Исследователи представили программируемые материалы, которые помогут залечить сломанные кости

Важные новости

Исследователи представляют программируемые материалы, которые помогут исцеляют сломанные кости» /></p>
<p> Исследователи Университета Иллинойса в Урбане-Шампейге демонстрируют напечатанный на 3D-принтере прототип нового биоматериала, прикрепленного к синтетической модели сломанной бедренной кости человека. Фото: Фред Цвикки ЛОИС ЙОКСУЛИАН   </p>
<p>Натуральные материалы, такие как кость, птичьи перья и дерево, обладают разумным подходом к распределению физической нагрузки, несмотря на их нестандартную структуру. Однако взаимосвязь между модуляцией стресса и их структурой остается неясной.</p>
<p>Новое исследование, объединяющее машинное обучение, оптимизацию, 3D-печать и стрессовые эксперименты, позволило инженерам получить представление об этих чудесах природы, разработав материал, повторяющий функциональные возможности человеческой кости для ортопедической реставрации бедренной кости.</p>
<p>Переломы бедренной кости, длинной кости верхней части голени, являются широко распространенной травмой среди людей и преобладают среди пожилых людей. Сломанные края заставляют напряжение концентрироваться на вершине трещины, увеличивая вероятность удлинения трещины. Обычные методы лечения перелома бедренной кости обычно включают хирургические процедуры по прикреплению металлической пластины к перелому с помощью винтов, что может вызвать расшатывание, хроническую боль и дальнейшую травму.</p>
<p>Исследование, проведенное профессором гражданской и экологической инженерии Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн Шелли Чжан и аспиранткой Инци Цзя в сотрудничестве с профессором Кэ Лю из Пекинского университета, представляет новый подход к ортопедическому ремонту, который использует полностью контролируемую вычислительную структуру для создания материал, имитирующий кость.</p>
<p> <iframe class=

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

< р>«Мы начали с базы данных материалов и использовали виртуальный стимулятор роста и алгоритмы машинного обучения для создания виртуального материала, а затем изучили взаимосвязь между его структурой и физическими свойствами», — сказал Чжан.

«Что отличает эту работу от других? Прошлые исследования показывают, что мы пошли еще дальше, разработав алгоритм вычислительной оптимизации, чтобы максимизировать как архитектуру, так и распределение напряжений, которые мы можем контролировать».

В лаборатории команда Чжана использовала 3D-печать для изготовления полноценного масштабировали прототип нового биоматериала из смолы и прикрепили его к синтетической модели сломанной человеческой бедренной кости.

«Наличие реальной модели позволило нам провести измерения в реальных условиях, проверить ее эффективность и подтвердить, что можно выращивать синтетический материал аналогично тому, как строятся биологические системы», — сказал Чжан.

«Мы предполагаем, что эта работа поможет создать материалы, которые будут стимулировать восстановление костей, обеспечивая оптимальную поддержку и защиту от внешних сил».

Исследователи представляют программируемые материалы, помогающие залечивать сломанные кости

Создание материалов нестандартной конструкции с оптимизацией модуляции напряжений и ее потенциальные применения. Фото: Nature Communications (2024 г.). DOI: 10.1038/s41467-024-47831-2

Чжан сказал, что этот метод можно применять к различным биологическим имплантатам везде, где требуется манипулирование напряжением.

«Сам метод довольно общий и может быть применен к различные типы материалов, такие как металлы, полимеры — практически любой тип материала», — сказала она. «Главное — геометрия, локальная архитектура и соответствующие механические свойства, что делает применение практически безграничным».

Дополнительная информация: Yingqi Jia et al, Modulate Распределение напряжения с помощью материалов неправильной конструкции, созданных на основе биотехнологий, для оптимальной поддержки тканей, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47831-2

Информация журнала: Nature Communications

Предоставлено Университетом Иллинойса в Урбана-Шампейн

Новости сегодня

Последние новости