Вдохновленные ростом костей в скелете, ученые из университетов Линчепинга в Швеции и Окаямы в Японии разработали комбинацию материалов, которые могут принимать различные формы до затвердевания. Материал изначально мягкий, но позже затвердевает в процессе развития костей. В нем используются те же материалы, что и в скелете. Статья опубликована в журнале Advanced Materials.
Когда человек рождается, у него в черепе есть промежутки, которые покрыты кусочками мягкой соединительной ткани, называемыми родничками. Именно благодаря родничкам наши черепа могут деформироваться во время родов и успешно проходить через родовые пути. После родов ткань родничка постепенно превращается в твердую кость.
Теперь, как сообщается, исследователи объединили материалы, которые в совокупности напоминают этот естественный процесс.
“Мы хотим использовать это для приложений, где материалы должны обладать разными свойствами в разные моменты времени. Во-первых, материал мягкий и гибкий, а затем он фиксируется на месте, когда затвердевает. Этот материал может быть использован, например, при сложных переломах костей. Он также может быть использован в микророботах – эти мягкие микророботы могут быть введены в организм с помощью тонкого шприца, а затем они развернутся и разовьют свои собственные жесткие кости”, — рассказывает Эдвин Ягер, доцент кафедры физики, химии и биологии (IFM) в Университете Линчепинга.
Отмечается, что идея возникла во время исследовательского визита в Японию, когда ученый-материаловед Эдвин Ягер встретился с Хироши Камиокой и Эмилио Хара, которые проводят исследования костей. Японские специалисты обнаружили своего рода биомолекулу, которая может стимулировать рост костей в течение короткого периода времени.
В последующем исследовании ученые сконструировали своего рода простой “микроробот”, который может принимать различные формы и изменять жесткость. Исследователи начали с гелевого материала под названием альгинат. На одной стороне геля выращивается полимерный материал. Этот материал является электроактивным, и он изменяет свой объем при подаче низкого напряжения, заставляя микроробота изгибаться в определенном направлении.
С другой стороны геля исследователи прикрепили биомолекулы, которые позволяют мягкому гелевому материалу затвердевать. Эти биомолекулы извлекаются из клеточной мембраны вида клеток, которые важны для развития костей. Когда материал погружают в среду для культивирования клеток – среду, которая напоминает организм и содержит кальций и фосфор, – биомолекулы заставляют гель минерализоваться и затвердевать как кость.
Одним из потенциальных применений, представляющих интерес для исследователей, является заживление костей. Идея заключается в том, что мягкий материал, питаемый электроактивным полимером, сможет перемещаться в пространстве при сложных переломах костей и расширяться. Когда материал затем затвердеет, он может сформировать основу для строительства новой кости.
