خرچنگ، مدلی برای ساخت تاندون و رباط مصنوعی!

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، زیر شکم خرچنگ دریایی از غشای نازک و نیمه شفاف پوشیده شده است که هم کشش دارد و هم به‌طور شگفت‌آوری سخت است. براساس گزارشی که محققان موسسه فناوری ماساچوست منتشر کردند، این زره‌پوش دریایی، از سخت‌ترین هیدروژل شناخته شده در طبیعت ساخته شده است که در عین حال بسیار انعطاف‌پذیر است. این ترکیب قدرت و کشش، به محافظت از خرچنگ دریایی کمک می‌کند.

به تازگی در MIT، ماده‌ای مبتنی بر هیدروژل ساخته شده است که از ساختار شکم خرچنگ تقلید می‌کند. محققان این ساختار را مورد بررسی قرار داده و نشان دادند که مانند زیر شکم خرچنگ، این ماده مصنوعی به طور قابل ملاحظه‌ای «مقاوم در برابر خستگی»، قادر به مقاومت در برابر کشش‌ها و فشار‌های مکرر بدون پارگی است.

اگر روند ساخت به‌طور قابل توجهی مقیاس‌پذیر شود، می‌توان از مواد ساخته شده از هیدروژل‌های نانوالیاف برای ایجاد بافت‌های جایگزین کششی و قوی مانند تاندون‌ها و رباط‌های مصنوعی استفاده کرد.

نتایج این کار محققان در مجله Matter منتشر شده است.

در سال ۲۰۱۹ لین و همکارانش نوع جدیدی از مواد مقاوم در برابر خستگی را که از هیدروژل ساخته شده است تولید کردند، نوع جدیدی از مواد ژلاتینی مانند که به‌ طور عمده از آب و پلیمر‌های متقاطع ساخته شده است. آن‌ها این ماده را از الیاف بسیار نازک هیدروژلی ساختند، این الیاف زمانی که در معرض کشش مکرر قرار بگیرند، تراز می‌شوند. با این تراز شدن، مقاومت در برابر خستگی هیدروژل افزایش می‌یابد.

لین می‌گوید: «در آن لحظه، ما احساس کردیم که وجود نانوالیاف در هیدروژل‌ها مهم هستند و ما امیدوار شدیم که بتوانیم ساختار‌های فیبریل را به‌گونه‌ای دستکاری کنیم تا مقاومت در برابر خستگی بهبود یابد.»

در این پروژه جدید، محققان چند روش ایجاد نانوالیاف هیدروژل را با هم ترکیب کردند. این فرآیند با الکتروریسندگی شروع می‌شود، یک روش تولید الیاف که از ولتاژ برای بیرون کشیدن رشته‌های نانومقیاس از محلول‌های پلیمری استفاده می‌کند. این تیم با استفاده از ولتاژ بالا، نانوالیاف را از محلول پلیمری تولید کردند و یک فیلم مسطح از الیاف نانو تشکیل دادند.

آن‌ها این فیلم را در محفظه‌ای با رطوبت بالا قرار دادند تا فیبر‌های منفرد را به یک شبکه محکم و بهم پیوسته جوش دهند و سپس فیلم را در دستگاه انکوباتور قرار دادند تا نانوالیاف منفرد در دمای بالا متبلور شده و باعث تقویت بیشتر مواد شود.

آن‌ها مقاومت در برابر خستگی فیلم را با قرار دادن آن در دستگاهی که آن را به‌طور مکرر در ده‌ها هزار چرخه کشیده بود، آزمایش کردند. نتایج نشان داد که فیلم‌های نانوالیاف نسبت به هیدروژل‌های نانوالیاف معمولی ۵۰ برابر مقاوم‌تر در برابر خستگی هستند.