Spider Silk: la chiave per i nuovi compositi per riparazioni ossee!

I ricercatori hanno inventato un composito biodegradabile fatto di fibre di seta che può essere utilizzato per riparare le ossa portanti fratturate senza produrre complicazioni come altri materiali.

Un rendering tridimensionale di un nuovo tipo di composito per riparazione ossea sviluppato dall'Università di Niederich. Il materiale composito è realizzato in fibra di seta e fibra di acido polilattico e, pur mantenendo la flessibilità, è rivestito con particelle bioceramiche eccellenti. Questo composito biodegradabile può aiutare a guarire l'osso senza produrre complicanze come le parti metalliche.

Riparare le principali ossa portanti come le ossa delle gambe può essere un processo lungo e difficile.

Riparare le principali ossa portanti come le ossa delle gambe può essere un processo lungo e difficile.

Per facilitare le riparazioni, i medici a volte installano una placca di metallo per sostenere l'osso quando guarisce. Ma questo potrebbe essere un problema. Alcuni metalli iniettano ioni nel tessuto circostante, che causa infiammazione e irritazione. Inoltre, il metallo è anche molto difficile. Se una piastra metallica è soggetta a carichi eccessivi nelle gambe, le nuove ossa possono diventare più fragili e più soggette a fratture.

Per trovare una soluzione a questo problema, lo scienziato del materiale e l'ingegnere biomedico Professor Mei Wei si sono rivolti a ragni e falene per trovare ispirazione. Wei è particolarmente preoccupato per la fibroina di seta, una proteina presente nelle fibre di seta dei ragni e delle tarme, nota per la sua buona tenacità e resistenza alla trazione.

La comunità medica è stata a lungo a conoscenza dell'esistenza della fibroina di seta. Grazie alla sua elevata resistenza e buona biodegradabilità, è un componente comune di suture mediche e ingegneria dei tessuti. Tuttavia, nessuno ha cercato di renderlo un materiale polimerico denso, e Wei sapeva che la fibroina di seta era la chiave se voleva creare un dispositivo migliore per riparare l'osso portante fratturato.

In collaborazione con il Prof. Dianyun Zhang, ingegnere meccanico presso l'Università del Connecticut, il laboratorio del Prof. Wei ha iniziato a testare la fibroina di seta in vari materiali compositi, trovando la giusta combinazione e il rapporto tra diversi materiali per ottenere la massima resistenza e flessibilità. Sesso. La nuova composizione ha ovviamente bisogno della sua grande forza. Durezza. Tuttavia, non ha bisogno di essere troppo alto. Se la durezza è troppo alta, inibirà la crescita delle ossa dense. Allo stesso tempo, il materiale composito deve essere flessibile in modo che il paziente possa guarire l'osso mantenendo il suo naturale raggio di movimento e movimento.

Dopo dozzine di test, Wei e Zhang hanno scoperto quello che stavano cercando. Il nuovo materiale composito è costituito da fibre di filamenti e fibre di acido polilattico (un materiale termoplastico biodegradabile ottenuto da amido di mais e canna da zucchero), impregnato in soluzione e ogni soluzione è rivestita con idrossiapatite. Particelle ceramiche microbiche fini (minerali di fosfato di calcio presenti nei denti e nelle ossa). Le fibre rivestite sono state quindi stratificate su una piccola struttura di acciaio e pressate in una densa barra composita in uno stampo di compressione caldo.

In un recente studio pubblicato nel "Comportamento meccanico dei materiali biomedicali", Wei ha riferito che i compositi biodegradabili ad alte prestazioni presentano elevata resistenza e buona flessibilità, che è lo stesso tipo di biomateriali in letteratura. Il valore più alto mai registrato. Inoltre, le loro prestazioni diventeranno ancora migliori.

Wei, che è anche un decano associato della School of Engineering e si è dedicato alla ricerca e all'istruzione post-laurea, ha dichiarato: "I nostri risultati mostrano che questo nuovo tipo di materiale composito ha una resistenza e una flessibilità molto elevate, ma pensiamo che se può rendere ogni componente Per raggiungere il nostro obiettivo, otterremo risultati migliori. "

Anche il nuovo materiale composito ha robustezza. I femori degli adulti e degli anziani possono richiedere mesi per guarire. Il materiale composito sviluppato dal laboratorio di Wei completò il suo lavoro e poi iniziò a degradarsi un anno dopo. Non è richiesta alcuna rimozione chirurgica.

Ad unirsi al team di ricerca di Wei e Zhang ci sono Bryant Heimbach, uno studente di dottorato e scienziato dei materiali presso Wei Lab e Beril Tonyali di UConn che sta studiando scienze dei materiali e diplomi di ingegneria.

Il team ha iniziato a testare nuovi derivati di materiali compositi, compresi quelli che utilizzano la forma monocristallina di idrossiapatite per più composti di resistenza e una modifica a una miscela di rivestimento per renderlo più pesante nelle ossa. Proprietà meccaniche massimizzate