Spider Silke: Nøglen til New Bone Repair Composites!

Forskerne opfandt et bionedbrydeligt komposit fremstillet af silkefibre, som kan bruges til at reparere brudte belastningsbærende knogler uden at fremkalde komplikationer som andre materialer.

En tredimensionel gengivelse af en ny type knogleresætningskomposit udviklet af Niederich Universitet. Kompositmaterialet er lavet af silkefiber og polymælkesyrefibre, og samtidig med fleksibilitet er det overtrukket med fremragende bioceramiske partikler. Denne biologisk nedbrydelige komposit kan hjælpe med at helbrede knoglen uden at fremkalde komplikationer som metaldele.

Reparation af store bærende ben som benben kan være en lang og vanskelig proces.

Reparation af store bærende ben som benben kan være en lang og vanskelig proces.

For at lette reparationer lægger lægerne nogle gange en metalplade til støtte for knoglen, når den heler. Men det kan være et problem. Nogle metaller injicerer ioner i det omgivende væv, hvilket forårsager betændelse og irritation. Derudover er metallet også meget svært. Hvis en metalplade udsættes for store belastninger i benene, kan de nye knogler blive mere skrøbelige og mere tilbøjelige til at bryde.

For at finde en løsning på dette problem, vendte materialforsker og biomedicinsk ingeniør Professor Mei Wei til edderkopper og møller til inspiration. Wei er især bekymret for silkefibroin, et protein, der findes i silkefibre af edderkopper og møller, kendt for sin gode sejhed og trækstyrke.

Det medicinske samfund har længe været opmærksom på eksistensen af silkefibroin. På grund af dets høje styrke og god biologisk nedbrydelighed er den en fælles bestanddel af medicinske suturer og vævsteknik. Men ingen forsøgte at gøre det til et tæt polymermateriale, og Wei vidste, at silkefibroin var nøglen, hvis hun ønskede at gøre en bedre enhed til at reparere brudt belastningsbærende ben.

I samarbejde med professor Dianyun Zhang, maskiningeniør ved University of Connecticut, begyndte Prof. Weis laboratorium at teste silkefibroin i forskellige kompositmaterialer ved at finde den rigtige kombination og forholdet mellem forskellige materialer for at opnå den bedste styrke og fleksibilitet. Køn. Den nye sammensætning har naturligvis sin høj styrke. Hårdhed. Det behøver dog ikke at være for højt. Hvis hårdheden er for høj, vil den hæmme væksten af tætte knogler. Samtidig skal kompositmaterialet være fleksibelt, så patienten kan helbrede knoglen, samtidig med at den opretholder sit naturlige bevægelses- og bevægelsesområde.

Efter dusinvis af tests opdagede Wei og Zhang, hvad de søgte efter. Det nye kompositmateriale består af filamentfibre og polymælkesyrefibre (en bionedbrydelig termoplast fremstillet af majsstivelse og sukkerrør), imprægneret i opløsning, og hver opløsning er overtrukket med hydroxyapatit. Fin mikrobielle keramiske partikler (calciumfosfatmineraler fundet i tænder og knogler). De overtrukne fibre blev derefter lagdelt på en lille stålramme og presset ind i en tæt kompositstang i en varm kompressionskimmel.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i "Mekanisk adfærd af biomedicinske materialer" rapporterede Wei, at højtydende bionedbrydelige kompositter udviser høj styrke og god fleksibilitet, som er den samme type biomaterialer i litteraturen. Den højeste værdi nogensinde registreret. Derudover vil deres præstation blive endnu bedre.

Wei, som også er associeret dekan fra School of Engineering og har viet sig til forskning og postgraduate uddannelse, sagde: "Vores resultater viser, at denne nye type kompositmateriale har meget høj styrke og fleksibilitet, men vi tror, at hvis vi kan gøre hver komponent For at opnå vores mål, får vi bedre resultater. "

Det nye kompositmateriale har også sejhed. Lårbenene hos voksne og ældre kan tage måneder at helbrede. Det sammensatte materiale udviklet af Weis laboratorium afsluttede sit arbejde og begyndte derefter at nedbryde et år senere. Ingen kirurgisk fjernelse er påkrævet.

Sammen med Wei og Zhangs forskerhold er Bryant Heimbach, en ph.d.-studerende og materialforsker hos Wei Lab og Beril Tonyali fra UConn, der studerer materialevidenskab og ingeniørgrader.

Holdet er begyndt at teste nye derivater af kompositter, herunder dem, der anvender enkeltkrystalformen af hydroxyapatit til mere styrkeforbindelser, og en ændring i en belægningsblanding for at gøre den mere vægt i knogler. Maksimeret mekanisk egenskab