Новое слово в инженерии: ученые создали материал, который имитирует свойства человеческого хряща

Технологии замены органов и тканей человеческого тела давно развиваются наукой, которая, впрочем, сталкивается с существенными ограничениями в подобных разработках. Уникальное сочетание характеристик природных биоматериалов далеко не всегда можно повторить с аналогами искусственного происхождения. Но в случае с хрящом, похоже, такая имитация стала возможной.

Прорывная разработка

Инженеры из Имперского колледжа Лондона и Университета Лидса объявили о создании материала, способного выполнять функции хряща. С технической точки зрения это элемент, который обеспечивает задачи амортизирующей и смазочной системы в структуре суставов. Естественный хрящ представляет собой мягкую волокнистую ткань, в то время как его синтетический заменитель был изготовлен на основе гидрогеля.

Принцип действия хряща

Оригинальный хрящ может пребывать и в твердой, и в жидкой фазе. Он поглощает вязкое вещество, которое вырабатывается суставами, – так называемую синовиальную жидкость. Она же и выполняет роль смазки, противодействуя нагрузкам и поддерживая здоровье суставов. Сложность механизма работы хряща и затрудняла создание искусственного аналога.

Проблема заключалась в том, что требовалось сохранить в материале мягкую структуру, способную при этом выдерживать большие нагрузки и не изнашиваться. Лишь отдаленно схожие функции могли выполнять подшипники, но для практической замены хряща они не подходили. Со временем ученые стали обращаться к гидрогелям для подобных разработок.

Инновационный материал

Преимущество гидрогелей заключается в том, что они отлично себя показывают как защита от трения, но недостаточно стойки в условиях действия сжимающих сил. Этому материалу требуется время для обретения первичной формы после сжатия.

В новой работе инженеров была предложена технология улучшения гидрогеля за счет использования матрицы из полидиметилсилоксана или силиконового полимера. С таким дополнением материал мог сохранять свою форму с поддержанием оптимальной несущей способности. Равновесный модуль упругости синтетического аналога хряща мог составлять 452 кПа в деформационном диапазоне от 10 до 30 %. Также сохранялись и необходимые функции смазки.

Авторы проекта полагают, что их разработка может применяться не только в медицине. Модифицированный гидрогель потенциально способен заменять и другие смазочные системы, в которых вместо специальных масляных материалов можно будет применять воду.