Sob pressão: New Bioinspirada material pode 'Metamorfose' a forças externas

Um relatório dos resultados foi publicado hoje em Materiais Avançados.

"Imagine um implante de osso ou de uma ponte que pode se auto-reforçar onde uma elevada força é aplicada sem inspecção e manutenção. Permitirá implantes mais seguras e pontes com o mínimo de complicação, custo e tempo de inactividade," diz Sung Hoon Kang, um professor assistente no Departamento de Engenharia mecânica, Hopkins extrema Instituto de Materiais e Instituto de nanobiotecnologia no The Johns Hopkins University e autor sênior do estudo.

Enquanto outros pesquisadores têm tentado criar materiais sintéticos semelhantes antes, isso tem sido um desafio, porque esses materiais são difíceis e caros para criar, ou exigir manutenção ativa quando eles são criados e são limitados em quanto esforço eles podem suportar. Com materiais com propriedades adaptáveis, como os de madeira e osso, pode fornecer estruturas mais seguras, economizar dinheiro e recursos, e reduzir o impacto ambiental prejudicial.

Materiais naturais podem se auto-regulam usando recursos no ambiente circundante; por exemplo, ossos utilizar sinais celulares para controlar a adição ou remoção de minerais extraídos do sangue em torno deles. Inspirado por esses materiais naturais, Kang e seus colegas procuraram criar um sistema de materiais que poderiam adicionar minerais em resposta ao estresse aplicado.

A equipe começou pelo uso de materiais que podem converter forças mecânicas em cargas elétricas como andaimes ou estruturas de apoio, que podem criar taxas proporcionais a uma força externa colocada sobre ele. esperança da equipe foi que essas taxas poderiam servir como sinais para os materiais para começar a mineralização de íons minerais no ambiente.

Kang e colegas imerso películas de polímeros destes materiais num fluido corporal simulado imitando as concentrações iónicas de plasma de sangue humano. Depois dos materiais incubadas no fluido corporal simulado, minerais começou a formar nas superfícies. A equipe também descobriu que eles poderiam controlar os tipos de minerais formados por controlar composição iônica do fluido.

A equipa em seguida, definir-se um feixe ancorado em uma extremidade para aumentar gradualmente a tensão de uma extremidade do material para o outro e descobriram que regiões com mais de stress tiveram acumulação de mais minerais; a altura mineral era proporcional à raiz quadrada da tensão aplicada.

Seus métodos, dizem os pesquisadores, são simples, de baixo custo e não necessitam de energia extra.

"Nossas descobertas podem abrir o caminho para uma nova classe de materiais auto-regeneradora que pode auto-reforçam áreas danificadas", diz Kang. Kang espera que estes materiais podem ser utilizados como um dia andaimes para acelerar o tratamento de doença ou fractura relacionada com os ossos, as resinas inteligentes para tratamentos dentais ou outras aplicações semelhantes.

Além disso, estes resultados contribuem para cientistas compreensão de materiais dinâmicos e como funciona a mineralização, o que poderia lançar luz sobre ambientes ideais necessários para a regeneração óssea.