requieren energía extra.

"Nuestros hallazgos pueden allanar el camino para una nueva clase de materiales auto-regeneración que se auto-refuerzan las áreas dañadas", dice Kang. Kang espera que algún día estos materiales pueden ser utilizados como soportes para acelerar el tratamiento de la enfermedad o una fractura relacionada con el hueso, resinas inteligentes para tratamientos dentales u otras aplicaciones similares.

Además, estos resultados contribuyen a los científicos comprensión de materiales dinámicos y cómo funciona la mineralización, lo que podría arrojar luz sobre ambientes ideales necesarios para la regeneración ósea.