Silk Spider: Yr Allwedd i Gyfansoddion Trwsio Oen Newydd!

Dyfeisiodd yr ymchwilwyr gyfansawdd bioddiraddadwy wedi'i wneud o ffibrau sidan y gellir eu defnyddio i atgyweirio esgyrn llwyth wedi'i dorri heb gynhyrchu cymhlethdodau fel deunyddiau eraill.

Gwneud tri dimensiwn o fath newydd o gyfansawdd atgyweirio esgyrn a ddatblygwyd gan Brifysgol Niederich. Mae'r deunydd cyfansawdd wedi'i wneud o ffibr sidan a ffibr asid polylactig, ac wrth gynnal hyblygrwydd, mae'n cael ei orchuddio â gronynnau bioceramig ardderchog. Gall y cyfansawdd bioddiraddadwy hwn helpu i wella asgwrn heb gynhyrchu cymhlethdodau fel rhannau metel.

Gall atgyweirio esgyrn llwythus mawr fel esgyrn y goes fod yn broses hir ac anodd.

Gall atgyweirio esgyrn llwythus mawr fel esgyrn y goes fod yn broses hir ac anodd.

Er mwyn hwyluso atgyweiriadau, mae meddygon weithiau'n gosod plât metel i gefnogi'r esgyrn pan fydd yn iacháu. Ond gall hyn fod yn broblem. Mae rhai metelau yn chwistrellu ïonau i'r meinwe o amgylch, sy'n achosi llid a llid. Yn ogystal, mae'r metel hefyd yn galed iawn. Os yw plât metel yn destun gormod o lwythi yn y coesau, gall yr esgyrn newydd ddod yn fwy bregus ac yn fwy tebygol o dorri.

Er mwyn darganfod ateb i'r broblem hon, fe wnaeth gwyddonydd deunydd a pheiriannydd biofeddygol yr Athro Mei Wei droi at gleision a gwyfynod am ysbrydoliaeth. Mae Wei yn poeni'n arbennig am ffibroin sidan, protein a geir yn ffibrau sidan pryfed a gwyfynod, a adnabyddir am ei gryfder da a'i gryfder tensile.

Mae'r gymuned feddygol wedi bod yn ymwybodol o fodolaeth ffibrin sidan ers tro. Oherwydd ei gryfder uchel a'i bioddiraddadwyedd da, mae'n elfen gyffredin o llinellau meddygol a pheirianneg meinwe. Fodd bynnag, nid oedd neb yn ceisio ei gwneud yn ddeunydd polymer trwchus, ac roedd Wei yn gwybod bod ffibroin sidan yn allweddol os oedd hi am wneud dyfais well i atgyweirio asgwrn dwyn llwyth wedi'i dorri.

Mewn cydweithrediad â'r Athro Dianyun Zhang, peiriannydd mecanyddol ym Mhrifysgol Connecticut, dechreuodd labordy Prof. Wei brofi ffeibr sidan mewn gwahanol ddeunyddiau cyfansawdd trwy ddod o hyd i'r cyfuniad cywir a chymhareb gwahanol ddeunyddiau i sicrhau'r cryfder a'r hyblygrwydd gorau. Rhyw. Mae angen cryfder uchel ar gyfansoddiad newydd y cwrs. Caledwch. Fodd bynnag, nid oes angen iddo fod yn rhy uchel. Os yw'r caledwch yn rhy uchel, bydd yn atal twf esgyrn trwchus. Ar yr un pryd, mae angen i'r deunydd cyfansawdd fod yn hyblyg fel y gall y claf wella'r asgwrn tra'n parhau i gynnal ei ystod naturiol o symud a symud.

Ar ôl dwsinau o brofion, darganfu Wei a Zhang yr hyn roedden nhw'n chwilio amdano. Mae'r deunydd cyfansawdd newydd yn cynnwys ffibrau ffilament a ffibrau asid polylactig (thermoplastig bioddiraddadwy a wneir o starts a grawn siwgr), wedi'i datrys mewn ateb, ac mae pob ateb wedi'i orchuddio â hydroxyapatit. Gronynnau ceramig microbaidd cain (mwynau calsiwm ffosffad a geir mewn dannedd ac esgyrn). Yna, roedd y ffibrau wedi'u gorchuddio wedi'u haenu ar ffrâm ddur fechan a'u gwasgu i mewn i wialen gyfansawdd trwchus mewn llwydni cywasgu poeth.

Mewn astudiaeth ddiweddar a gyhoeddwyd yn "Ymddygiad Mecanyddol o Deunyddiau Biofeddygol," dywedodd Wei fod cyfansoddion bioddiraddadwy pherfformiad uchel yn arddangos cryfder uchel a hyblygrwydd da, sef yr un math o fio-ddeunyddiau yn y llenyddiaeth. Y gwerth uchaf a gofnodwyd erioed. Yn ogystal, bydd eu perfformiad yn dod yn well fyth.

Mae Wei, sydd hefyd yn ddeon cyswllt yr Ysgol Beirianneg ac wedi bod yn ymroddedig i ymchwil ac addysg ôl-raddedig: "Mae ein canlyniadau'n dangos bod gan y math newydd hwn o ddeunydd cyfansawdd gryfder a hyblygrwydd uchel iawn, ond credwn ni yn gallu gwneud pob cydran Er mwyn cyflawni ein nod, fe gawn ganlyniadau gwell. "

Mae gan y deunydd cyfansawdd newydd galed hefyd. Gall ffugursau oedolion a'r henoed gymryd misoedd i wella. Cwblhaodd y deunydd cyfansawdd a ddatblygwyd gan labordy Wei ei waith ac yna dechreuodd ddiraddio flwyddyn yn ddiweddarach. Nid oes angen symud llawfeddygol.

Ymuno â thîm ymchwil Wei a Zhang yw Bryant Heimbach, myfyriwr doethurol a gwyddonydd deunyddiau yn Wei Lab a Beril Tonyali o UConn sy'n astudio graddau gwyddoniaeth a pheirianneg deunyddiau.

Mae'r tîm wedi dechrau profi deilliadau newydd o gyfansoddion, gan gynnwys y rhai sy'n defnyddio'r ffurf grisial sengl o hydroxyapatit ar gyfer mwy o gyfansoddion cryfder, a newid i gymysgedd cotio er mwyn ei gwneud yn fwy o bwysau mewn esgyrn Safleoedd mecanyddol mwyaf posibl