Tako kot kost se material obnavlja, da "popravi" poškodbe

Pod vplivom biomimetike raziskovalci razvijejo biološko razgradljiv material, ki se sam obnavlja za sanacijo zlomov. Uporablja se lahko na primer na mehanskih delih

Raziskovalci z ameriške državne univerze v Arizoni so razvili material, ki je sestavljen iz polimerov z nekakšnim "spominom oblike" - ta biološko razgradljiv material posnema prvotno obliko predmeta, na katerega je pritrjen. Nato se taki polimeri vključijo v optično mrežo (ki lahko zazna škodo v določenih materialih), da pozneje s pomočjo infrardečega laserja na poškodovano območje nanesejo toplotne dražljaje.

Proizvedena toplota pa spodbuja mehanizme za strjevanje in regeneracijo. Če je material poškodovan, lahko postopek samozdravljenja povrne do 96% prvotne trdnosti. Po mnenju raziskovalcev sistem ne poustvari poškodovanih povezav, temveč preoblikuje zlom in se čim bolj približa prvotni obliki. Ta material bi lahko celo zmanjšal potrebo po stalni zamenjavi ali popravilu poškodovanih ali poslabšanih materialov in konstrukcij, s čimer bi zmanjšal stroške.

Slika: polimer z "spominom oblike" v akciji. Rdeče območje označuje, kje je delovala optična mreža, kar spodbuja material, da prevzame prvotno obliko.

Kosti delujejo

Znanstvene raziskave je biomimetika navdihnila z "kopiranjem" delovanja kosti, ki so sposobne zaznati poškodbe, ustaviti njihovo širjenje in z uporabo nekaterih celic preoblikovati poškodovane kosti in jih obnoviti. Celice, ki prispevajo k prenovi kosti, so: osteoklasti, ki reabsorbirajo in preoblikujejo kostno tkivo; in osteoblasti, odgovorni za tvorbo kostnega tkiva in nekatere beljakovine, ki tvorijo kostni matriks, na primer kolagen tipa I (bolje razumeti delovanje v videoposnetku na dnu strani).

Druga raziskava iste institucije lahko pomaga pri razvoju "kostne kopije". Kot predmet je imela mineralizirana kolagenska vlakna, ki so nanostrukturni bloki zelo ohranjenih kosti. S kombinacijo simulacije molekularne dinamike in tudi teoretične analize so raziskovalci ugotovili, da jim nanostrukturna značilnost teh vlaken daje visoko trdnost in sposobnost, da vzdržijo velike deformacije. Posledica tega je, da mineralizirana kolagenska vlakna prenašajo mikropoke, ne da bi povzročila kakršno koli makroskopsko odpoved v tkivu, kar je lahko bistveno za prenovo.

Uporaba materiala

Če se inovacija še naprej razvija in opravi več preizkusov, jo je mogoče uporabiti pri izdelavi močnih in lahkih materialov, ki so lahko izpostavljeni velikemu stresu, kot spojine, ki bodo uporabljene za nadomestitev kosti pri proizvodnji mehanskih elementov in ustvarjanje novih materialov.


Original text