Inspiré par la façon dont les os humains et les récifs coralliens colorés ajustent les dépôts minéraux en réponse à leur environnement environnant, Les chercheurs de Johns Hopkins ont créé un matériau auto-adaptatif qui peut changer sa rigidité en réponse à la force appliquée. Cette avancée peut un jour ouvrir la porte à des matériaux qui peuvent s'auto-renforcer pour se préparer à une force accrue ou arrêter d'autres dommages. Un rapport sur les résultats a été publié aujourd'hui dans Matériaux avancés .

« Imaginez un implant osseux ou un pont qui peut s'auto-renforcer lorsqu'une force élevée est appliquée sans inspection ni entretien. Cela permettra des implants et des ponts plus sûrs avec une complication minimale, coût et temps d'arrêt, " dit Sung Hoon Kang, professeur adjoint au Département de génie mécanique, Hopkins Extreme Materials Institute, et Institute for NanoBioTechnology à l'Université Johns Hopkins et auteur principal de l'étude.

Alors que d'autres chercheurs ont déjà tenté de créer des matériaux synthétiques similaires, cela a été difficile car de tels matériaux sont difficiles et coûteux à créer, ou nécessitent un entretien actif lorsqu'ils sont créés et sont limités dans le stress qu'ils peuvent supporter. Disposer de matériaux aux propriétés adaptables, comme ceux de bois et d'os, peut fournir des structures plus sûres, économiser de l'argent et des ressources, et réduire l'impact environnemental nocif.

Les matériaux naturels peuvent s'autoréguler en utilisant les ressources du milieu environnant; par exemple, les os utilisent des signaux cellulaires pour contrôler l'ajout ou l'élimination de minéraux prélevés dans le sang qui les entoure. Inspiré par ces matières naturelles, Kang et ses collègues ont cherché à créer un système de matériaux qui pourrait ajouter des minéraux en réponse au stress appliqué.

L'équipe a commencé en utilisant des matériaux qui peuvent convertir les forces mécaniques en charges électriques comme échafaudages, ou des structures d'accompagnement, qui peut créer des charges proportionnelles à la force externe placée sur elle. L'équipe espérait que ces charges pourraient servir de signaux pour que les matériaux commencent la minéralisation à partir d'ions minéraux dans l'environnement.

Kang et ses collègues ont immergé des films polymères de ces matériaux dans un fluide corporel simulé imitant les concentrations ioniques du plasma sanguin humain. Une fois les matériaux incubés dans le fluide corporel simulé, les minéraux ont commencé à se former sur les surfaces. L'équipe a également découvert qu'elle pouvait contrôler les types de minéraux formés en contrôlant la composition ionique du fluide.

L'équipe a ensuite mis en place une poutre ancrée à une extrémité pour augmenter progressivement la contrainte d'une extrémité des matériaux à l'autre et a constaté que les régions les plus sollicitées avaient plus d'accumulation de minéraux ; la hauteur minérale était proportionnelle à la racine carrée de la contrainte appliquée.

leurs méthodes, disent les chercheurs, sont simples, à faible coût et ne nécessitent pas d'énergie supplémentaire.

"Nos découvertes peuvent ouvrir la voie à une nouvelle classe de matériaux auto-régénérants qui peuvent auto-renforcer les zones endommagées, " dit Kang. Kang espère que ces matériaux pourront un jour être utilisés comme échafaudages pour accélérer le traitement des maladies ou des fractures liées aux os, résines intelligentes pour traitements dentaires ou autres applications similaires.

En outre, ces découvertes contribuent à la compréhension des scientifiques des matériaux dynamiques et du fonctionnement de la minéralisation, ce qui pourrait faire la lumière sur les environnements idéaux nécessaires à la régénération osseuse.