3D печать из двух полимеров даст человечеству искусственные кости

В сетевой версии журнала Advanced Functional Materials исследователь из MIT Маркус Бюхлер (Markus Buehler) с соавторами описали создание прочного, легкого и устойчивого к факторам внешней среды материала, который воспроизводит структуру и свойства природного композита, костной ткани, сообщает Эхо Москвы. Прочность и упругость кости обусловлена сочетанием в ней двух материалов, мягкого белка коллагена и твердого минерала гидроксиапатита. Коллаген костной ткани слишком мягок и эластичен для того чтобы служить структурной основой, а минерал гидроксиапатит хрупок. И только вместе они образуют композит, поддерживающий скелет тела. 

 

Многоуровневая фактура предупреждает разлом кости путем диссипации, рассеивания энергии внешнего воздействия, распространяя ее по большей площади. Создать такую самообразующуюся сложную многоуровневую фактуру в лаборатории непросто. Авторы сделали компьютерную модель, в которой мягкий и твердый полимерный материалы были расположены друг относительно друга с воспроизведением природного порядка, а 3-D-принтер печатал одновременно оба полимера. "Геометрические паттерны, использованные нами в синтетическом материале, подобны наблюдаемым в природных материалах – костях и перламутре, но в их дизайн включены и новые элементы", - поясняет Бюхлер. 

 

Образцы нового синтетического материала были испытаны на прочность, и хотя в общем они оказались репликой костной ткани, один из образцов был в 22 раза прочнее, чем твердая составляющая композита, из которого он был напечатан. Этого ученые достигли изменением иерархии внутреннего многоуровневого дизайна нового материала. По словам одного из авторов, Леона Димаса (Leon Dimas), "самое важное в этих экспериментах то, что они подтвердили компьютерное предсказание прочности костеподобных структур". 

 

Процесс трехмерной печати композитных образцов заданного дизайна можно масштабировать до экономически-эффективных объемов с вариациями внутренней структуры, исходя из специфических функций разных частей сложного объекта. Ученые поговаривают о возможности не только печатания костей в медицинских целях, но и возведения подобным образом целых зданий, блоки которых будут печататься из оптимизированного материала, включающего в свою структуру линии электропроводки, водоснабжения и даже систему собственной выработки энергии. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества "Поиск". 

 

ПластЭксперт

Читайте твиттер ПластЭксперт - больше, интересней!