تیمی از مهندسان که ریزساختار‌های متخلخل استخوان و چوب را مطالعه می‌کنند، نمونه‌ای هوشمندانه از بیومیمیک با پتانسیل گسترده ارائه کرده‌اند. مواد جدید سبک وزن که مملو از سوراخ‌های ریز هستند، می‌توانند در ایمپلنت‌های جراحی و هواپیما‌ها جای خود را پیدا کنند تا درجه بالایی از سفتی را در مناطق تحت استرس ارائه دهند. طرح مواد جدید توسط محققان دانشگاه پرینستون و جورجیا طراحی شده است و دارای موادی است که به عنوان ریزساختار‌های نخاعی شناخته می‌شود.

این شبکه‌های حفره‌های میکروسکوپی بر اساس انواع مختلف منافذ موجود در مواد طبیعی مانند استخوان، شاخ حیوانات و چوب که شکل‌های مختلفی مانند ستون‌ها، الماس‌ها یا کره‌ها را برای عملکرد بهینه به خود می‌گیرند، مدل‌سازی شده‌اند. جهت، اندازه و شکل منافذ درون سازه‌ها را می‌توان برای ارائه سختی در جهت‌های خاص، یا برای کنترل چگالی یا وزن مواد تنظیم کرد.

فرناندو واسکونسلوس داسنهورا، دانشجوی فارغ التحصیل رشته فناوری جورجیا و اولین نویسنده این مطالعه جدید، گفت: " ساختار واقعی و ریزساختاری در اختیار دارید که با هم کار می‌کنند تا عملکرد برتر را به دست آورید. "

محققان پتانسیل این مواد را با طراحی و پرینت سه بعدی نمونه اولیه ایمپلنت صورت از رزین فوتوپلیمر نشان دادند. این ایمپلنت دارای منافذی است که با دقت به شکل ستون‌ها شکل می‌گرفتند، این ایمپلنت به اندازه‌ای سفت بود که بتواند نیرو‌های جویدن را تحمل کند، در حالی که سوراخ‌ها نیز اندازه‌ای داشتند تا با تسهیل جریان مایعات بدن، رشد و بهبود استخوان را افزایش دهند.

به گفته دانشمندان، این ایمپلنت‌ها می‌توانند از مواد مختلفی ساخته شوند. در مثالی دیگر، آن‌ها از ریزساختار‌های اسپینودال به عنوان پایه‌ای برای یک نسخه قوی و سبک وزن از براکت موتور جت استفاده کردند که موتور را در هواپیما ثابت نگه می‌دارد. با این حال، برای ایمپلنت در بدن انسان، مواد بیولوژیکی ایمن انتخاب واضحی خواهند بود.

امیلی سندرز، یکی از نویسندگان و استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه جورجیا می‌گوید: از نظر تئوری، می‌توانیم داربست‌های ایمپلنتی را از هر ماده‌ای بسازیم که مناسب‌ترین آن، کاوش مواد زیست سازگار است.

محققان می‌گویند پتانسیل این خلاقیت‌ها، که آن‌ها را مصالح معماری می‌نامند، در نحوه انتقال یکپارچه بین انواع مختلف ریزساختار‌ها در یک شیء نهفته است که باعث می‌شود نقاط ضعیفی کمتری داشته باشند، در حالی که سفتی و سایر ویژگی‌ها به خوبی قابل تنظیمند.

ساختار‌های متخلخل سبک‌تر از مواد سنتی هستند و سختی را ارائه می‌دهند که می‌توان آن را به خوبی تنظیم کرد.

این تحقیق در مجله ادونس متریال Advanced Materials منتشر شده است.

منبع: سایت نیواطلس منتشره از دانشگاه پرینستون