De volgende generatie van kunstmatig been kan zich op een paar geheimen van het overzees baseren. De Wetenschappers van het Nationale Laboratorium van Lawrence Berkeley van het Ministerie van de V.S. van Energie hebben de manier uitgerust het zeewater bevriest om een poreus, steiger-als materiaal te ontwikkelen dat vier keer sterker is dan materieel momenteel gebruikt in synthetisch been.
Hoewel nog in de onderzoeksstadia, konden de variaties van deze substantie ook in een horde toepassingen worden gebruikt waarin de sterkte en de lichtheid, zoals tandimplants, vliegtuig productie en computerhardware noodzakelijk zijn.
Zoals gerapporteerd in 27 Januari, de uitgave van 2006 van de dagboekWetenschap, ontwikkelden de wetenschappers van het Laboratorium van Berkeley een samenstelling die de ingewikkelde structuur van paarlemoer weerspiegelt, die een fijn gelaagde die substantie in sommige weekdiershells wordt gevonden, zoals oesters en abalone is. De Wetenschappers hebben lang de sterkte en de lichtheid van het paarlemoer in ceramische materialen willen dupliceren, maar de architectuur van het paarlemoer varieert bij verscheidene lengteschalen, van micrometers aan nanometers. Het Herhalen van elk van deze schalen -- elk van die tot de algemene prestaties van paarlemoer bijdraagt -- in een synthetische substantie is uiterst moeilijk. Dan, de onderzoekers van het Laboratorium van Berkeley aan overzees ijs worden gedacht dat.
„Wij staan aard toe om het proces te leiden. Het Zeewater kan als een gelaagd materiaal bevriezen, zodat waarom dit bezit niet gebruiken om keramiek te gieten dat het mimische paarlemoer,“ Antoni Tomsia van de Afdeling van de Wetenschappen van de Materialen van het Laboratorium van Berkeley zegt, die de samenstelling met de medeonderzoekers van de Afdeling van de Wetenschappen van Materialen Sylvain Deville, Eduardo Saiz, en Ravi Nalla ontwikkelde.
In de afgelopen verscheidene jaren, hebben Tomsia en de collega's gewerkt om kunstmatig been te vervaardigen dat meer been dan kunstmatig is, betekenend past het aan veranderend fysiologisch voorwaarden en netwerk met het omringen van weefsel in tijd aan. In tegenstelling, worden de kunstmatige verbindingen van vandaag gemaakt van metaallegeringen en keramiek die vaak ontsteking en immune reacties teweegbrengen, of kunnen correctieve chirurgie na slechts een paar jaar vereisen. De behoefte aan betere biologisch materialen wordt verder onderstreept door de groeiende vraag naar kunstmatige verbindingen. De Meer dan 150.000 heupvervanging en bijna 300.000 knievervangingen werden uitgevoerd in 2000, volgens het Nationale Centrum voor de Statistieken van de Gezondheid. Deze aantallen zouden in de toekomst moeten zwellen aangezien babyboomers verouderen.
Wegens de dringende behoefte aan duurzamer kunstmatig been, hebben de onderzoekers zoals Tomsia materialen ontwikkeld die hun richtsnoer van aard nemen. In dit geval, draaiden Tomsia en de collega's aan de oceaan. Wanneer het zeewater bevriest, vormen de kristallen van zuiver ijs lagen, terwijl de onzuiverheden zoals zout en de micro-organismen van het het vormen zich ijs worden verdreven en in kanalen tussen de ijskristallen gevangen. Het resultaat is een gelaagde structuur die ruwweg op de wafeltje-als bouw van het paarlemoer lijkt.
Het team van het Laboratorium van Berkeley geloofde dit zelfde bevriezende proces zou kunnen worden gebruikt om een exquisitely gelaagd materiaal te gieten dat het nabootsen van de hardheid en de lichtheid van het paarlemoer benadert. Zij leidden tot een waterige opschorting van hydroxyapatite, die de minerale component van been is. Dan, bevroren zij het. Enkel als de onzuiverheden in overzees ijs, concentreert hydroxyapatite zich in de ruimte die tussen de ijskristallen, tot lagen en lagen van paarlemoer-als materiaal leiden.
Zij vonden ook dat door het tarief van dit bevriezende proces te verhogen, de gelaagde structuur in schaal vermindert. Uiteindelijk, verkregen zij een microstructuur die één micron, of één-miljoenste van een meter meet. In vergelijking, meet de structuur van het paarlemoer de helft van een micron.
„Wij zijn de helft van een micron vanaf het nabootsen aard,“ zegt Tomsia.
Nadat het ijs via sublimatie wordt verwijderd, is het resultaat een poreuze die steiger uit hydroxyapatite wordt samengesteld die opvallende gelijkenissen aan multilayered structuur van het paarlemoer over een brede waaier van lengteschalen tentoonstelt. Als paarlemoer, is de oppervlakte van elke laag ruw, op zijn plaats helpend het lagenslot met welk substantie ook de ruimte tussen hen vult. En sommige bruggen vormen zich tussen de lagen, die worden verondersteld om breukweerstand te verhogen.