Gli ingegneri hanno sviluppato un nuovo materiale che imita la cartilagine umana:il sistema di assorbimento degli urti e di lubrificazione del corpo, e potrebbe annunciare lo sviluppo di una nuova generazione di cuscinetti leggeri.

La cartilagine è un tessuto fibroso molle che si trova intorno alle articolazioni che fornisce protezione dal carico di compressione generato dalla deambulazione, corsa o sollevamento. Fornisce inoltre una protezione, strato lubrificante che consente alle ossa di passare l'una sull'altra senza attrito. Per anni, gli scienziati hanno cercato di creare un materiale sintetico con le proprietà della cartilagine.

Ad oggi, hanno avuto risultati contrastanti.

Ma in un articolo pubblicato sulla rivista Materiali polimerici applicati , ricercatori dell'Università di Leeds e dell'Imperial College di Londra hanno annunciato di aver creato un materiale che funziona come la cartilagine.

Il team di ricerca ritiene che un materiale simile alla cartilagine avrebbe una vasta gamma di usi in ingegneria.

La cartilagine è un materiale poroso bifasico, il che significa che esiste nelle fasi solida e fluida. Passa alla sua fase fluida assorbendo una sostanza viscosa prodotta nelle articolazioni chiamata liquido sinoviale. Questo fluido non solo lubrifica le articolazioni, ma se trattenuto nella matrice porosa della cartilagine, fornisce un cuscino idroelastico contro le forze di compressione.

Poiché la cartilagine è porosa, il liquido sinoviale alla fine drena via e mentre lo fa, aiuta a dissipare le forze energetiche che viaggiano attraverso il corpo, proteggere le articolazioni dall'usura e dalle lesioni da impatto. A questo punto la cartilagine torna alla sua fase di vendita, pronto per la ripetizione del ciclo.

Dott. Siavash Soltanahmadi, Assegnista di ricerca presso la School of Mechanical Engineering di Leeds, che ha condotto la ricerca, ha dichiarato:"Scienziati e ingegneri hanno cercato per anni di sviluppare un materiale che abbia le straordinarie proprietà della cartilagine. Ora abbiamo sviluppato un materiale per applicazioni ingegneristiche che imita alcune delle proprietà più importanti che si trovano nella cartilagine, ed è stato possibile solo perché abbiamo trovato un modo per imitare il modo in cui lo fa la natura.

"Ci sono molte applicazioni nell'ingegneria per un materiale sintetico che è morbido ma può sopportare carichi pesanti con una minima usura, come nei cuscinetti. C'è del potenziale attraverso l'ingegneria per un materiale che si comporta come la cartilagine".

I primi tentativi di sviluppare un sistema di cartilagine sintetica si sono concentrati sull'uso di idrogel, materiali che assorbono acqua. Gli idrogel sono bravi a ridurre l'attrito ma hanno scarse prestazioni quando sono sottoposti a forza di compressione.

Uno dei problemi è che ci vuole tempo prima che l'idrogel ritorni alla sua forma normale dopo che è stato compresso.

I ricercatori hanno superato questo problema creando un materiale sintetico poroso costituito da un idrogel contenuto in una matrice di polidimetilsilossano o PDMS, un polimero a base di silicone. La matrice mantiene la forma dell'idrogel.

Nella carta, gli scienziati riferiscono che il comportamento portante dell'idrogel contenuto nella matrice PDMS era da 14 a 19 volte maggiore dell'idrogel da solo. Il modulo elastico di equilibrio del composito era di 452 kPa con un intervallo di deformazione del 10% -30%, prossimi ai valori riportati per il modulo di cartilagine testato.

L'idrogel ha anche fornito uno strato lubrificante.

Gli scienziati ritengono che le applicazioni future di un nuovo materiale basato sulla funzione della cartilagine metterebbero alla prova molti sistemi di ingegneria tradizionali lubrificati a olio.

Il dottor Michael Bryant, Professore Associato presso la Scuola di Ingegneria Meccanica, che ha curato la ricerca, disse; "La capacità di utilizzare l'acqua come lubrificante efficace ha molte applicazioni dalla generazione di energia ai dispositivi medici. Tuttavia, questo spesso richiede un approccio diverso rispetto ai sistemi di ingegneria tradizionali che spesso utilizzano lubrificanti a base di olio e rivestimenti a superficie dura.

"Questo progetto ci ha aiutato a comprendere meglio questi requisiti e a sviluppare nuovi strumenti per rispondere a questa esigenza".

La carta, Fabbricazione di strutture in polimero-elastomero ispirate alla cartilagine/idrogel con proprietà poro-elastiche, è pubblicato sulla rivista Materiali polimerici applicati .