像骨骼一样,材料会再生以“修复”伤害

在仿生学的影响下,研究人员正在开发一种可再生以修复骨折的可生物降解材料。它可以用于机械肢体,例如

美国亚利桑那州立大学的研究人员开发了一种由具有“形状记忆”功能的聚合物组成的材料——这种可生物降解的材料模仿了它所附着的物体的原始形状。然后将这些聚合物结合到光纤网络中(能够检测对某些材料的损坏),然后通过红外激光对受损区域施加热刺激。

反过来,产生的热量会刺激硬化和再生机制。如果材料损坏,自修复过程可以恢复其原始强度的 96%。据研究人员称,该系统不会重建受损的连接,而是重塑骨折,尽可能接近原始形状。这种材料甚至可以减少对损坏或损坏的结构和材料的不断更换或修复的需要,从而降低成本。

图像:具有“形状记忆”功能的聚合物。红色区域表示光纤网络起作用的位置,刺激材料呈现其原始形状。

骨骼功能

科学研究受到仿生学的启发,通过“复制”骨骼的功能,骨骼能够检测损伤,中断其增殖,并通过某些细胞重塑受损骨骼,使它们再生。有助于骨重建的细胞是: 破骨细胞,它重吸收和重塑骨组织;和成骨细胞,负责形成骨组织和一些构成骨基质的蛋白质,例如 I 型胶原蛋白(在页面底部的视频中更好地了解它是如何工作的)。

来自同一机构的其他研究可以帮助开发“骨骼副本”。她专注于矿化胶原纤维,这是高度保守的骨纳米结构块。通过分子动力学模拟和理论分析的结合,研究人员观察到这些纤维的纳米结构特性赋予它们高强度和承受大变形的能力。因此,矿化胶原纤维能够耐受微裂纹,而不会导致任何宏观组织衰竭,这对于重塑可能是必不可少的。

材料应用

如果这项创新进一步发展并通过多项测试,它可以用于制造坚固、轻质的材料,这些材料可以承受很大的压力,例如在生产机械肢体时用于替代骨骼的化合物。 ,以及新材料的创造。



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