Хрящ покрывает концы костей в суставах, таких как коленные, позволяя им плавно перемещаться друг относительно друга, не разрушая костную ткань под ними. Он состоит из пористой матрицы коллагеновых волокон, протеогликанов и волокон эластина. Эта матрица поглощает вязкую жидкость, известную как синовиальная жидкость, которая вырабатывается в суставах.
Просто добавь воды: инженеры создали синтетическую смазку, имитирующую живые хрящи
Любой, кто страдает артритом, знает, что хрящ играет жизненно важную роль в обеспечении свободы движений наших суставов. Ученые воспроизвели его свойства в синтетическом самосмазывающемся материале, которому нужно лишь время от времени доливать воду.
Новый искусственный материал почти полностью имитируют наши хрящи, обеспечивая отличный уровень смазывания рабочих поверхностей
По мере движения сустава соприкасающиеся поверхности хряща постепенно высвобождают эту жидкость, обеспечивая смазку. В то же время абсорбированная жидкость также помогает хрящу противостоять необратимой деформации под действием сил сжатия благодаря гидроупругому эффекту. И хотя исследователи ранее пытались создать искусственный хрящ, они обычно использовали мягкие гидрогели, которые не справляются с такими силами.
Под руководством доктора Сиаваша Солтанахмади из Университета Лидса ученые из этого института и Имперского колледжа Лондона выбрали другой подход. Они по-прежнему используют гидрогель, который может впитывать и выделять смазку — в данном случае воду — но этот гель содержится в пористой поддерживающей матрице из полимера на основе силикона, называемого полидиметилсилоксаном (ПДМС).
Когда гидрогель/полимерный материал подвергается сжимающей силе, полимер позволяет смазочному гелю выдерживать в 14-19 раз большую нагрузку, чем он мог бы сам по себе. Фактически, модуль упругости материала близок к модулю упругости натурального хряща.
«Мы разработали материал для инженерных приложений, который имитирует некоторые из наиболее важных свойств хрящей, и это стало возможным только потому, что мы нашли способ имитировать то, как это делает природа», — признался Солтанахмади. «В инженерии есть много применений для синтетического материала, который является мягким, но может выдерживать большие нагрузки с минимальным износом, например, в подшипниках».