• Nisan 29, 2022

Kemikten ilham alan yeni implantlar ayarlanabilir sertlik sunuyor

Kemikten ilham alan yeni implantlar ayarlanabilir sertlik sunuyor

Bilim insanları, kemik ve diğer doğal malzemeler üzerinde modellenen bazı çok faydalı özellikler sunan yeni implantlar ve motor parçaları tasarladı. Kemikten ilham alan malzemeler hafiflik ve ayarlanabilir sertlik sunar.

Bilim insanları, yeni nesil materyallerin peşinde koşarken ilham almak için düzenli olarak doğaya dönüyor ve kemik ve ahşabın gözenekli mikro yapılarını inceleyen bir mühendis ekibi, geniş kapsamlı potansiyele sahip akıllı bir biyomimikri örneği ortaya çıkardı. Küçük deliklerle dolu hafif yeni malzemeler, stres altındaki alanlarda yüksek derecede sertlik sağlamak için cerrahi implantlarda ve uçaklarda kullanılabilir.

Yeni malzeme tasarımı Princeton Üniversitesi ve Georgia Tech’teki araştırmacılar tarafından tasarlandı ve spinodal mikro yapılar olarak bilinenleri içeriyor. Bu mikroskobik delik ağları, optimum performans için sütunlar, elmaslar veya küreler gibi farklı şekiller alan kemik, hayvan boynuzları ve ahşap gibi doğal malzemelerde bulunan farklı gözenek türleri üzerinde modellendi. Yapılar içindeki gözeneklerin yönü, boyutu ve şekli, örneğin belirli yönlerde sertlik sağlamak veya malzemenin yoğunluğunu veya ağırlığını kontrol etmek için ince ayar yapılabilir.

Georgia Tech’de yürütülen araştırma ekibinden Fernando Vasconcelos da Senhora, “Üstün performans elde etmek için birlikte çalışan gerçek yapıya ve mikro yapıya sahipsiniz” dedi.

Araştırmacılar, fotopolimer reçineden bir prototip yüz implantı tasarlayarak ve 3D yazdırarak bu malzemelerin potansiyelini gösterdiler. Sütunlar ve mercimekler gibi özenle şekillendirilmiş gözeneklere sahip olan implant, çiğneme kuvvetlerine dayanacak kadar sertti ve delikler ayrıca vücut sıvılarının akışını kolaylaştırarak kemik büyümesini ve iyileşmesini teşvik edecek şekilde boyutlandırılmıştı.

Bilim insanları, yeni yüz implantları ve uçak parçaları tasarlamak için kemik ve ahşap üzerinde modellenen yeni bir malzeme mimarisi kullandılar.

Araştırmacılara göre geometri çok ince ayarlanabildiğinden, bu implantlar birçok farklı malzemeden yapılabilir. Başka bir örnekte, motoru bir uçakta yerinde tutan bir jet motoru braketinin güçlü ve hafif bir versiyonunun temeli olarak spinodal mikro yapıları kullandılar. Ancak insan vücudundaki implantlar için biyolojik olarak güvenli malzemeler bariz seçim olacaktır.

Georgia Tech’de araştırma grbunun bir diğer üyesi olan Emily Sanders, “Daha iyi olan temel malzeme değil. Daha iyi olan mikro ölçekli özelliklerdir. Teorik olarak, iskeletleri herhangi bir malzemeden yapabiliriz ama en uygun olanı biyouyumlu malzemeleri keşfetmek olacaktır.” Dedi.

Araştırmacılar, mimari malzemeler olarak adlandırdıkları bu oluşumların potansiyelinin, tek bir nesnede farklı mikro yapı türleri arasında sorunsuz bir şekilde geçiş yapma biçiminde yattığını söylüyor. Bu, sertlik ve diğer özelliklerin ince bir şekilde ayarlanmasına izin verirken, zayıf noktalara sahip olma olasılığını azaltır.

Projenin baş araştırmacısı Glaucio Paulino ise çalışmaya ilişkin açıklamasında, “Malzeme mimarilerini farklı ölçeklerde optimizasyon ile birleştirmesi ve katmanlı imalatla entegrasyonu anlamında oldukça güçlü bir tekniğimiz var. Ölçeklendirme anlamında geniş bir uygulama yelpazesine sahip olabilir, bu nedenle nano ve mikro teknolojide, ayrıca orta ve makro ölçekte uygulanabilir.” Dedi.