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Os pesquisadores desenvolvem o material auto-cura para implantes do osso

Os pesquisadores do centro para materiais compostos na universidade nacional da ciência e da tecnologia MISiS (NUST MISIS) têm desenvolvido recentemente um material auto-cura para implantes do osso. O material foi baseado em um polímero de memória de forma, que pudesse ser restaurado a sua estrutura original em cima da aplicação de calor local. Os resultados desta pesquisa foram apresentados durante os cuidados médicos do futuro: A videoconferência prometedora a mais atrasada de Moscovo-Deli das inovações, que foi guardarada no centro internacional da imprensa dos multimédios de Rossiya Segodnya.

Os centros da discussão em torno da possibilidade de substituir as peças dos ossos fraturados de tamanhos pequenos e grandes, assim como cirùrgica de remover os fragmentos do tecido do osso que são afectados por tumores malignos. O corpo humano falta os recursos exigidos para grandes quantidades auto-curas de tecido do osso e daqui a necessidade para implantes elevara.

Se o material implantado é sujeito à carga cíclica (que acontece geralmente em cima da substituição do osso fragmenta nos membros, especialmente nos pés), as rachaduras podem formar no material. Estas rachaduras são muito duras de controlar e impossível impedir, mas é possível criar um implante feito do material auto-cura.

“Nós estamos desenvolvendo actualmente uma aproximação para a utilização de materiais da memória da forma,” disse Fyodor Senatov, candidato de ciências físicas e matemáticas e um assistente de pesquisa centro de NUST em MISIS' para materiais compostos. “Inicialmente, o implante tem sua própria forma definida. Quando uma deformação parece causada por uma rachadura, nós podemos aplicar o calor e os retornos materiais a sua estrutura original. A fim possuir este efeito de memória da forma, o polímero deve conter uma fase fixa (produto químico ou ligações transversais físicas, complicações moleculars ou interacções intermolecular) e uma fase macia, que seja responsável para a elasticidade entrópica das macromoléculas e permita que o material seja deformado temporariamente. Imagine o material polimérico, de que um implante é feito, como sendo uma gelatina interna colocada mola. Porque você deforma esta parte de plástico, a mola obtem esticada para fora para dentro. A gelatina grossa impedirá que a mola dar um coice. Mas se nós aquecemos a gelatina acima, tornar-se-á macia, e a mola poderá retornar a sua forma original,” Senatov adicionou.

A força motriz atrás da capacidade do material para restaurar sua forma é a mudança na mobilidade molecular e em seu interruptor do polímero de uma configuração provisória mais estruturada, seguindo a deformação, a uma configuração thermodynamically favorecida com a entropia mais alta e menos energia interna.

Hoje, os pesquisadores dos vários laboratórios pelo mundo inteiro estão realizando testes em animais para estudar a possibilidade de aplicar o calor a tais implantes localmente, sem danificar os tecidos vizinhos. A fim aquecer acima o implante, os pesquisadores conduzem mìnima a cirurgia invasora fazendo uma incisão pequena para trazer o medidor de ondas directamente ao fragmento substituído do osso. O maior problema é que a forma do implante pode somente ser restaurada em temperaturas acima de 50ºC, uma temperatura que possa causar dano grave às pilhas vivas. Além disso, a temperatura que activa o efeito de memória da forma é demasiado alta para os polímeros que são usados em implantes do osso.

Se nós decidimos fazer implantes mais similares aos ossos, para fazê-los capazes de suportar grandes cargas cíclicas, a temperatura de aquecimento será mesmo mais alta - sobre 60-70ºC. Estas temperaturas, sem uma dúvida, destruirão simplesmente os tecidos vizinhos.

“Infelizmente, os seres humanos não têm desenvolvido até agora um material, que pudesse contínuo e forte e mudar sua estrutura sob temperaturas aceitáveis,” Senatov explicaram. “Eu penso que nós teremos que se manter experimentar com a tecnologia de aquecimento cuidadosa ou aperfeiçoar implantes criando materiais compostos e alterando sua estrutura interna. Nós temos já o “desastrado” para materiais como este, mas até agora podem auto-curar somente em 50ºC.”

Agora os pesquisadores do centro de NUST o MISIS para materiais compostos estão usando vários polímeros, principalmente aqueles que são bioresorbable, ou biodegradável, como uma fundação para a produção de implantes. Os implantes destes materiais podem ser usados para substituir os fragmentos menores do osso - uma da maioria de operações da em-procura na cirurgia oral e maxillofacial. Para substituir fragmentos maiores do osso, implantes médicos do uso dos profissionais feitos do polietileno ultra-alto do peso molecular.

A densidade do polímero pode ser aumentada através da introdução de outras partículas, tais como o hydroxyapatite - a base mineral dos ossos e dos dentes. Para obter a temperatura necessária, os pesquisadores podem usar o calor directo, a corrente elétrica, o ultra-som ou um campo magnético alterno. A fim conseguir o aquecimento usando um campo magnético, introduzem nanoparticles magnéticos especiais no polímero. Em cima da aplicação de um campo magnético alterno, estas partículas começam aquecer-se e começam a transferir o calor ao material circunvizinho. Agora os pesquisadores estão experimentando com a composição destes materiais, tentando aumentar sua densidade e reduzir a temperatura exigida para aquecê-los acima.