Unter dem Einfluss der Biomimetik entwickeln die Forscher biologisch abbaubares Material, das sich selbst regeneriert, um Frakturen zu reparieren. Es kann beispielsweise an mechanischen Bauteilen eingesetzt werden
Forscher der Arizona State University in den USA haben ein Material entwickelt, das aus Polymeren mit einer Art "Formgedächtnis" besteht - dieses biologisch abbaubare Material emuliert die ursprüngliche Form des Objekts, an dem es befestigt ist. Dann werden solche Polymere in ein Glasfasernetzwerk eingebaut (das Schäden in bestimmten Materialien erkennen kann), um anschließend mittels eines Infrarotlasers thermische Reize auf den beschädigten Bereich aufzubringen.
Die erzeugte Wärme stimuliert wiederum die Versteifungs- und Regenerationsmechanismen. Wenn das Material beschädigt ist, kann der Selbstheilungsprozess bis zu 96% der ursprünglichen Festigkeit wiederherstellen. Laut den Forschern stellt das System die beschädigten Verbindungen nicht wieder her, sondern führt eine Umgestaltung der Fraktur durch, um der ursprünglichen Form so nahe wie möglich zu kommen. Dieses Material könnte sogar die Notwendigkeit eines ständigen Austauschs oder einer Reparatur beschädigter oder beschädigter Materialien und Strukturen verringern und somit die Kosten senken.
Bild: Polymer mit "Formgedächtnis" in Aktion. Der rote Bereich zeigt an, wo das Glasfasernetzwerk wirkt, und stimuliert das Material, seine ursprüngliche Form anzunehmen.
Knochen funktionieren
Die wissenschaftliche Forschung wurde von der Biomimetik inspiriert, indem die Funktion von Knochen "kopiert" wurde, die in der Lage sind, Schäden zu erkennen, ihre Proliferation zu stoppen und mithilfe bestimmter Zellen beschädigte Knochen umzugestalten und sie zu regenerieren. Die Zellen, die zum Knochenumbau beitragen, sind: Osteoklasten, die Knochengewebe resorbieren und umbauen; und Osteoblasten, die für die Bildung von Knochengewebe verantwortlich sind, und einige Proteine, aus denen die Knochenmatrix besteht, wie z. B. Typ-I-Kollagen (verstehen Sie die Funktionsweise im Video unten auf der Seite besser).
Eine weitere Umfrage derselben Institution könnte bei der Entwicklung einer "Knochenkopie" hilfreich sein. Sie hatte die mineralisierten Kollagenfasern zum Gegenstand, die nanostrukturelle Blöcke hochkonservierter Knochen sind. Durch eine Kombination aus Simulation der Molekulardynamik und theoretischer Analyse stellten die Forscher fest, dass die nanostrukturellen Eigenschaften dieser Fasern ihnen eine hohe Festigkeit und die Fähigkeit verleihen, eine große Verformung aufrechtzuerhalten. Infolgedessen sind mineralisierte Kollagenfasern in der Lage, Mikrorisse zu tolerieren, ohne ein makroskopisches Versagen im Gewebe zu verursachen, was für die Umgestaltung wesentlich sein kann.
Materialanwendung
Wenn sich die Innovation weiterentwickelt und mehrere Tests besteht, kann sie zur Herstellung von starken und leichten Materialien verwendet werden, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, als Verbindungen, die zum Ersatz von Knochen bei der Herstellung mechanischer Elemente verwendet werden sollen und neue Materialien schaffen.
