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Les chercheurs développent le matériau autocuratif pour des implants d'os

Les chercheurs du centre pour des matériaux composites à l'Université Polytechnique nationale MISiS (NUST MISIS) ont développé récemment un matériau autocuratif pour des implants d'os. Le matériau a été basé sur un polymère de mémoire de forme, qui peut être remis à sa structure originelle sur l'application de la chaleur locale. Les découvertes de cette recherche ont été présentées pendant la santé du contrat à terme : La dernière vidéoconférence prometteuse de Moscou-Delhi d'innovations, qui a été retenue au centre international de pression de multimédia de Rossiya Segodnya.

Les centres de discussion autour de la possibilité de remonter des pièces d'os rompus de petites et grandes tailles, ainsi que de retirer chirurgicalement les éclats de tissu osseux qui sont affectés par des tumeurs malignes. Le corps humain manque des moyens priés pour autocuratif un grand nombre de tissu osseux et par conséquent le besoin d'implants se fait sentir.

Si le matériau implanté est sujet à la charge cyclique (qui se produit couramment sur le remontage des fragments osseux dans des membres, particulièrement dans des pattes), les fissures peuvent former dans le matériau. Il est très difficile de manager ces fissures et impossible à éviter, mais il est possible de produire un implant effectué à partir du matériau autocuratif.

« Nous développons actuel une approche vers employer des matériaux de mémoire de forme, » a dit Fyodor Senatov, candidat des sciences matérielles et mathématiques et une aide à la recherche centre de NUST à MISIS' pour des matériaux composites. « Au commencement, l'implant a sa propre forme définie. Quand une déformation semble entraînée par une fissure, nous pouvons appliquer la chaleur et les renvois matériels à sa structure originelle. Afin de posséder cet effet de mémoire de forme, le polymère doit contenir une phase fixe (produit chimique ou réticulations matérielles, enchevêtrements moléculaires ou interactions intermoléculaires) et une phase douce, qui est responsable de l'élasticité entropique des macromolécules et permet au matériau d'être temporairement déformé. Imaginez le matériau polymère, dont à partir un implant est effectué, en tant qu'en étant une gélatine intérieure mise par ressort. Car vous déformez cette pièce de plastique, le ressort obtient étiré à l'extérieur à l'intérieur. La gélatine épaisse empêchera le ressort de reculer. Mais si nous réchauffons la gélatine, elle deviendra douce, et le ressort pourra retourner à sa forme originelle, » Senatov a ajouté.

La force d'entraînement derrière la capacité du matériau de remettre sa forme est le changement de la mobilité moléculaire et de son contact du polymère d'une configuration temporaire plus structurée, suivant la déformation, à une configuration thermodynamiquement favorisée avec une entropie plus élevée et moins d'énergie interne.

Aujourd'hui, les chercheurs des laboratoires variés partout dans le monde effectuent des tests sur des animaux pour étudier la possibilité d'appliquer la chaleur à de tels implants localement, sans endommager les tissus voisins. Afin de réchauffer l'implant, les chercheurs conduisent la chirurgie mini-invasive en effectuant une petite incision pour porter le guide d'ondes directement au fragment osseux remonté. Le principal problème est que la forme de l'implant peut seulement être remise aux températures au-dessus de 50ºC, une température qui peut endommager le sérieux dommages les cellules vivantes. D'ailleurs, la température activant l'effet de mémoire de forme est trop élevée pour les polymères qui sont employés dans des implants d'os.

Si nous décidons de rendre des implants plus assimilés aux os, pour les rendre capables supporter les charges cycliques grandes, la température de chauffage sera encore plus élevée - au sujet de 60-70ºC. Ces températures, sans aucun doute, détruiront simplement les tissus voisins.

« Malheureusement, jusqu'ici les êtres humains n'ont pas développé un matériau, qui peut solide et intense et changer sa structure sous les températures acceptables, » Senatov ont expliqué. « Je pense que nous devrons continuer à expérimenter avec la technologie de chauffage attentive ou optimiser des implants en produisant des matériaux composites et en modifiant leur structure interne. Nous avons déjà la « maladresse » pour des matériaux comme ceci, mais jusqu'ici ils peuvent auto-guérir seulement à 50ºC. »

Maintenant les chercheurs du centre de NUST le MISIS pour des matériaux composites emploient les polymères variés, principalement ceux qui sont bioresorbable, ou biodégradable, comme fondation pour la production des implants. Des implants de ces matériaux peuvent être utilisés pour remonter de plus petits fragments osseux - un des la plupart des fonctionnements de dans-exigence en oral et chirurgie maxillo-faciale. Pour remonter de plus grands fragments osseux, les professionnels médicaux utilisent des implants effectués à partir du polyéthylène ultra-haut de poids moléculaire.

La densité du polymère peut être augmentée par l'intermédiaire de l'introduction d'autres particules, telles que la hydroxyapatite - l'à base minérale des os et des dents. Pour obtenir la température nécessaire, les chercheurs peuvent employer la chaleur directe, le courant électrique, l'ultrason ou un champ magnétique alternatif. Afin de réaliser le chauffage à l'aide d'un champ magnétique, ils introduisent les nanoparticles magnétiques spéciaux dans le polymère. Sur l'application d'un champ magnétique alternatif, ces particules commencent à réchauffer et commencent à transférer la chaleur au matériau environnant. Maintenant les chercheurs expérimentent avec la composition de ces matériaux, essayant d'augmenter leur densité et de réduire la température priée pour les réchauffer.