Inspirado en cómo los huesos humanos y los coloridos arrecifes de coral ajustan los depósitos minerales en respuesta a sus entornos circundantes, Los investigadores de Johns Hopkins han creado un material autoadaptable que puede cambiar su rigidez en respuesta a la fuerza aplicada. Este avance algún día puede abrir las puertas a materiales que puedan auto-reforzarse para prepararse para una mayor fuerza o detener un daño mayor. Un informe de los hallazgos se publicó hoy en Materiales avanzados .

"Imagine un implante óseo o un puente que pueda auto-reforzarse donde se aplica una gran fuerza sin inspección ni mantenimiento. Permitirá implantes y puentes más seguros con una mínima complicación, costo y tiempo de inactividad, "dice Sung Hoon Kang, un profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Instituto Hopkins de Materiales Extremos, y el Instituto de NanoBioTechnology de la Universidad Johns Hopkins y autor principal del estudio.

Mientras que otros investigadores han intentado crear materiales sintéticos similares antes, hacerlo ha sido un desafío porque tales materiales son difíciles y costosos de crear, o requieren un mantenimiento activo cuando se crean y están limitados en la cantidad de estrés que pueden soportar. Tener materiales con propiedades adaptables, como los de madera y hueso, puede proporcionar estructuras más seguras, ahorrar dinero y recursos, y reducir el impacto ambiental nocivo.

Los materiales naturales pueden autorregularse mediante el uso de recursos del entorno circundante; por ejemplo, Los huesos utilizan señales celulares para controlar la adición o eliminación de minerales extraídos de la sangre que los rodea. Inspirado en estos materiales naturales, Kang y sus colegas buscaron crear un sistema de materiales que pudiera agregar minerales en respuesta al estrés aplicado.

El equipo comenzó utilizando materiales que pueden convertir fuerzas mecánicas en cargas eléctricas como andamios, o estructuras de soporte, que puede crear cargas proporcionales a la fuerza externa que se le aplica. La esperanza del equipo era que estas cargas pudieran servir como señales para que los materiales comenzaran a mineralizarse a partir de iones minerales en el medio ambiente.

Kang y sus colegas sumergieron películas de polímero de estos materiales en un fluido corporal simulado que imitaba las concentraciones iónicas del plasma sanguíneo humano. Después de que los materiales se incuben en el fluido corporal simulado, Los minerales comenzaron a formarse en las superficies. El equipo también descubrió que podían controlar los tipos de minerales formados controlando la composición iónica del fluido.

Luego, el equipo instaló una viga anclada en un extremo para aumentar gradualmente la tensión de un extremo de los materiales al otro y descubrió que las regiones con más tensión tenían más acumulación de minerales; la altura del mineral fue proporcional a la raíz cuadrada de la tensión aplicada.

Sus métodos, los investigadores dicen, son simples, de bajo costo y no requiere energía adicional.

"Nuestros hallazgos pueden allanar el camino para una nueva clase de materiales autorregeneradores que pueden autorreforzar las áreas dañadas, ", dice Kang. Kang espera que estos materiales puedan usarse algún día como andamios para acelerar el tratamiento de enfermedades o fracturas relacionadas con los huesos, resinas inteligentes para tratamientos dentales u otras aplicaciones similares.

Adicionalmente, Estos hallazgos contribuyen a la comprensión de los científicos de los materiales dinámicos y cómo funciona la mineralización. lo que podría arrojar luz sobre los entornos ideales necesarios para la regeneración ósea.