• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Under press:Nytt bioinspirerat material kan skifta form till yttre krafter

    För JHU-teamets experiment, ökad kraft (pilen pekar nedåt) applicerad på materialet ledde till fler elektriska laddningar, och sålunda, mer mineralisering. Kredit:Pam Li/Johns Hopkins University

    Inspirerad av hur mänskligt ben och färgglada korallrev justerar mineralavlagringar som svar på deras omgivande miljöer, Johns Hopkins-forskare har skapat ett självanpassande material som kan ändra dess styvhet som svar på den applicerade kraften. Detta framsteg kan en dag öppna dörrarna för material som kan självförstärka för att förbereda sig för ökad kraft eller stoppa ytterligare skador. En rapport om fynden publicerades idag i Avancerade material .

    "Föreställ dig ett benimplantat eller en bro som kan självförstärka där en hög kraft appliceras utan inspektion och underhåll. Det kommer att möjliggöra säkrare implantat och broar med minimal komplikation, kostnad och stillestånd, " säger Sung Hoon Kang, en biträdande professor vid institutionen för maskinteknik, Hopkins Extreme Materials Institute, och Institute for NanoBioTechnology vid Johns Hopkins University och studiens senior författare.

    Medan andra forskare har försökt skapa liknande syntetiska material tidigare, att göra det har varit utmanande eftersom sådana material är svåra och dyra att skapa, eller kräver aktivt underhåll när de skapas och är begränsade i hur mycket stress de tål. Att ha material med anpassningsbara egenskaper, som de av trä och ben, kan ge säkrare strukturer, spara pengar och resurser, och minska skadlig miljöpåverkan.

    Naturmaterial kan självreglera genom att använda resurser i den omgivande miljön; till exempel, ben använder cellsignaler för att kontrollera tillsatsen eller avlägsnandet av mineraler som tas från blodet runt dem. Inspirerad av dessa naturmaterial, Kang och kollegor försökte skapa ett materialsystem som kunde lägga till mineraler som svar på applicerad stress.

    Teamet började med att använda material som kan omvandla mekaniska krafter till elektriska laddningar som ställningar, eller stödstrukturer, som kan skapa laddningar proportionell mot yttre kraft som placeras på den. Teamets förhoppning var att dessa avgifter skulle kunna fungera som signaler för materialen att starta mineralisering från mineraljoner i miljön.

    För JHU-teamets experiment, ökad kraft (pilen pekar nedåt) applicerad på materialet ledde till fler elektriska laddningar, och sålunda, mer mineralisering. Kredit:Pam Li/Johns Hopkins University Mer stress på ena änden av strålen ledde till mer mineralisering. När spänningen gradvis minskade över balken, så gjorde mängden mineralisering. Kredit:Sung Hoon Kang

    Kang och kollegor nedsänkte polymerfilmer av dessa material i en simulerad kroppsvätska som efterliknar jonkoncentrationer av humant blodplasma. Efter att materialen inkuberats i den simulerade kroppsvätskan, mineraler började bildas på ytorna. Teamet upptäckte också att de kunde kontrollera de typer av mineraler som bildas genom att kontrollera vätskans jonsammansättning.

    Teamet satte sedan upp en balk förankrad i ena änden för att gradvis öka stressen från ena änden av materialen till den andra och fann att regioner med mer stress hade mer mineraluppbyggnad; mineralhöjden var proportionell mot kvadratroten av pålagd spänning.

    Deras metoder, forskarna säger, är enkla, låg kostnad och kräver inte extra energi.

    "Våra fynd kan bana väg för en ny klass av självregenererande material som kan självförstärka skadade områden, " säger Kang. Kang hoppas att dessa material en dag kan användas som ställningar för att påskynda behandling av benrelaterad sjukdom eller fraktur, smarta hartser för tandbehandlingar eller andra liknande applikationer.

    Dessutom, dessa fynd bidrar till forskarnas förståelse av dynamiska material och hur mineralisering fungerar, som skulle kunna belysa idealiska miljöer som behövs för benregenerering.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com