Inspirados en cómo el hueso humano y los coloridos arrecifes de coral ajustan los depósitos minerales en respuesta a sus entornos circundantes, los investigadores de Johns Hopkins han creado un material autoadaptable que puede cambiar su rigidez en respuesta a la fuerza aplicada. Este avance algún día puede abrir las puertaspara materiales que pueden reforzarse a sí mismos para prepararse para una mayor fuerza o detener más daños.
Un informe de los hallazgos se publicó hoy en Materiales avanzados .
"Imagine un implante óseo o un puente que puede reforzarse por sí mismo cuando se aplica una gran fuerza sin inspección y mantenimiento. Permitirá implantes y puentes más seguros con mínima complicación, costo y tiempo de inactividad", dice Sung Hoon Kang, profesor asistenteen el Departamento de Ingeniería Mecánica, el Instituto Hopkins de Materiales Extremos, y el Instituto de Tecnología NanoBio en la Universidad Johns Hopkins y el autor principal del estudio.
Si bien otros investigadores han intentado crear materiales sintéticos similares antes, hacerlo ha sido un desafío porque estos materiales son difíciles y caros de crear, o requieren mantenimiento activo cuando se crean y están limitados en cuanto al estrés que pueden soportar. Tener materialescon propiedades adaptables, como las de madera y hueso, pueden proporcionar estructuras más seguras, ahorrar dinero y recursos y reducir el impacto ambiental nocivo.
Los materiales naturales pueden autorregularse mediante el uso de recursos en el entorno circundante; por ejemplo, los huesos usan señales celulares para controlar la adición o eliminación de minerales tomados de la sangre a su alrededor. Inspirados por estos materiales naturales, Kang y sus colegas buscaron crear unsistema de materiales que podría agregar minerales en respuesta al estrés aplicado.
El equipo comenzó usando materiales que pueden convertir fuerzas mecánicas en cargas eléctricas como andamios, o estructuras de soporte, que pueden crear cargas proporcionales a la fuerza externa que se le aplica. La esperanza del equipo era que estas cargas pudieran servir como señales para los materialespara iniciar la mineralización a partir de iones minerales en el medio ambiente.
Kang y sus colegas sumergieron películas de polímero de estos materiales en un fluido corporal simulado que imitaba las concentraciones iónicas de plasma sanguíneo humano. Después de que los materiales se incubaron en el fluido corporal simulado, los minerales comenzaron a formarse en las superficies. El equipo también descubrió que podían controlar eltipos de minerales formados al controlar la composición iónica del fluido.
El equipo luego instaló una viga anclada en un extremo para aumentar gradualmente la tensión de un extremo de los materiales al otro y descubrió que las regiones con más tensión tenían más acumulación de minerales; la altura del mineral era proporcional a la raíz cuadrada de la tensión aplicada.
Sus métodos, dicen los investigadores, son simples, de bajo costo y no requieren energía adicional.
"Nuestros hallazgos pueden allanar el camino para una nueva clase de materiales autorregenerados que pueden reforzar las áreas dañadas", dice Kang. Kang espera que estos materiales puedan usarse algún día como andamios para acelerar el tratamiento de enfermedades relacionadas con los huesos ofracturas, resinas inteligentes para tratamientos dentales u otras aplicaciones similares.
Además, estos hallazgos contribuyen a que los científicos comprendan los materiales dinámicos y cómo funciona la mineralización, lo que podría arrojar luz sobre los ambientes ideales necesarios para la regeneración ósea.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :