Spider Silk: Nøkkelen til New Bone Repair Composites!

Forskerne fant ut et bionedbrytbart kompositt laget av silkefibre som kan brukes til å reparere bruddbelastende bein uten å produsere komplikasjoner som andre materialer.

En tredimensjonal gjengivelse av en ny type beinreparasjonskompositt utviklet av Niederich University. Komposittmaterialet er laget av silkefiber og polymelkesyrefibre, og mens fleksibiliteten holdes, er den belagt med gode biokeramiske partikler. Dette bionedbrytbare komposittet kan bidra til å helbrede bein uten å produsere komplikasjoner som metalldeler.

Reparasjon av store bærende bein som benben kan være en lang og vanskelig prosess.

Reparasjon av store bærende bein som benben kan være en lang og vanskelig prosess.

For å lette reparasjoner, installerer leger noen ganger en metallplate for å støtte beinet når det er helbredende. Men dette kan være et problem. Noen metaller injiserer ioner i det omkringliggende vevet, noe som forårsaker betennelse og irritasjon. I tillegg er metallet også veldig hardt. Hvis en metallplate blir utsatt for store belastninger i beina, kan de nye beinene bli skjøre og mer sannsynlig å sprekke.

For å finne en løsning på dette problemet, vendte materialforsker og biomedisinsk ingeniør Professor Mei Wei til edderkopper og møll for inspirasjon. Wei er spesielt opptatt av silkefibroin, et protein som finnes i silkefibrene av edderkopper og møll, kjent for sin gode seighet og strekkstyrke.

Det medisinske samfunnet har lenge vært klar over eksistensen av silkefibroin. På grunn av sin høye styrke og god biologisk nedbrytbarhet er det en vanlig komponent i medisinske suturer og vevsteknikk. Imidlertid prøvde ingen å gjøre det til et tett polymermateriale, og Wei visste at silkefibroin var nøkkelen hvis hun ønsket å lage en bedre enhet for å reparere bruddbelastende bein.

I samarbeid med prof. Dianyun Zhang, en mekanisk ingeniør ved University of Connecticut, begynte Prof. Weis laboratorium å teste silkefibroin i forskjellige komposittmaterialer ved å finne den rette kombinasjonen og forholdet mellom forskjellige materialer for å oppnå best styrke og fleksibilitet. Kjønn. Den nye sammensetningen har selvsagt høy styrke. Hardhet. Det trenger imidlertid ikke å være for høyt. Hvis hardheten er for høy, vil den hemme veksten av tette bein. Samtidig må komposittmaterialet være fleksibelt slik at pasienten kan helbrede beinet samtidig som det opprettholder sitt naturlige bevegelses- og bevegelsesområde.

Etter dusinvis av tester oppdaget Wei og Zhang hva de lette etter. Det nye komposittmaterialet består av filamentfibre og polymelkesyrefibre (en bionedbrytbar termoplast laget av maisstivelse og sukkerrør), impregnert i oppløsning, og hver oppløsning er belagt med hydroksyapatitt. Fine mikrobielle keramiske partikler (kalsiumfosfatmineraler funnet i tenner og ben). De belagte fibrene ble deretter lagret på en liten stålramme og presset inn i en tett komposittstang i en varm kompresjonsform.

I en nylig studie publisert i "Mekanisk oppførsel av biomedisinske materialer" rapporterte Wei at høyverdig biologisk nedbrytbare kompositter har høy styrke og god fleksibilitet, som er den samme typen biomaterialer i litteraturen. Den høyeste verdien noensinne registrert. I tillegg vil deres ytelse bli enda bedre.

Wei, som også er en dekan ved School of Engineering og har viet seg til forskning og høyere utdanning, sa: "Våre resultater viser at denne nye typen komposittmateriale har svært høy styrke og fleksibilitet, men vi tror at hvis vi kan gjøre hver komponent For å oppnå vårt mål, vil vi få bedre resultater. "

Det nye komposittmaterialet har også seighet. Femurs av voksne og eldre kan ta måneder å helbrede. Komposittmaterialet utviklet av Weis laboratorium fullførte sitt arbeid og begynte deretter å bryte ned et år senere. Ingen kirurgisk fjerning er nødvendig.

Bli med Wei og Zhangs forskerteam, Bryant Heimbach, doktorgradsstudent og materialforsker hos Wei Lab og Beril Tonyali fra UConn, som studerer materialvitenskap og ingeniørfag.

Laget har begynt å teste nye derivater av kompositter, inkludert de som bruker krystallapetitten av hydroksyapatitt for mer styrkeforbindelser, og en endring i en beleggblanding for å gjøre det mer vekt i bein. Maksimert mekanisk egenskap