ساخت ماده‌ای با الهام از استخوان که مقاومتش با افزایش فشار بیشتر می‌شود

ساخت ماده‌ای با الهام از استخوان که مقاومتش با افزایش فشار بیشتر می‌شود

محققان با الهام از استخوان انسان و صخره‌های مرجانی، ماده‌ای ساخته‌اند که سختی آن با افزایش فشار بیشتر می‌شود.

برخی ارگانیزم‌های طبیعی مثل استخوان‌ها و صخره‌های مرجانی قابلیت سازگار کردن خود در برابر انواع فشارها را داشته و به کمک مواد معدنی، مقاومت را در صورت نیاز افزایش می‌دهند. محققان دانشگاه جانز هاپکینز (Johns Hopkins) با الهام از این فرایند که «زیست‌کانی‌سازی» (Biomineralization) نام دارد، ماده‌ای ساخته‌اند که سختی آن با افزایش فشار تغییر می‌کند.

استخوان انسان ساختار خود را با جمع آوری مواد معدنی از خون بوسیله پیام رسانی سلولی (Cell Signalling) تنظیم می‌کند. صخره‌های مرجانی نیز در فرایندی مشابه و برای زنده ماندن، میزان کانی سازی را در مناطقی که بیشتر تحت فشار آب اقیانوس هستند، افزایش می‌دهند.

افزایش فشار در سطح این ماده به بار الکتریکی بیشتر و در نتیجه، کانی سازی بیشتر منجر می‌شود.

حال محققان دانشگاه جانز هاپکینز با الهام از صخره‌های مرجانی و استخوان ماده‌ای ساخته‌اند که به کمک مواد معدنی به افزایش میزان فشار واکنش نشان می‌دهد. در این ماده لایه‌هایی از جنس پلیمر فشارهای فیزیکی را بسته به شدت آن‌ها به بار الکتریکی تبدیل می‌کنند.

محققان سپس لایه‌ها را درون مایعی قرار دادند که خصوصیات آن مشابه غلظت یونی پلاسمای خون بود. در چنین شرایطی بارهای الکتریکی مختلف می‌توانند همانند سیگنال عمل کرده و به جمع شدن مواد معدنی در سطح منجر شوند.

محققان تیغه‌ای که برای افزایش فشار در سطح ماده طراحی شده بود را به یک طرف خم کردند. نتیجه چنین کاری جمع شدن مواد معدنی بیشتر در قسمت‌هایی بود که فشار بالاتری را تحمل می‌کردند. میزان جمع شدن مواد معدنی نیز متناسب با شدت فشار وارد شده بود.

افزایش فشار در یک طرف تیغه به انباشته شدن بیشتر مواد معدنی در آن قسمت منجر شد. با کاهش تدریجی فشار از روی تیغه، میزان کانی سازی نیز کاهش یافت.

«Sung Hoon Kang»، محقق اصلی این کار پژوهشی می‌گوید به کمک یافته‌های این تحقیق می‌توان مواد خودترمیم کننده‌ای ساخت که قسمت‌های آسیب دیده را تقویت می‌کنند.

محققان با ایجاد تغییراتی در مایع یونی دریافتند که نوع مواد معدنی تشکیل شده در سطح ماده را نیز می‌توان مشخص کرد و تطبیق پذیری آن را بالاتر برد. آن‌ها می‌گویند از این ماده استفاده‌های متعددی از جمله به عنوان داربست برای تسریع درمان بیماری‌های استخوانی و همچنین رزین در دندان پزشکی استفاده کرد. «Kang» در این رابطه می‌گوید:

«ایمپلنت استخوان یا پلی را فرض کنید که بدون نیاز به معاینه و تعمیر، مقاومت خود را با افزایش فشار بالا می‌برند. به کمک این ماده می‌توان ایمپلنت‌ها و پل‌های امن‌تر را با حداقل پیچیدگی، هزینه و زمانِ اکار (Downtime) ساخت.»

یافته‌های این تحقیق در ژورنال Advanced Materials منتشر شده است.

نظرات ۰
وارد شوید

برای گفتگو با کاربران، وارد حساب کاربری خود شوید.

Digiato

رمزتان را گم کرده‌اید؟

Digiato