Крепкий, как кость.
Развитие суперматериалов меняет наш мир - от углеродных нанотрубок к графену. Ученые и инженеры во всем мире постоянно разрабатывают новые способы применения этих материалов.
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии добавляют в этот список еще один материал, имеющий биологическое происхождение.
Исследователи UNSW в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, описывают, как с помощью "алгоритмов ткачества природных тканей" можно создавать современные функциональные материалы.
В частности, они разработали "умную ткань", имитирующую сложные и неординарные свойства костной ткани под названием надкостница.
Эта ткань покрывает все кости человеческого тела, за исключением суставов, и придает костям дополнительную прочность для выдерживания высоких ударных нагрузок.
Эта эластичность и долговечность обусловлены сложным расположением коллагена надкостницы, эластина и других структурных белков, содержащихся в ней.
Команда картографировала сложную тканевую архитектуру надкостницы и смоделировала ее в 3D.
Эти компьютерные модели были использованы для масштабирования и производства прототипов тканей на современном жаккардовом ткацком станке с компьютерным управлением.
Затем проверили возможность рендеринга естественных тканей надкостницы с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования.
"В результате была создана серия прототипов тканей, которые имитируют умные свойства надкостницы в стресс-деформации", - сказал Тейт.Мы также продемонстрировали возможность использования этой технологии для испытания других волокон для производства целого ряда новых текстильных изделий".
Ткачество это будущее суставов.
Возникла некоторая проблема с извлечением из 3D компьютерной модели волокна на основе надкостницы в ткацкий станок, чтобы превратить его в настоящий материал.
Проблема с использованием коллагена и эластина заключается в том, что их волокна слишком малы, чтобы поместиться в ткацкий станок. Поэтому был использован эластичный материал, похожий на эластин и шелк, имитирующий коллаген.
Завершив испытания концепции, команда в настоящее время готовится к изготовлению прототипов ткани из этой ткани для надкостницы. Патенты на этот суперматериал уже находятся в стадии рассмотрения в Австралии, США и Европе.
Ожидается, что эти материалы будут применяться в самых различных областях - от усовершенствования функционирующих медицинских материалов до повышения безопасности и совершенствования транспортных технологий.
Этот материал можно использовать даже с "умными" компрессионными повязками, которые реагируют на движение пациентов с тромбозом глубоких вен или похожими заболеваниями.
Это может помочь в разработке защитных костюмов, которые затвердевают под воздействием сильных ударов для спортсменов, солдат и даже астронавтов, занимающихся экстремальными видами спорта.
Его также можно использовать для изготовления более безопасных радиальных шин со стальными ремнями.
Несмотря на то, что все эти приложения великолепны, их применение исследователями UNSW носит более биологический характер.
"Наша долгосрочная цель - ткачество биологических тканей, в основном человеческих частей тела, в лаборатории, для замены и восстановления наших поврежденных суставов, которые отражают биологию, архитектуру и механические свойства надкостницы", - объясняет ведущий автор проекта Джоанна.
В настоящее время команда работает над следующим этапом, надеясь раскрыть потенциал этого суперматериала.