康涅狄格大學仿生技術：蜘蛛絲是新骨固定複合材料的關鍵

由康大材料科學家梅偉領導的一個研究團隊開發的一種新型骨固定複合材料的三維渲染。

康大研究人員創造了一種由絲纖維製成的可生物降解複合材料，可用於修復斷裂的承重骨，而不會出現其他材料所帶來的併發症。

修復主要負重骨骼，如腿部骨骼可能是一個漫長而不舒服的過程。

為了便於修復，醫生可以安裝一塊金屬板，以便在骨骼融合和癒合時支撐骨骼。然而，這可能是有問題的。一些金屬將離子浸入周圍組織，引起炎症和刺激。金屬也很硬。如果金屬板在腿中承受的負荷過大，新骨可能會變得較弱並容易斷裂。

為了解決這個問題，UConn 材料科學家兼生物醫學工程師Mei Wei教授轉向蜘蛛和飛蛾尋求靈感。特別是，魏主要關注絲素蛋白，這是一種在蜘蛛和飛蛾的絲纖維中發現的蛋白質，以其韌性和拉伸強度而聞名。

醫學界已經知道絲素蛋白有一段時間了。由於其強度和可生物降解性，它是醫用縫合線和組織工程中的常見組分。然而，從未有人嘗試過使用高密度聚合物複合材料，這正是Wei所知道的，如果她想創造一種更好的醫療器械來治療破碎的承重骨骼，那就是她所需要的。

概述用於製造高性能生物可降解複合材料以輔助骨癒合的加工技術。

與UConn副教授機械工程師Dianyun Zhang一起工作，Wei的實驗室開始測試各種複合形式的絲素蛋白，尋找不同材料的正確組合和比例，以達到最佳的強度和柔韌性。這種新型複合材料當然需要強壯而僵硬，但不是太多以至於會抑制密集的骨骼生長。同時，複合材料需要具有靈活性，使患者在骨癒合時保持其自然的運動範圍和移動性。

經過幾十次測試，魏和張發現了他們正在尋找的材料。這種新型複合材料由長絲纖維和聚乳酸纖維（一種由玉米澱粉和甘蔗製成的可生物降解熱塑性塑料）組成，浸漬在溶液中，每個溶液中都塗覆有由羥基磷灰石製成的細微生物陶瓷顆粒（牙齒中含有的磷酸鈣礦物質和骨頭）。然後將塗覆的纖維分層堆積在小的鋼框架上並在熱壓縮模具中壓製成緻密的複合棒。

在最近發表在「 生物醫學材料力學行為雜誌」上的一項研究中，Wei報道說，高性能可生物降解複合材料顯示出強度和柔韌性特徵，這是文獻中類似生物可吸收材料記錄中有史以來最高的。

他們可以變得更好。

「我們的結果在強度和靈活性方面確實很高，但我們認為，如果我們能夠讓每一個組件都做我們想讓他們做的事情，我們可以做得更高，」Wei說，他還擔任工程學院副院長為研究和研究生教育。

新的複合材料也具有韌性。成年人和老年人的大腿骨可能需要幾個月才能痊癒。Wei實驗室開發的複合材料完成了它的工作，然後在一年後開始降解。不需要手術去除。

在研究中加入Wei和Zhang的是Bryant Heimbach博士。魏氏實驗室的候選人和材料科學家; 和來自UConn大學的Beril Tonyali攻讀材料科學和工程學位。

該團隊已經開始測試複合材料的新衍生物，包括那些結合羥基磷灰石的單一結晶形式以獲得更高強度和塗層混合物的變體，以最大限度地提高其承受更多重量骨骼的機械性能。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！