Ciemiączka ułatwiają poród i umożliwiają wzrost kości

Ten materiał może rosnąć jak prawdziwe kości. Pomoże w rozwoju robotów przyszłości

Naukowcy stworzyli innowacyjne mikroboty, które mogą przyczynić się do tworzenia sztucznych kości.

Naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu Linköping i japońskiego Uniwersytetu w Okayama stworzyli innowacyjny materiał, który początkowo jest miękki, ale później twardnieje. Imituje to proces zachodzący podczas rozwoju kości i wykorzystuje substancje, które można znaleźć w szkielecie.

Materiał jak ciemiączka

Noworodki mają w czaszce szczeliny pokryte błonami, które są zwane ciemiączkami (przednim i tylnym). To właśnie dzięki ciemiączkom, czaszka może przejść przez kanał rodny ulegając tymczasowej deformacji. Po porodzie, tkanka ciemiączek stopniowo zmienia się w twardą kość. Naukowcom udało się zainspirować tym procesem, tworząc niezwykłe materiały.

Chcemy to wykorzystać do zastosowań, w których materiały muszą mieć różne właściwości w różnych momentach. Najpierw materiał jest miękki i elastyczny, a następnie zostaje zablokowany w miejscu, gdy twardnieje. Materiał ten mógłby być stosowany np. w skomplikowanych złamaniach kości. Można by go również wykorzystać w mikrobotach wstrzykiwanych do ciała, które rozwijałyby się i tworzyłyby własne, sztywne kości.

prof. Edwin Jager z Wydziału Fizyki, Chemii i Biologii (IFM) Uniwersytetu w Linköping

Pomysł narodził się podczas wizyty w Japonii, kiedy to prof. Jager spotkał Hiroshiego Kamiokę i Emilio Harę, którzy prowadzą badania nad kośćmi. Japońscy badacze odkryli pewien rodzaj cząsteczki, która w krótkim czasie może stymulować wzrost kości.

Ten materiał może rosnąć jak kości

Naukowcy skonstruowali rodzaj prostego mikrobota, który może przybierać różne kształty i zmieniać swoją sztywność. Było to możliwe dzięki zastosowaniu żelowego materiału zwanego alginatem, który jest elektroaktywny i zmienia swoją objętość po przyłożeniu niskiego napięcia elektrycznego, co powoduje, że mikrobot wygina się w określonym kierunku. Na drugiej stronie żelu badacze umieścili cząsteczki, które umożliwiają utwardzenie miękkiego materiału żelowego. Kiedy materiał zanurza się w środowisku hodowli komórkowej – środowisku, które zawiera wapń i fosfor – cząsteczki sprawiają, że żel mineralizuje się i twardnieje jak kość.

Kontrolując sposób, w jaki materiał się obraca, możemy sprawić, że mikroboy będzie poruszał się na różne sposoby, a także wpływać na to, jak materiał rozwija się w złamanych kościach. Możemy wbudować te ruchy w strukturę materiału, dzięki czemu skomplikowane programy do sterowania tymi robotami stają się zbędne.

prof. Edwin Jager

Teraz naukowcy sprawdzają, jak nowy materiał zachowuje się z żywymi komórkami. Badania zostały opisane w Advanced Materials.