人工膝のために十分に強い軟骨様ゲル

人間の軟骨は複雑な材料である-多くの重量を取るには十分に強いが、また接合箇所の影響を緩和し、異なった方向で伸び、ねじるには十分に適用範囲が

この複雑さが、研究者が研究室で軟骨の実行可能な人工的な代替品を見つけることに挑戦されている理由です。 しかし、デューク大学の研究者は、人間の材料の強度と耐久性の両方に一致する新しいゲルを手に入れたと考えています。

dukeチームが開発した材料は、hydrogel—吸水性ポリマーで構成される材料であり、時間の経過とともに重大な摩耗なしに重い負荷やねじれに耐えることができ、時間の経過とともに重大な摩耗に耐えることができるという点で人間の軟骨に似ている、とduke教授であり、同僚のKen Gall教授と共同で研究を主導した材料科学者であるBen Wileyは述べています。

「私たちは軟骨の機械的性質を持つ最初のヒドロゲルを作ることに着手しました」とWiley氏はチームのプロジェクトの目標について語った。

軟骨は確かに厳しいですが、何年もの消耗、特に運動選手や多くのスポーツに従事する人々による消耗は修復するのが困難です。 研究者は、膝などの関節の周りの軟骨を交換する必要がある人、または関節自体全体を交換する必要があるが、可能な限り深刻な手術を延期したい人に、損傷した軟骨を交換するためにゲルを使用できると想像しています。

新しいヒドロゲル研究者が開発したのは、二つの絡み合った高分子ネットワークで構成されています。 一つはスパゲッティに似た柔軟なストランドで作られていますが、もう一つはより剛性です; 両方とも長さに沿って負の電荷を持っています。 材料の第三の要素は、他の二つの材料を強化するセルロース繊維のメッシュワークです。Wileyの研究室で化学の博士号を取得したプロジェクトの研究者の一人であるFeichen Yang氏は、プレス声明で、「3つの成分の組み合わせだけが柔軟で硬く、それゆえ強

Jell-Oのようだが、より強い

軟骨のように働く材料の能力は、圧力に対する二つの重要な反応に基づいている。 一つは、ゲルが引き伸ばされると、セルロース繊維が引っ張りに抵抗し、材料を一緒に保つのを助けることである。

あるいは、ヒドロゲルが圧搾されると、剛体ポリマー鎖に沿った負電荷が互いに反発し、水に付着する。 この反応は、材料が元の形状に戻るのを助ける。

外観上、素材はJell-Oとは似ていませんが、人気のあるデザートには強さの点でヒドロゲルには何もありません。 ゲルが60パーセント水であるのに、四分の一のサイズディスクは形を引き裂くか、または失うことなしで重量の約100ポンドを扱うことができます。

チームは、その研究に関する論文を雑誌Advanced Functional Materialsに掲載しました。

研究者は材料の性能を証明するために様々な試験に従事した。 一つでは、研究者は驚くべき結果で、繰り返し引っ張って100,000サイクルにそれを施し、彼らは言いました。 材料は、骨インプラントに使用される多孔質チタンと同じくらい耐久性がありました。

別の実験では、チームは新素材を天然の軟骨に100万回擦った。 結果は、ヒドロゲルの表面が本物のように耐摩耗性であり、現在、足の親指で使用されるFDAによって承認された合成軟骨インプラントよりも四倍耐摩耗性であることを示した。

ラボテストが臨床試験に移行するまでには少なくとも3年はかかりますが、研究者は引き続き材料の開発を計画しています。 彼らの次のステップは、彼らが羊でテストすることができますインプラントを作成することになります。

エリザベス-モンタルバーノは、20年以上にわたり技術と文化について書いてきたフリーランスのライターです。 彼女はフェニックス、サンフランシスコおよびニューヨーク市で専門のジャーナリストとして住み、働いた。 彼女の自由な時間では、彼女はサーフィン、旅行、音楽、ヨガ、料理を楽しんでいます。 彼女は現在、ポルトガルの南西海岸にある村に住んでいます。

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