เช่นเดียวกับกระดูก วัสดุงอกใหม่เพื่อ "แก้ไข" อาการบาดเจ็บ

ภายใต้อิทธิพลของ biomimetics นักวิจัยกำลังพัฒนาวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่สร้างใหม่เพื่อซ่อมแซมกระดูกหัก สามารถใช้กับแขนขากลได้ เช่น

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนาในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาวัสดุที่ประกอบด้วยพอลิเมอร์ที่มี "หน่วยความจำรูปร่าง" ซึ่งเป็นวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเลียนแบบรูปร่างดั้งเดิมของวัตถุที่ติดอยู่ จากนั้นพอลิเมอร์เหล่านี้จะถูกรวมเข้ากับเครือข่ายใยแก้วนำแสง (สามารถตรวจจับความเสียหายของวัสดุบางชนิดได้) จากนั้นจึงนำสิ่งเร้าความร้อนไปใช้กับบริเวณที่เสียหายโดยใช้เลเซอร์อินฟราเรด

ในทางกลับกันความร้อนที่เกิดขึ้นจะกระตุ้นกลไกการแข็งตัวและการสร้างใหม่ หากวัสดุได้รับความเสียหาย กระบวนการซ่อมแซมตัวเองสามารถกู้คืนได้ถึง 96% ของความแข็งแรงเดิม นักวิจัยกล่าวว่าระบบไม่ได้สร้างการเชื่อมต่อที่เสียหายขึ้นใหม่ แต่สร้างรูปแบบการแตกหักใหม่โดยให้ใกล้เคียงกับรูปร่างดั้งเดิมมากที่สุด วัสดุนี้สามารถลดความจำเป็นในการเปลี่ยนหรือซ่อมแซมโครงสร้างและวัสดุที่เสียหายหรือเสื่อมสภาพอย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยลดต้นทุนได้

ภาพ: โพลีเมอร์ที่มี "หน่วยความจำรูปร่าง" ในการดำเนินการ พื้นที่สีแดงระบุว่าเครือข่ายใยแก้วนำแสงทำงานที่ใด กระตุ้นวัสดุให้กลายเป็นรูปร่างดั้งเดิม

การทำงานของกระดูก

การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้รับแรงบันดาลใจจากไบโอมิเมติกส์โดยการ "ลอกเลียน" การทำงานของกระดูก ซึ่งสามารถตรวจจับความเสียหาย ขัดขวางการงอกของกระดูก และผ่านเซลล์บางชนิด ดัดแปลงกระดูกที่เสียหาย และสร้างใหม่ เซลล์ที่นำไปสู่การสร้างกระดูกใหม่ ได้แก่ เซลล์สร้างกระดูก ซึ่งดูดซับและสร้างเนื้อเยื่อกระดูกใหม่ และเซลล์สร้างกระดูก ซึ่งมีหน้าที่ในการสร้างเนื้อเยื่อกระดูกและโปรตีนบางชนิดที่ประกอบเป็นเมทริกซ์ของกระดูก เช่น คอลลาเจนชนิดที่ 1 (เข้าใจวิธีการทำงานที่ดีขึ้นในวิดีโอด้านล่างของหน้า)

งานวิจัยอื่นจากสถาบันเดียวกันสามารถช่วยในการพัฒนา "กระดูกลอก" เธอมุ่งเน้นไปที่เส้นใยคอลลาเจนที่มีแร่ธาตุซึ่งเป็นกลุ่มของกระดูกที่มีโครงสร้างนาโนที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูง นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าลักษณะโครงสร้างนาโนของเส้นใยเหล่านี้มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการเสียรูปขนาดใหญ่ด้วยการผสมผสานระหว่างการจำลองไดนามิกของโมเลกุลและการวิเคราะห์เชิงทฤษฎี เป็นผลให้เส้นใยคอลลาเจนที่มีแร่ธาตุสามารถทนต่อ microcracks ได้โดยไม่ก่อให้เกิดความล้มเหลวของเนื้อเยื่อมหภาคซึ่งอาจจำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงรูปแบบ

การประยุกต์ใช้วัสดุ

หากนวัตกรรมพัฒนาต่อไปและผ่านการทดสอบหลายๆ ครั้ง ก็สามารถใช้ในการสร้างวัสดุที่แข็งแรงและน้ำหนักเบา ซึ่งสามารถรับแรงกดได้มาก เช่น สารประกอบที่ใช้ทดแทนกระดูกในการผลิตแขนขากล และในการสร้างสรรค์วัสดุใหม่ๆ