Исследователи из MIT печатают искусственную костную ткань

Используя 3D-принтер, печатающий специально оптимизированные структуры двумя полимерами - мягким, и жестким - ученым удалось получить композит в 22 раза крепче, чем самый крепкий из составляющих его компонентов в отдельности. В статье, опубликованной 17 июня в журнале, посвященном новейшим функциональным материалам, доцент Маркус Бэллер из факультета гражданской и экологической инженерии, вместе со своими коллегами опубликовал суть своего подхода, и полученные результаты. Ранее мы публиковали статью о печати органов. Теперь речь пойдет о костях. Казалось бы, кости должны быть устроены намного проще таких органов, как, к примеру, печень или почка. В чем же суть? Материал костей очень прочен и крепок именно потому, что состоит из двух веществ: мягкого коллагена (белок), и жесткого гидроксиапатита (минерал). Известно, что структура костной ткани играет важную роль в обеспечении способности костей выдерживать большие нагрузки, однако, эта структура на сегодня изучена довольно плохо, как и механизм, предохраняющий деформацию костной ткани на молекулярном уровне. Структура костной ткани сложна, и иерархична (то есть, разная на разных масштабах). Эти структуры, обеспечивающие прочность природных композитов, образуются в результате электрохимических реакций, которые сложно репродуцировать в лаборатории. Теперь же исследователи из MIT разработали подход для создания искусственной структуры наподобие костной ткани. Используя технологию трехмерной печати двумя различными материалами, печатая оптимизированные трехмерные структуры, ученые получили материал, схожий по устойчивости к разрушению с костной тканью. "Создавая новый композитный материал, мы использовали природные трехмерные структуры, которые можно обнаружить в костях и перламутре, а также новые структуры, не существующие в природе" - говорит Бэллер, уделивший много внимания изучению природных композитов, таких, как костная ткань и жемчуг, а также растрескиванию биоматериалов. Ученые создали три образца искусственного композиционного материала, каждый размером в 2 на 3 сантиметра, и толщиной в пол-миллиметра. Первый композиционный материал моделирует механические свойства костной ткани и перламутра (перламутр является основой жемчуга). По своей структуре он напоминает кирпичи, размещенные в шахматном порядке, и скрепленные строительным раствором. В качестве раствора выступает мягкий черный полимер, а жесткий синий полимер служит кирпичами. В другом композите все наоборот: мягкие "кирпичи" скреплены жестким "раствором". Третий композит имеет структуру бриллианта, напоминающую змеиную чешую. Он был разработан с целью смоделировать свойство костной ткани деформироваться таким образом, чтобы распределять нагрузку. Когда образцы были подвергнуты испытанию на прочность, как и ожидалось, самым крепким оказался первый композит, со структурой жестких "кирпичей" в мягком "растворе". Бэллер надеется, что со временем из композитов с оптимизированной структурой будут печататься целые здания, прямо вместе с вмонтированными электрическими цепями и трубами. Напомним, идея печати зданий вместе с электропроводкой и трубами уже рассматривалась на нашем сайте, правда, материалом тогда выступал цемент. Статья подготовлена эксклюзивно для 3dtoday.ru Благодарим за просмотр! Мы были бы рады узнать Ваше мнение по поводу данного материала.