Spider Silk: de sleutel tot nieuwe botreparatiecomposieten!

De onderzoekers vonden een biologisch afbreekbaar composiet uit van zijdevezels dat kan worden gebruikt om gebroken dragende botten te repareren zonder complicaties te veroorzaken zoals andere materialen.

Een driedimensionale weergave van een nieuw type botreparatiesamenstelling, ontwikkeld door de Niederich University. Het composietmateriaal is gemaakt van zijdevezel en polymelkzuurvezel en met behoud van flexibiliteit is het gecoat met uitstekende biokeramische deeltjes. Deze biologisch afbreekbare composiet kan bot helpen genezen zonder complicaties te veroorzaken, zoals metalen onderdelen.

Het repareren van zwaar belastbare botten zoals beenbotten kan een lang en moeilijk proces zijn.

Het repareren van zwaar belastbare botten zoals beenbotten kan een lang en moeilijk proces zijn.

Om reparaties te vergemakkelijken, plaatsen artsen soms een metalen plaat om het bot te ondersteunen tijdens genezing. Maar dit kan een probleem zijn. Sommige metalen injecteren ionen in het omliggende weefsel, wat leidt tot ontsteking en irritatie. Bovendien is het metaal ook erg moeilijk. Als een metalen plaat wordt blootgesteld aan overmatige belasting van de benen, kunnen de nieuwe botten kwetsbaarder worden en sneller breken.

Om een oplossing voor dit probleem te vinden, wendde materiaalwetenschapper en biomedisch ingenieur professor Mei Wei zich tot spinnen en motten voor inspiratie. Wei maakt zich vooral zorgen over fibroïne van zijde, een eiwit dat voorkomt in de zijdevezels van spinnen en motten, bekend om zijn goede taaiheid en treksterkte.

De medische gemeenschap is zich lange tijd bewust geweest van het bestaan van zijde-fibroïne. Vanwege zijn hoge sterkte en goede biologische afbreekbaarheid is het een veelvoorkomend onderdeel van medische hechtingen en tissue engineering. Niemand probeerde er echter een dicht polymeermateriaal van te maken, en Wei wist dat zijdefibroïne de sleutel was als ze een beter apparaat wilde maken voor het repareren van gebroken dragende botten.

In samenwerking met Prof. Dianyun Zhang, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Universiteit van Connecticut, begon het laboratorium van prof. Wei met het testen van zijdefibroïne in verschillende composietmaterialen door de juiste combinatie en verhouding van verschillende materialen te vinden om de beste sterkte en flexibiliteit te bereiken. Seks. De nieuwe samenstelling heeft natuurlijk zijn hoge sterkte nodig. Hardheid. Het hoeft echter niet te hoog te zijn. Als de hardheid te hoog is, zal het de groei van dichte botten remmen. Tegelijkertijd moet het composietmateriaal flexibel zijn zodat de patiënt het bot kan helen terwijl het zijn natuurlijke bewegingsbereik en beweging behoudt.

Na tientallen tests ontdekten Wei en Zhang waar ze naar op zoek waren. Het nieuwe composietmateriaal bestaat uit filamentvezels en polymelkzuurvezels (een biologisch afbreekbare thermoplast gemaakt van maïszetmeel en suikerriet), geïmpregneerd in oplossing en elke oplossing is gecoat met hydroxyapatiet. Fijne microbiële keramische deeltjes (calciumfosfaatmineralen gevonden in tanden en botten). De beklede vezels werden vervolgens op een klein stalen frame gelaagd en tot een dichte samengestelde staaf in een hete persvorm geperst.

In een recente studie gepubliceerd in het "Mechanisch Gedrag van Biomedische Materialen" meldde Wei dat hoogpresterende biologisch afbreekbare composieten een hoge sterkte en goede flexibiliteit vertonen, wat hetzelfde type biomaterialen is in de literatuur. De hoogste waarde die ooit is opgenomen. Bovendien zullen hun prestaties nog beter worden.

Wei, die ook decaan van de faculteit is en zich heeft toegewijd aan onderzoek en postacademisch onderwijs, zei: "Onze resultaten tonen aan dat dit nieuwe type composietmateriaal zeer sterk en flexibel is, maar we denken dat als we kan elk onderdeel maken Om ons doel te bereiken, zullen we betere resultaten behalen. "

Het nieuwe composietmateriaal heeft ook taaiheid. De dijbenen van volwassenen en ouderen kunnen maanden nodig hebben om te genezen. Het composietmateriaal ontwikkeld door Wei's laboratorium voltooide zijn werk en begon toen een jaar later te degraderen. Er is geen chirurgische verwijdering vereist.

Deelnemers aan het onderzoeksteam van Wei en Zhang zijn Bryant Heimbach, een promovendus en materiaalwetenschapper aan het Wei Lab en Beril Tonyali van UConn die materiaalwetenschappen en ingenieursdiploma's studeert.

Het team is begonnen met het testen van nieuwe derivaten van composieten, waaronder die welke de eenkristalvorm van hydroxyapatiet gebruiken voor meer sterkte verbindingen, en een verandering in een coatingmengsel om het meer gewicht te laten hebben in botten. Gemaximaliseerde mechanische eigenschappen.