Örümcek İpek: Yeni Kemik Onarım Kompozitlerinin Anahtarı!

Araştırmacılar, diğer materyaller gibi komplikasyonlar üretmeden kırık yük taşıyıcı kemikleri onarmak için kullanılabilen, ipek liflerden yapılmış biyo-bozunabilir bir kompozit keşfettiler.

Niederich Üniversitesi tarafından geliştirilen yeni bir tip kemik onarım kompozitinin üç boyutlu bir görüntüsü. Kompozit malzeme ipek elyaf ve polilaktik asit elyafından yapılmakta ve esneklik korunurken mükemmel biyoseramik parçacıklar ile kaplanmaktadır. Bu biyolojik olarak parçalanabilen kompozit, metal parçalar gibi komplikasyonları ortaya çıkarmadan kemiği iyileştirmeye yardımcı olabilir.

Bacak kemikleri gibi ana yük taşıyıcı kemikleri onarmak uzun ve zor bir süreç olabilir.

Bacak kemikleri gibi ana yük taşıyıcı kemikleri onarmak uzun ve zor bir süreç olabilir.

Onarımları kolaylaştırmak için doktorlar bazen iyileştiğinde kemiği desteklemek için bir metal plaka takarlar. Ama bu bir sorun olabilir. Bazı metaller, iltihap ve tahrişe neden olan çevre dokuya iyonları enjekte eder. Ayrıca, metal de çok zordur. Metal bir plaka bacaklarda aşırı yüklere maruz kalırsa, yeni kemikler daha kırılgan hale gelebilir ve kırılma olasılığı daha yüksektir.

Bu soruna bir çözüm bulmak için, maddi bilimci ve biyomedikal mühendis Profesör Mei Wei örümceklere ve ilham için güvelere döndü. Wei, özellikle, iyi tokluk ve gerilme mukavemeti ile bilinen, örümceklerin ve kelebeklerin ipek liflerinde bulunan bir protein olan ipek fibroin ile ilgilidir.

Tıbbi topluluk uzun zamandır ipek fibroinin varlığından haberdar olmuştur. Yüksek mukavemeti ve iyi biyo-bozunabilirliği nedeniyle, tıbbi dikişlerin ve doku mühendisliğinin ortak bir bileşenidir. Bununla birlikte, hiç kimse yoğun bir polimer malzeme yapmaya çalışmamıştır ve Wei, kırılmış yük taşıyan kemiği onarmak için daha iyi bir cihaz yapmak istediğinde ipek fibroinin anahtar olduğunu biliyordu.

Connecticut Üniversitesi'nde bir makine mühendisi olan Prof. Dianyun Zhang ile işbirliği içinde, Prof. Wei's laboratuvarı, en iyi mukavemeti ve esnekliği elde etmek için farklı malzemelerin doğru kombinasyonunu ve oranını bularak çeşitli kompozit materyallerde ipek fibroini test etmeye başladı. Seks. Elbette yeni kompozisyonun yüksek mukavemetine ihtiyacı var. Sertlik. Bununla birlikte, çok yüksek olması gerekmez. Sertlik çok yüksekse, yoğun kemiklerin büyümesini engeller. Aynı zamanda, kompozit materyalin esnek olması gerekir, böylece hasta doğal hareket ve hareket aralığını korurken kemiği iyileştirebilir.

Onlarca testten sonra, Wei ve Zhang aradıkları şeyi keşfettiler. Yeni kompozit malzeme, çözelti içine emdirilmiş filaman lifleri ve polilaktik asit liflerinden (mısır nişastası ve şeker kamışından yapılan biyolojik olarak parçalanabilir bir termoplastik) oluşur ve her bir çözelti hidroksiapatit ile kaplanır. İnce mikrobik seramik partiküller (dişlerde ve kemiklerde bulunan kalsiyum fosfat mineralleri). Kaplanmış elyaflar daha sonra küçük bir çelik çerçeve üzerine tabakalandı ve bir sıcak sıkıştırma kalıbı içindeki yoğun bir kompozit çubuğa preslendi.

"Biyomedikal Malzemelerin Mekanik Davranışı" nda yayınlanan yakın tarihli bir çalışmada, Wei, yüksek performanslı biyo-bozunabilir kompozitlerin, literatürde aynı tipteki biyomateryaller olan yüksek mukavemet ve iyi esneklik sergilediğini bildirmiştir. Şimdiye kadar kaydedilen en yüksek değer. Ayrıca, performansları daha da iyi olacak.

Aynı zamanda Mühendislik Okulu'nun dekanı olan ve araştırma ve lisansüstü eğitime kendini adamış olan Wei, “Bizim sonuçlarımız, bu yeni kompozit malzeme türünün çok yüksek mukavemet ve esnekliğe sahip olduğunu gösteriyor, ancak eğer biz Her bileşeni yapabiliriz Hedefimize ulaşmak için daha iyi sonuçlar alacağız. "

Yeni kompozit malzemenin de sertliği vardır. Yetişkinler ve yaşlıların femurları iyileşmek için aylar alabilir. Wei'nin laboratuarı tarafından geliştirilen kompozit malzeme çalışmalarını tamamladıktan sonra bir yıl sonra bozulmaya başladı. Cerrahi kaldırma gerekli değildir.

Wei ve Zhang'ın araştırma ekibine katılan Ue-in'den doktora öğrencisi ve malzeme uzmanı olan Bryant Heimbach, UConn'dan malzeme bilimi ve mühendislik dereceleri okuyan Beril Tonyali'dir.

Ekip, daha kuvvetli bileşikler için hidroksipatitin tek kristal şeklini kullananlar ve kemiklerde daha fazla ağırlığa sahip olması için bir kaplama karışımında değişiklik olanları da içeren yeni kompozit türevlerini test etmeye başladı. Maximized mekanik propertie