29.06.2020
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.
15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

Позавчера, 10:39
Александр Березин

Когда полвека назад гибель динозавров объяснили падением астероида, это вызвало массовое неприятие, длившееся десятилетия. Открытие кометы, взрыв которой принес тысячелетнее похолодание в начале голоцена, привело к спорам в научной среде, которые идут до сих пор. Теперь множеству атак подверглось и открытие астероида, уничтожившего Содом. Отчего многим исследователям так трудно поверить в астероидные взрывы и о каких узких местах в современной науке это может говорить?

4 часа назад
Илья Ведмеденко

Китайцы провели тесты гиперзвукового комплекса, который облетел земной шар. По информации СМИ, испытания стали неожиданностью для американской разведки.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

22 сентября
Илья Ведмеденко

Видео демонстрирует концепцию, известную как Rapid Dragon. Крылатые ракеты сбросили из самолетов C-17 и EC-130: предполагается, что это позволит повысить ударную мощь США.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: