Chrząstka to miękka włóknista tkanka wokół stawu. Chrząstka pokrywa oba końce stawu, takie jak kolano człowieka, dzięki czemu mogą one płynnie poruszać się ze sobą bez noszenia znajdującej się poniżej tkanki kostnej. Chrząstka zapewnia ochronę przed ściskającym obciążeniem podczas chodzenia, biegania lub podnoszenia.
Teraz, w artykule opublikowanym w Wall Street Journal, naukowcy z Leeds University i Imperial College London ogłosili, że odtworzyli właściwości chrząstki w syntetycznym samosmarującym materiale, który wymaga tylko sporadycznego wstrzykiwania wody.
Chen Gen: sztuczne"chrząstka", nowy materiał nośny imitujący naturę
W rzeczywistości szczególne właściwości nośne chrząstki skłoniły naukowców do prób stworzenia materiału syntetycznego o właściwościach chrząstki przez wiele lat. Ale jak dotąd ich wyniki były mieszane. We wczesnych próbach opracowania sztucznych systemów chrząstki badacze koncentrowali się na zastosowaniu hydrożeli. Hydrożele jako materiał pochłaniający wodę mogą bardzo dobrze zmniejszać tarcie, ale słabo działają pod ciśnieniem.
W szczególności poprzednie materiały to porowata matryca złożona z włókna kolagenowego, białka proteoglikanu i włókna elastyny. Macierz absorbuje lepki płyn zwany mazią stawową, który jest wytwarzany w stawach. Gdy stawy się poruszają, połączone ze sobą powierzchnie chrząstki stopniowo uwalniają płyn, zapewniając smarowanie. Jednym z problemów jest to, że po ściśnięciu hydrożelu potrzeba czasu, aby odzyskać normalny kształt.
Teraz, pod przewodnictwem dr SIAVASH soltanahmadi z Leeds University, naukowcy z tej instytucji i Imperial College London przyjęli inne podejście. Nadal używają hydrożelu, który może wchłaniać i uwalniać lubrykanty, ale ten żel jest zawarty w porowatej matrycy nośnej zwanej polidwumetylosiloksanem (PDMS).
Gdy hydrożel/materiał polimerowy jest poddawany działaniu siły ściskającej, polimer może sprawić, że żel smarujący wytrzyma 14 do 19 razy większą wytrzymałość. W rzeczywistości moduł sprężystości materiału jest zbliżony do modułu chrząstki naturalnej.
Naukowcy uważają, że możliwość wykorzystania wody jako skutecznego środka smarnego ma szeroki zakres zastosowań w takich dziedzinach, jak produkcja energii i sprzęt medyczny. Jednak zwykle wymaga to innego podejścia niż konwencjonalne systemy inżynieryjne, które zazwyczaj wykorzystują smary na bazie oleju i powłoki do twardych powierzchni. Ten projekt pomaga im lepiej zrozumieć te wymagania i opracować nowe narzędzia do ich spełnienia.
W przyszłości nowe materiały na bazie chrząstki mogą stanowić wyzwanie dla wielu tradycyjnych systemów inżynierii smarowania olejem. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Applied Polymer materials.
