Ученые разработали материал, который обладает свойствами хряща — Naked Science
Мария Кривоченко

Ученые разработали материал, который обладает свойствами хряща

Химики из Университета Дьюка в США представили новый гидрогель — такой же сильный, как человеческий хрящ. Это первый материал, способный выдерживать нагрузки суставов и не изнашиваться со временем.

Монетный образец нового гидрогеля может выдержать вес 100-фунтовой (45-килограммовой) гири, не разрываясь и не теряя своей формы
Монетный образец нового гидрогеля может выдержать вес 100-фунтовой (45-килограммовой) гири, не разрываясь и не теряя своей формы

Хрящ — соединительная ткань, достаточно прочная, чтобы выдерживать вес человека и трение от каждого шага, но при этом мягкая, эластичная и облегчает урон от ударов. К сожалению, хрящ может изнашиваться со временем или порваться от травм и очень плохо восстанавливается. До сих пор похожий на него материал было трудно воспроизвести в лабораторных условиях: любые альтернативы не справлялись с нагрузкой.

Для замены хрящей с 1970-х используют гидрогель — он достаточно скользкий, хорошо приживается и не наносит вреда соседним клеткам. Но для несущих суставов, как колено, он слишком слабый, поэтому, если у человека начинаются проблемы с коленом, его приходится менять целиком. Ученые из Университета Дьюка считают, что, наконец, разработали гидрогель, который может сравниться по свойствам с хрящевой тканью. Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.

Гель состоит из трех полимерных сетей: одна сплетена из эластичных нитей; вторая — из более жестких, с отрицательными зарядами по всей длине, третья — из целлюлозных волокон. «Только это сочетание всех трех компонентов — одновременно гибкое, жесткое и, следовательно, сильное», — говорит Фейхен Янг, соавтор исследования. Когда материал растягивается, целлюлозные волокна сопротивляются и спасают его от разрывов. Когда сжимается, отрицательные заряды вдоль жестких полимерных цепей отталкиваются друг от друга и прилипают к воде, помогая ей вернуться к своей первоначальной форме.

«Мы решили сделать первый гидрогель, который обладает механическими свойствами хряща», — сказал Бен Уайли, профессор химии. Команда показала возможности нового материала. Всего один диск размером с монету удержал 45-килограммовую гирю, не теряя при этом формы, а с растяжениями (растянули его около 100 000 раз) он справляется так же хорошо, как пористый титан, который используют для изготовления костных имплантатов. Наконец, чтобы проверить износостойкость, его терли около миллиона раз: оказалось, материал выдерживает трение как натуральный хрящ — и в четыре раза лучше современных синтетических.

Разработка может помочь людям, у которых есть проблемы с коленным суставом и которые не хотят по каким-либо причинам соглашаться на его замену (это сложная операция, требующая длительного восстановления, а очереди на нее можно ждать годами). Руководители исследования Бен Уайли и Кен Галл считают, что однажды они предложат альтернативу 600 тысячам операций, выполняемых в США каждый год. Клиническое использование нового гидрогеля начнется в лучшем случае через несколько лет, до этого придется пройти тесты на его безопасность. Тем временем химики планируют создать имплантат, который можно будет протестировать на овцах.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Вчера, 18:35
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

6 часов назад
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

Позавчера, 21:04
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

22 июля
Илья Ведмеденко

По информации СМИ, модуль «Наука» столкнулся с техническими проблемами. Они могут существенно осложнить стыковку с Международной космической станцией.

Позавчера, 11:04
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: