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至“蜘蛛丝”:新骨修复复合材料的关键!

发布时间:2021-09-22

“蜘蛛丝”:新骨修复复合材料的关键!

研究人员发明了1种由丝纤维制成的可生物降解的复合材料,它可以用来修复断裂的承重骨,并且不会产生像其他材料那样产生并发症。

至“蜘蛛丝”:新骨修复复合材料的关键!

康涅狄格大学研制的1种新型骨修复复合材料的3维效果图。该复合材料由丝纤维和聚乳酸纤维制成,在保持柔韧性的同时,还涂上了良好的生物陶瓷颗粒。这类生物可降解的复合材料可以帮助愈合骨骼,而不会产生像金属部件那样所酿成的并发症。

修复主要的负重骨骼如腿部骨骼,可能会是1个漫长且艰巨的进程。

为了便于修复,医生有时会安装1块金属板以便在骨骼愈合时支持骨骼。但这可能有问题。1些金属将离子注入周围组织,这将引发炎症和刺激。另外,金属也很坚固。如果1个金属板在腿部承受了过量负荷,新的骨骼可能会变得更脆弱,更容易产生骨折。

为了寻觅解决这个问题的方法,材料科学家、生物医学工程师Mei Wei教授求助于蜘蛛和飞蛾以求寻觅灵感。Wei特别关注丝素蛋白—这是1种在蜘蛛和飞蛾的丝纤维中所发现的蛋白质,以其良好的韧性和拉伸强度而闻名。

医学界早就增进新材料产业加快发展意想到了丝素蛋白的存在。由于它较高的强度和良好的可生物降解性,是医用缝合线和组织工程中常见的组成部份。但是没有人尝试过将其制成致密的聚合物材料,而Wei知道如果她要制造1种更好的装备来修复断裂的承重骨,那末丝素蛋白是其关键所在。

在与康涅狄格大学的机械工程师Dia用于客户生产塑料检查井nyun Zhang教授合作的进程中,Wei教授的实验室开始测试各种复合材料中的丝素蛋白,通过寻觅不同材料的正确组合和比例,以到达最好的强度和柔韧性。新的合成物固然需要其强度高。硬度大。但也不需要强度太高硬度过大,否则会抑制致密骨骼的生长。与此同时,终究获得气凝胶“NHT干燥成型”工艺的重大突破复合材料需要具有柔性,使患者能够在骨头愈合的同时,还能保持其运动和移动的自然范围。

经过几10次测试,Wei和Zhang发现了他们要找的材料。这类新型复合材料由长丝纤维和聚乳酸纤维(1种由玉米淀粉和甘蔗制成的可生物降解热塑性塑料)组成,浸渍在溶液中,每种溶液均涂有羟基磷灰石制成的细微生物陶瓷颗粒(在牙齿和骨头中所发现的磷酸钙矿物资)。然后将涂覆的纤维分层堆积在小的钢框架上,并在热紧缩模具中压抑成致密的复合棒。

在最近发表在《生物医学材料力学行动》上的1篇研究报告中,Wei报告说,高性能的生物可降解复合材料显示出较高的强度和良好的柔韧性,这是同类生物材料在文献中所记录过的最高数值。另外,它们的性能会变得更加优良。

Wei也是工程学院副院长,1直致力于科研和研究生教育,说道:“我们的研究结果表明:这类新型复合材料具有非常高的强度和柔性。但我们认为,如果我们能让每一个组件都到达我们的目标,我们将会得到更好的结果。”

新的复合材料也具有韧性。成年人和老年人的大腿骨可能需要几个月才能康复。Wei的实验室所开发的复合材料完成了它的工作,然后在1年后开始降解。不需要手术去除。

加入Wei和Zh中铝材料应用研究院山东分院在山东华宇成立ang的研究团队的还有Bryant Heimbach,他是Wei实验室的博士生和材料科学家,还有来自康涅狄格大学(UConn)攻读材料科学与工程学位的Beril Tonyali。

该研究小组已开始测试复合材料的新衍生物,包括那些将羟基磷灰石的单晶情势用于更大强度的化合物,和1种涂层混合物的变化,以使其具有更大重量的骨骼力学性能最大化。