Spider Silk: Chìa khóa để sửa chữa xương mới Composites!

Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra một hợp chất phân hủy sinh học làm bằng sợi tơ tằm có thể được sử dụng để sửa chữa xương chịu lực bị gãy mà không tạo ra các biến chứng như các vật liệu khác.

Một kết cấu ba chiều của một loại mới của tổng hợp sửa chữa xương được phát triển bởi Đại học Niederich. Vật liệu composite được làm bằng sợi tơ và sợi axit polylactic, và trong khi vẫn duy trì tính linh hoạt, nó được phủ một lớp bioceramic tuyệt vời. Hỗn hợp phân hủy sinh học này có thể giúp chữa lành xương mà không tạo ra các biến chứng như các bộ phận kim loại.

Việc sửa chữa các xương chịu lực lớn như xương chân có thể là một quá trình lâu dài và khó khăn.

Việc sửa chữa các xương chịu lực lớn như xương chân có thể là một quá trình lâu dài và khó khăn.

Để tạo điều kiện sửa chữa, bác sĩ đôi khi cài đặt một tấm kim loại để hỗ trợ xương khi nó được chữa lành. Nhưng điều này có thể là một vấn đề. Một số kim loại tiêm các ion vào mô xung quanh, gây viêm và kích ứng. Ngoài ra, kim loại cũng rất cứng. Nếu một tấm kim loại chịu tải quá nhiều ở chân, xương mới có thể trở nên mong manh hơn và dễ gãy hơn.

Để tìm ra giải pháp cho vấn đề này, nhà khoa học vật liệu và kỹ sư y sinh Giáo sư Mei Wei đã chuyển sang nhện và bướm đêm để lấy cảm hứng. Wei đặc biệt lo ngại về fibroin tơ, một loại protein được tìm thấy trong các sợi tơ nhện và sâu bướm, được biết đến với độ dẻo dai và độ bền kéo tốt.

Cộng đồng y tế từ lâu đã nhận thức được sự tồn tại của fibroin tơ. Do độ bền cao và khả năng phân hủy sinh học tốt, nó là một thành phần phổ biến của khâu y tế và kỹ thuật mô. Tuy nhiên, không ai cố gắng làm cho nó trở thành một vật liệu polyme dày đặc, và Wei biết sợi tơ tằm là chìa khóa nếu cô muốn làm một thiết bị tốt hơn để sửa chữa xương chịu lực bị gãy.

Phối hợp với Giáo sư Dianyun Zhang, một kỹ sư cơ khí tại Đại học Connecticut, phòng thí nghiệm của GS. Wei bắt đầu thử nghiệm fibroin tơ trong nhiều vật liệu composite bằng cách tìm ra sự kết hợp và tỷ lệ vật liệu khác nhau để đạt được sức mạnh và tính linh hoạt tốt nhất. Giới tính. Các thành phần mới của khóa học cần sức mạnh cao của nó. Độ cứng. Tuy nhiên, nó không cần phải quá cao. Nếu độ cứng quá cao, nó sẽ ức chế sự phát triển của xương dày đặc. Đồng thời, vật liệu composite cần linh hoạt để bệnh nhân có thể chữa lành xương trong khi vẫn duy trì được chuyển động và chuyển động tự nhiên của xương.

Sau hàng chục bài kiểm tra, Wei và Zhang đã khám phá ra những gì họ đang tìm kiếm. Vật liệu composite mới bao gồm sợi filament và sợi axit polylactic (nhựa nhiệt dẻo phân hủy sinh học được làm từ tinh bột ngô và mía), được ngâm tẩm trong dung dịch và mỗi dung dịch được phủ bằng hydroxyapatite. Các hạt gốm vi sinh vật tốt (các khoáng chất canxi photphat có trong răng và xương). Các sợi được tráng sau đó được xếp lớp trên một khung thép nhỏ và ép thành một thanh cốt liệu dày đặc trong một khuôn nén nóng.

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trong "Hành vi cơ học của vật liệu y sinh," Wei báo cáo rằng vật liệu tổng hợp phân hủy sinh học hiệu suất cao thể hiện cường độ cao và tính linh hoạt tốt, đó là cùng một loại vật liệu sinh học trong văn học. Giá trị cao nhất từng được ghi lại. Ngoài ra, hiệu suất của họ sẽ trở nên tốt hơn.

Wei, đồng thời là phó hiệu trưởng của Trường Kỹ thuật và đã cống hiến mình cho nghiên cứu và giáo dục sau đại học, cho biết: “Kết quả của chúng tôi cho thấy loại vật liệu composite mới này có độ bền và tính linh hoạt rất cao, nhưng chúng tôi nghĩ rằng có thể làm cho mọi thành phần Để đạt được mục tiêu của chúng tôi, chúng tôi sẽ có kết quả tốt hơn. "

Vật liệu composite mới cũng có độ dẻo dai. Các femurs của người lớn và người cao tuổi có thể mất nhiều tháng để chữa lành. Vật liệu composite được phát triển bởi phòng thí nghiệm của Wei đã hoàn thành công việc của nó và sau đó bắt đầu giảm xuống một năm sau đó. Không cần phẫu thuật.

Tham gia nhóm nghiên cứu của Wei và Zhang là Bryant Heimbach, một sinh viên tiến sĩ và nhà khoa học vật liệu tại Wei Lab và Beril Tonyali từ UConn, đang theo học ngành khoa học vật liệu và kỹ thuật.

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu thử nghiệm các dẫn xuất mới của vật liệu tổng hợp, bao gồm cả những chất sử dụng dạng tinh thể đơn hydroxyapatite cho các hợp chất mạnh hơn, và thay đổi thành hỗn hợp lớp phủ để làm cho nó có trọng lượng hơn trong xương