A próxima geração de osso artificial pode confiar em alguns segredos do mar. Os Cientistas do Ministério de E.U. do Laboratório Nacional do Lawrence Berkeley da Energia aproveitaram a maneira que o seawater se congela para desenvolver um poroso, andaime-como o material que é quatro vezes mais forte do que o material usado actualmente no osso sintético.
Embora ainda nas fases de investigação, as variações desta substância poderiam igualmente ser usadas em uma miríade das aplicações em que a força e a luminosidade são imperativas, como implantes dentais, fabricação do avião e materiais informáticos.
Como relatado na edição do 27 de janeiro de 2006 da Ciência do jornal, os cientistas do Laboratório de Berkeley desenvolveram um composto que espelhasse a estrutura intrincada do nácar, que é uma substância finamente mergulhada encontrada em alguns escudos do molusco, tais como ostras e olmo. Os Cientistas têm procurado por muito tempo duplicar a força e a luminosidade do nácar em materiais cerâmicos, mas a arquitetura do nácar varia em diversas escalas do comprimento, dos micrômetros aos nanômetros. Replicating todas estas escalas -- cada qual contribui ao desempenho total do nácar -- no synthetic uma substância é extremamente difícil. Então, os pesquisadores do Laboratório de Berkeley pensaram do gelo marinho.
“Nós permitimos que a natureza guie o processo. O Seawater pode congelar-se como um material mergulhado, assim que porque não uso esta propriedade moldar a cerâmica que nácar simulado,” diz Antoni Tomsia da Divisão de Ciências dos Materiais do Laboratório de Berkeley, que desenvolveu o composto com os pesquisadores companheiros Silvano Deville da Divisão de Ciências dos Materiais, Eduardo Saiz, e Ravi Nalla.
Por os últimos anos, Tomsia e os colegas trabalharam para fabricar o osso artificial que é mais osso do que artificial, significando que se adapta a mudar condições fisiológicos e malhas com tecido circunvizinho ao longo do tempo. Ao contrário, as junções artificiais de hoje são feitas das ligas e da cerâmica do metal que provocam frequentemente a inflamação e respostas imunes, ou podem exigir a cirurgia correctiva após somente alguns anos. A necessidade para melhores matérias biológicos underscored mais pelo aumento da procura para junções artificiais. Mais a substituição de 150.000 anca e quase 300.000 substituições do joelho foram executadas em 2000, de acordo com o Centro Nacional para Estatísticas de Saúde. Estes números estão esperados inchar no futuro enquanto os nascidos no Baby Boom envelhecem.
Devido à necessidade urgente para osso artificial longo-durável, os pesquisadores como Tomsia desenvolveram os materiais que tomam sua sugestão da natureza. Neste caso, Tomsia e os colegas giraram para o oceano. Quando o seawater se congela, os cristais do gelo puro formam camadas, quando as impurezas tais como o sal e os micro-organismos forem expelidas do gelo de formação e prendidas em armadilha nos canais entre os cristais de gelo. O resultado é uma estrutura mergulhada que se assemelhe aproximadamente ao nácar bolacha-como a construção.
A equipe do Laboratório de Berkeley acreditou que este mesmo processo de congelação poderia ser usado para moldar um material exquisitely mergulhado que viesse perto de imitar a dureza e a luminosidade do nácar. Criaram uma suspensão aquosa do hydroxyapatite, que é o componente mineral do osso. Então, congelaram-no. Apenas como as impurezas no gelo marinho, o hydroxyapatite concentra-se no espaço entre os cristais de gelo, criando camadas e camadas nácar-como de material.
Igualmente encontraram que aumentando a taxa deste processo de congelação, a estrutura mergulhada se reduz na escala. Finalmente, obtiveram uma microestrutura que medisse um mícron, ou o um-milhonésimo de um medidor. Em comparação, a estrutura do nácar mede a metade de um mícron.
“Nós somos metade um do mícron longe de imitar a natureza,” diz Tomsia.
Depois Que o gelo é removido através da sublimação, o resultado é um andaime poroso compor do hydroxyapatite esse as exibições que golpeiam similaridades à estrutura multicamada do nácar através de uma vasta gama de escalas do comprimento. Como o nácar, a superfície de cada camada é áspera, ajudando as camadas trava no lugar com o que substância enche o espaço entre elas. E algumas pontes formam entre as camadas, que são acreditadas aumentar a resistência da fractura.