Die nächste Generation des künstlichen Knochens beruht möglicherweise auf einigen Geheimnissen vom Meer. Wissenschaftler von der US-Abteilung von Nationalem Laboratorium des Lawrence Berkeley der Energie haben die Methode, die Meerwasser einfriert, um ein poröses, Baugerüst Ähnliches Material, das viermal stärker, als ist das Material zu entwickeln vorgespannt, das aktuell im synthetischen Knochen verwendet wird.
Obgleich noch in den Untersuchungsstufen, konnten Varianten dieser Substanz in einer Myriade von Anwendungen auch verwendet werden, in denen Stärke und Leichtigkeit, wie Zahnimplantate, Flugzeugherstellung zwingend sind und Computerhardware.
Wie in der Ausgabe Am 27. Januar 2006 der Zapfen Wissenschaft berichtet, entwickelten die Berkeley-Laborwissenschaftler eine Zusammensetzung, die die verwickelte Zelle des Perlmuttes widerspiegelt, der eine fein überlagerte Substanz ist, die in einigen Molluskenshells, wie Austern und Ohrschnecke gefunden wird. Wissenschaftler haben lang gesucht, die Stärke und die Leichtigkeit des Perlmuttes in den keramischen Materialien zu kopieren, aber die Architektur des Perlmuttes schwankt an einigen Längenschuppen, von Mikrometer zu nm. Wiederholung alle diese Schuppen -- jedes, von dem zur Gesamtleistung des Perlmuttes beiträgt -- im Chemiefasergewebe ist eine Substanz extrem schwierig. Dann dachten die Berkeley-Laborforscher an Treibeis.
„Wir lassen Natur den Prozess führen. Meerwasser kann wie ein überlagertes Material einfrieren, also warum nicht Gebrauch dieses Eigentum, Keramik zu gießen, die mimischer Perlmutt,“ sagt Antoni Tomsia die Material-Wissenschafts-der Abteilung Berkeley-Labors, der die Zusammensetzung mit MitMaterial-Wissenschafts-Abteilungsforschern Sylvain Deville, Eduardo Saiz entwickelte, und Ravi Nalla.
In den letzten Jahren haben Tomsia und Kollegen gearbeitet, um den künstlichen Knochen zu fabrizieren, der mehr Knochen als künstlich ist und bedeutet, dass er physiologische Bedingungen und Maschen mit umgebendem Gewebe im Laufe der Zeit ändern sich anpaßt. Demgegenüber benötigen heutige künstliche Gelenke möglicherweise werden gemacht von den Metalllegierungen und -keramik, die häufig Entzündung und Immunreaktionen starten, oder korrektive Chirurgie nach nur einigen Jahren. Der Bedarf an den besseren Biosubstanzen wird weiter durch die steigende Nachfrage an den künstlichen Gelenken unterstrichen. Der Austausch Mehr als mit 150.000 Hips und fast 300.000 Knieaustausch wurde im Jahre 2000, entsprechend der Nationalen Mitte für Gesundheits-Statistiken durchgeführt. Diese Zahlen werden erwartet, um in der Zukunft zu schwellen, während Babyboomer altern.
Wegen des dringenden Bedürfnisses am langlebigeren künstlichen Knochen, haben Forscher wie Tomsia Materialien entwickelt, die ihre Marke von der Natur nehmen. In diesem Fall wendeten sich Tomsia und Kollegen an den Ozean. Wenn Meerwasser einfriert, bilden Kristalle des reinen Eises Schichten, während Verunreinigungen wie Salz und Mikroorganismen vom Formungseis weggetrieben werden und in den Kanälen zwischen den Eiskristallen verleitet. Das Ergebnis ist eine Sandwich-Struktur, die ungefähr dem Wafer ähnlichen Bau des Perlmuttes ähnelt.
Das Berkeley-Laborteam glaubte, dass dieser gleiche einfrierende Prozess verwendet werden könnte, um ein vorzüglich überlagertes Material zu gießen, das nah an der Nachahmung der Härte und der Leichtigkeit des Perlmuttes kommt. Sie erstellten eine wässrige Suspension von hydroxyapatite, das das Mineralbauteil des Knochens ist. Dann froren sie es ein. Gerade wie die Verunreinigungen im Treibeis, konzentriert sich das hydroxyapatite im Platz zwischen den Eiskristallen und erstellt Schichten und Schichten Perlmutt Ähnliches Material.
Sie fanden auch, dass, indem sie die Kinetik dieses einfrierenden Prozesses erhöht, die Sandwich-Struktur in der Schuppe verringert. Schließlich erreichten sie eine Mikrostruktur, die ein Mikron misst, oder ein-millionstel eines Meters. Im Vergleich misst die Zelle des Perlmuttes Hälfte eines Mikrons.
„Wir sind Hälfte ein Mikron weg von der Nachahmung der Natur,“ sagt Tomsia.
Nachdem das Eis über Sublimation gelöscht ist, ist das Ergebnis ein poröses Baugerüst bestanden aus diesem hydroxyapatite Ausstellungsverblüffende ähnlichkeiten dem zur mehrschichtigen Zelle des Perlmuttes über einer großen Auswahl von Längenschuppen. Wie Perlmutt ist die Oberfläche jeder Schicht rau und hilft den Schichten, sperren an Ort und Stelle mit, was Substanz den Platz zwischen ihnen füllt. Und einige Brücken bilden sich zwischen den Schichten, die geglaubt werden, Bruchfestigkeit zu erhöhen.