Инженеры создали новый материал с функцией амортизации и смазки, аналогичный по свойствам хрящевой ткани человека. Кроме того, этот материал поможет в разработке легких подшипников нового поколения.
Хрящ – представляет собой мягкую волокнистую ткань вокруг суставов, и она выполняет функции амортизации и защищает кости от нагрузки, возникающей при движении. Хрящевая ткань также содержит смазку, что позволяет костям двигаться друг над другом, практически без трения. В течение длительного времени ученые работали над созданием синтетического материала, который по свойствам был бы аналогичен хрящу, но результаты были неоднозначны.
Но ученые из Университета Лидса и имперского колледжа Лондона опубликовали данные о разработанным ими материале с функциями хряща в журнале Applied Polymer Materials.
Ученые считают, что разработанный ими материал с функциями хрящевой ткани может быть использован в различных отраслях инженерии.
Хрящ фактически является двухфазным пористым материалом, и он может находиться в двух фазах, в твердой и жидкой. При поглощение синовиальной жидкости, которая вырабатывается в суставах, хрящ переходит в жидкую фазу. Синовиальная жидкость не только служит смазкой в суставах, но и задерживаясь в пористой структуре хряща создает амортизационную подушку, которая обеспечивает снижение векторов нагрузки на кости, образующие сустав.
При воздействии векторов силы синовиальная жидкость вытекает из хряща и, таким образом, происходит рассеивание энергии и это позволяет защитить суставы от быстрого изнашивания и травм. После прекращения воздействия векторов силы хрящ повторяет цикл перехода в другую фазу.
Предыдущие исследования в плане разработки синтетической хрящевой системы были заточены на использовании материалов, поглощающих воду (гидрогелей). Но если гидрогели могут хорошо снижать трение, то в плане амортизации воздействия сжимающей силы они работают плохо. Проблемой гидрогелей в этом плане является то, что для возврата к нормальной форме после сжатия им требуется некоторое время.
Ученым удалось решить эту проблему, и они создали синтетический пористый материал из гидрогеля, который заключили в матрицу из полимера на основе силикона (ПДМС). Матрица позволила гидрогелю сохранять форму.
Ученые в ходе разработки материала выяснили, что его несущая способность была в 14-19 раз выше, чем у просто гидрогеля. Кроме того, модуль упругости по своим параметрам оказался близким к значениям, которые отмечаются у хряща и гидрогель обеспечивал хорошую смазку.
Ученые предполагают, что новый материал может найти применение в различных областях где используются системы с масляной смазкой.
