ساخت ماده ای که سختی آن با افزایش فشار بیشتر می شود.

ساخت ماده ای که سختی آن با افزایش فشار بیشتر می شود.
​

محققان با الهام از استخوان انسان و صخره های مرجانی، ماده ای ساخته اند که سختی آن با افزایش فشار بیشتر می شود.

برخی ارگانیزم های طبیعی مثل استخوان ها و صخره های مرجانی قابلیت سازگار کردن خود در برابر انواع فشارها را داشته و به کمک مواد معدنی، مقاومت را در صورت نیاز افزایش می دهند. محققان دانشگاه جانز هاپکینز (Johns Hopkins) با الهام از این فرایند که « زیست کانی سازی » (Biomineralization) نام دارد، ماده ای ساخته اند که سختی آن با افزایش فشار تغییر می کند.

استخوان انسان ساختار خود را با جمع آوری مواد معدنی از خون بوسیله پیام رسانی سلولی (Cell Signalling) تنظیم می کند. صخره های مرجانی نیز در فرایندی مشابه و برای زنده ماندن، میزان کانی سازی را در مناطقی که بیشتر تحت فشار آب اقیانوس هستند، افزایش می دهند.




افزایش فشار در سطح این ماده به بار الکتریکی بیشتر و در نتیجه، کانی سازی بیشتر منجر می شود.

حال محققان دانشگاه جانز هاپکینز با الهام از صخره های مرجانی و استخوان ماده ای ساخته اند که به کمک مواد معدنی به افزایش میزان فشار واکنش نشان می دهد. در این ماده لایه هایی از جنس پلیمر فشارهای فیزیکی را بسته به شدت آن ها به بار الکتریکی تبدیل می کنند.

محققان سپس لایه ها را درون مایعی قرار دادند که خصوصیات آن مشابه غلظت یونی پلاسمای خون بود. در چنین شرایطی بارهای الکتریکی مختلف می توانند همانند سیگنال عمل کرده و به جمع شدن مواد معدنی در سطح منجر شوند.

محققان تیغه ای که برای افزایش فشار در سطح ماده طراحی شده بود را به یک طرف خم کردند. نتیجه چنین کاری جمع شدن مواد معدنی بیشتر در قسمت هایی بود که فشار بالاتری را تحمل می کردند. میزان جمع شدن مواد معدنی نیز متناسب با شدت فشار وارد شده بود.




افزایش فشار در یک طرف تیغه به انباشته شدن بیشتر مواد معدنی در آن قسمت منجر شد. با کاهش تدریجی فشار از روی تیغه، میزان کانی سازی نیز کاهش یافت.

«Sung Hoon Kang»، محقق اصلی این کار پژوهشی می گوید به کمک یافته های این تحقیق می توان مواد خودترمیم کننده ای ساخت که قسمت های آسیب دیده را تقویت می کنند.

محققان با ایجاد تغییراتی در مایع یونی دریافتند که نوع مواد معدنی تشکیل شده در سطح ماده را نیز می توان مشخص کرد و تطبیق پذیری آن را بالاتر برد. آن ها می گویند از این ماده استفاده های متعددی از جمله به عنوان داربست برای تسریع درمان بیماری های استخوانی و همچنین رزین در دندان پزشکی استفاده کرد. «Kang» در این رابطه می گوید:

«ایمپلنت استخوان یا پلی را فرض کنید که بدون نیاز به معاینه و تعمیر، مقاومت خود را با افزایش فشار بالا ببرند. به کمک این ماده می توان ایمپلنت ها و پل های امن تر را با حداقل پیچیدگی، هزینه و زمانِ اکار ( Downtime ) ساخت.»

یافته های این تحقیق در ژورنال Advanced Materials منتشر شده است.

دیجیآتو