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Gli scienziati materiali sviluppano il cemento ortopedico autorigenerante

Gli scienziati materiali all'università di Jena hanno sviluppato una sostituzione dell'osso basata sul cemento del fosfato di calcio e di rinforzo con le fibre del carbonio. Le fibre aumentano la tolleranza di danno ed assicurano che crepe nella riparazione materiale stesse.

Il nostro organismo può trattare molte lesioni e ferite da sè. Le potenze autorigeneranti riparano le abrasioni di interfaccia e permettono alle ossa di svilupparsi insieme indietro.

Tuttavia, medici devono dare una mano spesso alle ossa della riparazione dopo una frattura o dovuto un difetto. Sempre più, i materiali della sostituzione dell'osso stanno usandi, che parzialmente o completamente ripari il modulo e la funzione dell'osso al sito del danno.

Per assicurare che tali innesti non debbano essere sostituiti o riparati attraverso esteso ambulatorio in caso di danno, dovrebbero stessi possedere le capacità autorigeneranti.

Gli scienziati materiali all'università Jena di Friedrich Schiller ora hanno sviluppato un materiale della sostituzione dell'osso che minimizza l'entità del danno a ed allo stesso tempo si ripara. Riferiscono sulla loro ricerca nel caricatore prominente “rapporti scientifici„ della ricerca.

Uso come minimo dilagante del cemento del fosfato di calcio

Gli esperti da Jena, che ha collaborato con i colleghi dall'università di Würzburg come componente del programma di ricerca tedesco della priorità delle fondamenta di ricerca “materiali autorigeneranti„, si sono concentrati su che cosa è chiamato cemento del fosfato di calcio - un sostituto dell'osso che è già ampiamente usato nella medicina.

Da un lato, il materiale stimola la formazione dell'osso ed aumenta il ingrowth dei vasi sanguigni. D'altra parte, può essere presentato nell'organismo come inserimento in una procedura come minimo dilagante. Là, la sua malleabilità permette che leghi molto attentamente alla struttura dell'osso.

dovuto il suo alto livello di friabilità, tuttavia, incrina il modulo nel materiale quando è sottoposto all'eccessivo caricamento. Queste crepe possono allargarsi rapidamente, destabilizzano l'innesto ed infine lo distruggono - simile a calcestruzzo sulle edilizie.

Per questo motivo, il cemento del fosfato di calcio finora pricipalmente è stato usato sulle ossa che non svolgono un ruolo portante nello scheletro, per esempio nell'area della mascella e della bocca.„

A. Müller franco, il professor, università di Jena

Gettando un ponte e riempiendo sulle crepe

Gli scienziati materiali a Jena ora hanno sviluppato un cemento del fosfato di calcio in cui alcune crepe non si sviluppano in danno catastrofico. Invece, il materiale stesso li sigilla. La ragione per questa è fibre del carbonio che si sono aggiunte al materiale.

“In primo luogo, queste fibre aumentano significativamente la tolleranza di danno del cemento, perché gettano un ponte sulle crepe mentre le formano e così impediscono l'apertura più ulteriormente,„ Müller spiegano. “Secondariamente, chimicamente abbiamo attivato la superficie delle fibre.

Ciò significa che non appena le fibre esposte incontrano il liquido organico, che si raccoglie nelle aperture ha creato dalle crepe, un trattamento di mineralizzazione è iniziato. L'apatite risultante - una particella elementare fondamentale del tessuto dell'osso - poi chiude ancora la crepa.„

Gli scienziati di Jena hanno simulato questo trattamento nei loro esperimenti deliberatamente danneggiando il cemento del fosfato di calcio e guarendolo in liquido organico simulato.

Questa abilità autorigenerante intrinseca - e la maggior capacità portante connessa con il rinforzo di fibra - potrebbe ampliare considerevolmente le aree in cui gli innesti dell'osso fatti del cemento del fosfato di calcio possono essere utilizzati, in grado di possibilmente anche comprendere le aree portanti dello scheletro in futuro.

Source:
Journal reference:

Boehm, A. V., et al. (2020) Self-healing capacity of fiber-reinforced calcium phosphate cements. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-020-66207-2.