Por primera vez, los ingenieros biomédicos de UNSW han tejido una tela 'inteligente' que imita las propiedades sofisticadas y complejas de los materiales ingeniosos de una naturaleza, el periostio de tejido óseo.
Habiendo logrado la prueba de concepto, los investigadores ahora están listos para producir prototipos de tela para una gama de materiales funcionales avanzados que podrían transformar los sectores médico, de seguridad y de transporte. Las patentes para la innovación están pendientes en Australia, Estados Unidos y Europa.
Las posibles aplicaciones futuras van desde trajes protectores que se endurecen bajo un alto impacto para esquiadores, conductores de autos de carrera y astronautas, hasta vendajes de compresión 'inteligentes' para trombosis venosa profunda que responden al movimiento del usuario y neumáticos radiales de correa de acero más seguros.
La investigación se publica en Naturaleza 's Informes científicos .
Muchos tejidos animales y vegetales exhiben propiedades 'inteligentes' y adaptativas. Uno de estos materiales es el periostio, una funda de tejido blando que envuelve la mayoría de las superficies óseas del cuerpo. La compleja disposición de colágeno, elastina y otras proteínas estructurales le da al periostio una resistencia increíbley proporciona huesos con mayor resistencia bajo cargas de alto impacto.
Hasta ahora, la falta de enfoques escalables de abajo hacia arriba por parte de los investigadores ha obstaculizado su capacidad de usar tejidos inteligentes para crear materiales funcionales avanzados.
La Cátedra Paul Trainor de Ingeniería Biomédica de la UNSW, profesora Melissa Knothe Tate, dijo que su equipo había mapeado por primera vez las complejas arquitecturas de tejido del periostio, las visualizó en 3D en una computadora, amplió los componentes clave y produjo prototipos usando tejidotecnología de telar.
"El resultado es una serie de prototipos de muestras textiles que imitan las propiedades inteligentes de tensión-deformación del periostio. También hemos demostrado la viabilidad de utilizar esta técnica para probar otras fibras para producir una gama completa de nuevos textiles", dijo el profesor Knothe Tate.
Para comprender la capacidad funcional del periostio, el equipo utilizó un sistema de imágenes de increíble alta fidelidad para investigar y mapear su arquitectura.
"Luego probamos la viabilidad de renderizar tejidos de tejidos naturales del periostio utilizando un software de diseño asistido por computadora", dijo el profesor Knothe Tate.
El modelado por computadora permitió a los investigadores ampliar los patrones arquitectónicos de la naturaleza para tejer telas multidimensionales inspiradas en el periostio utilizando un telar de jacquard controlado por computadora de última generación. El telar es conocido como la computadora rudimentaria original, presentada por primera vez en1801.
"El desafío con el uso de colágeno y elastina son sus fibras, que son demasiado pequeñas para caber en el telar. Así que utilizamos material elástico que imita la elastina y la seda que imita el colágeno", dijo el profesor Knothe Tate.
En una primera prueba del concepto de tejido de tejido ampliado, se tejieron una serie de prototipos de muestras textiles, utilizando combinaciones específicas de colágeno y elastina en un patrón de sarga diseñado para reflejar el tejido del periostio. Las pruebas mecánicas de las muestras mostraron que exhibían similarespropiedades que se encuentran en el tejido natural de colágeno y elastina del periostio.
La primera autora y candidata a doctorado en ingeniería biomédica, Joanna Ng, dijo que la técnica tenía implicaciones significativas para el desarrollo de materiales avanzados de próxima generación y textiles mecánicamente funcionales.
Si bien los materiales producidos por el telar jacquard tienen posibles aplicaciones de fabricación, un fabricante de neumáticos cree que un tejido de titanio podría generar una nueva generación de radiales de correa de acero más delgados, más fuertes y más seguros; el equipo de UNSW se centra finalmente en el potencial humano de la máquina.
"Nuestro objetivo a largo plazo es tejer tejidos biológicos, esencialmente partes del cuerpo humano, en el laboratorio para reemplazar y reparar nuestras articulaciones defectuosas que reflejan la biología, la arquitectura y las propiedades mecánicas del periostio", dijo la Sra. Ng.
Una subvención de desarrollo de NHMRC recibida en noviembre permitirá al equipo llevar su investigación a la siguiente fase. Los investigadores trabajarán con la Clínica Cleveland y el Profesor Tony Weiss de la Universidad de Sydney para desarrollar y comercializar implantes óseos prototipo para investigación preclínica, utilizando la tecnología 'inteligente', dentro de tres años.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Nueva Gales del Sur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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