蚕丝与聚合物混合,制造出更好的生物医用植入物

2020-09-29

北京航空航天大学的一个团队成功地将天然材料和人工材料结合在一起,创造出了坚固的结构,尽管研究人员表示,在将其植入人体之前还需要进一步的工作。《专业工程杂志》发表了这些初步结果。

虽然其他研究人员已经开发出了与蚕丝有关的复合材料,但他们通常只研究它的主要蛋白质或短纤维。然而,关一直专注于用一根长而单一的线织成的丝织品。蚕茧的纤维长度可以超过1500米。当整体使用时,它们比一系列较短的、离散的应力分布更有效。

项目负责人关娟(Juan Guan)说:“蚕丝在生物医学应用方面具有巨大潜力。丝绸用途广泛,人体对它的耐受性很好,甚至可以降解和吸收它。”关教授的团队使用了来自普通家养蚕的丝,以及来自野生品种柞蚕的更坚韧、更具弹性的纤维。

研究人员将这种织物与聚合物基质相结合,如用于粘合剂的环氧树脂。织物和聚合物一起形成了层压板——类似于在一些家具上发现的耐用表面——可以切割成所需的形状。

研究小组说,这些新材料的特性可以使它们比目前使用的材料更适合人体组织。他们正在与骨科医生合作,创造一种类似笼子的结构,可以在手术后椎体融合时暂时固定在原位,而手术通常是用金属完成的。

据报道,丝复合材料的硬度和硬度与骨骼的相容性更好,这使得它们比金属结构更有弹性,也更舒适。  

虽然环氧树脂牢固地附着在丝纤维上,但研究人员承认它有一个“主要的缺点”——身体不能分解和吸收环氧树脂,这意味着它不适合植入物溶解。   

为了解决这个问题,关最近开始研究生物高聚物,比如蚕丝,人体可以分解和吸收。然而,这些复合材料的内聚性比环氧树脂的要低。   

她说:“关键问题是如何使生物聚合物和真丝织物之间的界面更加坚固。”   

科学家们还在丝绸中添加了其他种类的纤维。在最近的一项研究中,他们在混合物中加入了碳纤维。   

碳纤维研究的作者Robert O. Ritchie说:“将蚕丝与其他纤维‘混合’的概念使它有可能产生一个相当不错的性能谱,你可以为给定的应用进行优化。这些新型结构材料的潜在用途可能在‘任何地方’——在人体内,甚至在网球拍或飞机引擎上。”   

这些初步结果发表在专业的工程杂志上。   


(来源:复材模压网)