Brusklignende Gel stærk nok til kunstige knæ

Human brusk er et komplekst materiale-stærkt nok til at tage meget vægt, men også fleksibelt nok til at dæmpe påvirkningen på leddene og strække og vride i forskellige retninger.

denne kompleksitet er grunden til, at forskere er blevet udfordret til at finde et levedygtigt kunstigt alternativ til brusk i et laboratorium. Forskere ved Duke University mener imidlertid, at de er kommet tæt på en ny gel, der kan matche både styrken og holdbarheden af det menneskelige materiale.

det materiale, som Duke-teamet udviklede, er en hydrogel-et materiale bestående af vandabsorberende polymerer—der ligner menneskelig brusk, idet det kan modstå tunge belastninger og vendinger uden væsentligt slid over tid, sagde Ben Viley, en Hertugprofessor og materialeforsker, der ledede arbejdet med professor Ken Gall.

” vi satte os for at lave den første hydrogel, der har de mekaniske egenskaber ved brusk,” sagde Viley om holdets mål for deres projekt.

mens brusk faktisk er hårdt, er mange års slid—især af atleter eller dem, der deltager i en masse sportsgrene—vanskelige at reparere. Forskere forestiller sig, at gelen kan bruges til at erstatte beskadiget brusk hos mennesker, der har brug for at udskifte brusk omkring led som knæ—eller hele leddet selv—men som ønsker at udsætte alvorlig operation så længe som muligt.

de nye hydrogelforskere udviklet består af to sammenflettede polymernetværk. Den ene er lavet af fleksible tråde svarende til spaghetti, mens den anden er mere stiv; begge har negative afgifter langs deres længde. Det tredje element i materialet er et net af cellulosefibre, der forstærker de to andre materialer.

” kun denne kombination af alle tre komponenter er både fleksibel og stiv og derfor stærk,” sagde Feichen Yang, en af forskerne på projektet, der fik en ph.d. i kemi i Vileys laboratorium, i en pressemeddelelse.

ligesom Jell-O, men stærkere

materialets evne til at arbejde som brusk er baseret på to nøglereaktioner på tryk. Den ene er, at når gelen strækkes, modstår cellulosefibrene at trække og hjælper med at holde materialet sammen.

alternativt, når hydrogelen presses, afviser de negative ladninger langs de stive polymerkæder hinanden og klæber til vand. Denne reaktion hjælper materialet med at vende tilbage til sin oprindelige form.

i udseende ser materialet ikke anderledes ud end Jell-O, selvom den populære dessert ikke har noget på hydrogelen med hensyn til styrke. Selvom gelen er 60 procent vand, kan en skive på størrelse med en fjerdedel håndtere omkring 100 pund vægt uden at rive eller miste sin form.

holdet offentliggjorde et papir om sit arbejde i tidsskriftet Advanced Functional Materials.

forskere engageret i forskellige tests for at bevise materialets ydeevne. I en udsatte forskere det for 100.000 cyklusser med gentagelsestrækning, med overraskende resultater, sagde de. Materialet var lige så holdbart som porøst titanium, der blev brugt til knogleimplantater.

i et andet eksperiment gned holdet det nye materiale mod naturlig brusk en million gange. Resultaterne viste, at hydrogelens overflade er så slidstærk som den ægte vare og fire gange mere slidstærk end syntetiske bruskimplantater, der i øjeblikket er godkendt af FDA til brug i stortåen.

selvom det vil vare mindst yderligere tre år, før laboratorietest kan flytte til kliniske forsøg, planlægger forskere at fortsætte med at udvikle materialet. Deres næste skridt vil være at skabe et implantat, de kan teste I får.

Elisabeth Montalbano er freelance skribent, der har skrevet om teknologi og kultur i mere end 20 år. Hun har boet og arbejdet som professionel journalist i San Francisco. I sin fritid, hun nyder at surfe, rejsende, musik, yoga, og madlavning. Hun bor i øjeblikket i en landsby på Portugals sydvestlige kyst.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.