Spider Silk: klucz do nowych kompozytów do naprawy kości!

Naukowcy opracowali biodegradowalny kompozyt z włókien jedwabiu, który można wykorzystać do naprawy złamanych kości nośnych bez powodowania komplikacji, takich jak inne materiały.

Trójwymiarowe renderowanie nowego typu kompozytu do naprawy kości opracowanego przez Niederich University. Materiał kompozytowy jest wykonany z włókien jedwabiu i włókien kwasu polimlekowego, a przy zachowaniu elastyczności jest pokryty doskonałymi cząstkami bioceramicznymi. Ten biodegradowalny kompozyt może pomóc w leczeniu kości bez powikłań, takich jak części metalowe.

Naprawa głównych kości nośnych, takich jak kości kończyn dolnych, może być długim i trudnym procesem.

Naprawa głównych kości nośnych, takich jak kości kończyn dolnych, może być długim i trudnym procesem.

Aby ułatwić naprawy, lekarze czasami instalują metalową płytkę do podtrzymywania kości podczas gojenia. Ale może to być problem. Niektóre metale wstrzykują jony do otaczającej tkanki, co powoduje stan zapalny i podrażnienie. Ponadto metal jest również bardzo twardy. Jeśli metalowa płyta zostanie poddana nadmiernym obciążeniom w nogach, nowe kości mogą stać się bardziej kruche i bardziej podatne na pękanie.

Aby znaleźć rozwiązanie tego problemu, naukowiec zajmujący się materią i inżynier biomedyczny profesor Mei Wei zwrócił się do pająków i ćmy o inspirację. Wei jest szczególnie zaniepokojony fibroiną jedwabną, białkiem znajdującym się w jedwabnych włóknach pająków i ciem, znanym z dobrej wytrzymałości i wytrzymałości na rozciąganie.

Społeczność medyczna od dawna zdawała sobie sprawę z istnienia fibroiny jedwabiu. Ze względu na wysoką wytrzymałość i dobrą biodegradowalność jest on powszechnym składnikiem szwów medycznych i inżynierii tkankowej. Jednak nikt nie próbował uczynić go gęstym materiałem polimerowym, a Wei wiedziała, że fibroina jedwabiu jest kluczem, jeśli chce zrobić lepsze urządzenie do naprawy złamanej kości nośnej.

We współpracy z prof. Dianyun Zhang, inżynierem mechanikiem na Uniwersytecie w Connecticut, laboratorium Prof. Wei rozpoczęło testowanie fibroiny jedwabiu w różnych materiałach kompozytowych, znajdując odpowiednią kombinację i stosunek różnych materiałów, aby uzyskać najlepszą wytrzymałość i elastyczność. Seks. Nowa kompozycja oczywiście wymaga dużej siły. Twardość. Jednak nie musi być zbyt wysoki. Jeśli twardość jest zbyt wysoka, będzie hamować wzrost gęstych kości. Jednocześnie materiał kompozytowy musi być elastyczny, aby pacjent mógł leczyć kość, zachowując jednocześnie naturalny zakres ruchu i ruchu.

Po wielu testach Wei i Zhang odkryli to, czego szukali. Nowy materiał kompozytowy składa się z włókien filamentowych i włókien kwasu polimlekowego (biodegradowalnego termoplastu wytworzonego ze skrobi kukurydzianej i trzciny cukrowej) impregnowanych w roztworze, a każdy roztwór jest pokryty hydroksyapatytem. Drobne mikrobiologiczne cząstki ceramiczne (minerały fosforanu wapnia występujące w zębach i kościach). Powleczone włókna układano następnie na małej stalowej ramie i prasowano w gęstym złożonym pręcie w gorącej prasującej formie.

W ostatnich badaniach opublikowanych w "Mechanicznym zachowaniu materiałów biomedycznych" Wei poinformował, że wysoko wydajne kompozyty biodegradowalne wykazują wysoką wytrzymałość i dobrą elastyczność, która jest tym samym typem biomateriałów w literaturze. Najwyższa wartość zarejestrowana kiedykolwiek. Ponadto ich wydajność będzie jeszcze lepsza.

Wei, który jest również dziekanem Wydziału Inżynierii i poświęcił się badaniom i edukacji podyplomowej, powiedział: "Nasze wyniki pokazują, że ten nowy rodzaj materiału kompozytowego ma bardzo wysoką wytrzymałość i elastyczność, ale uważamy, że jeśli może zrobić każdy element Aby osiągnąć nasz cel, osiągniemy lepsze wyniki. "

Nowy materiał kompozytowy również ma wytrzymałość. Kości udowe dorosłych i osób starszych mogą leczyć miesiące. Materiał kompozytowy opracowany przez laboratorium Wei zakończył pracę, a następnie zaczął się pogarszać rok później. Nie jest wymagane żadne chirurgiczne usunięcie.

Do zespołu badawczego Wei i Zhanga dołącza Bryan Heimbach, doktorant i informatyk z Wei Lab oraz Beril Tonyali z UConn, który studiuje nauki materiałowe i stopnie inżynierskie.

Zespół rozpoczął testowanie nowych pochodnych kompozytów, w tym tych, które wykorzystują postać monokryształu hydroksyapatytu dla większej wytrzymałości związków, oraz zmianę mieszanki powlekającej, aby uzyskać większą wagę w kościach Maksymalne mechaniczne właściwości