مواد شبه ژلاتینی مصنوعی از کشش و قدرت زیر شکم تقلید می کنند

مهندسان MIT ماده ای مبتنی بر هیدروژل ساخته است که از ساختار شکم خرچنگ تقلید می کند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری از اردبیل و به نقل از ام آی تی نیوز، درک جدید درباره معماری پیچیده زیربناهای خرچنگ دریایی ، مدلی را برای هیدروژل جدید سخت و کشدار در اختیار مهندسان MIT قرار داده است. این ماده ساختار مارپیچی زیر زره موجود را تقلید می کند که دوام و مقاومت زیادی در برابر پاره شدن دارد ، و سازندگان امیدوارند که بتواند به عنوان رباط ها و تاندون های مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد.

این ماده جدید حاصل تحقیقات موازی است که یکی از آنها توسعه مداوم هیدروژل ها تحت نظر استاد مهندسی مکانیک ژوانه ژائو است. محققان در گروه ژائو روی هیدروژل های مقاوم در برابر خستگی ، که از آب و پلیمرهای متقاطع ساخته شده اند و از الیاف فوق العاده ریز مانند یک دسته کاه تشکیل شده اند ، کار کرده اند. این کار آنها را قادر می سازد بدون پارگی ، کشش و کشش مکرر را تحمل کنند.

A sample of a strong and stretchy new hydrogel inspired by lobster underbellies

در همین حال ، گروه دیگری از دانشمندان MIT اخیراً تحقیقاتی را در توصیف خصوصیات مکانیکی زیر خرچنگ خرچنگ منتشر کرده اند. مقاطع عرضی این غشای محافظ ، ورق هایی از پلیمر طبیعی کیتین را نشان می داد که مانند زاویه 36 درجه روی هم انباشته می شدند ، دقیقاً مانند یک پله مارپیچ. از این ساختار بولیگاند یاد می شود و محققان می گویند که کلیدی در کشش و مقاومت طبیعی غشا است.

شاوتینگ لین ، نویسنده مطالعه ، می گوید: ما یاد گرفتیم که این ساختار بلیگاند در زیر شکم خرچنگ از عملکرد مکانیکی بالایی برخوردار است ، که به ما انگیزه می دهد ببینیم آیا می توانیم چنین ساختارهایی را در مواد مصنوعی تولید کنیم یا خیر.

دانشمندان برای بازسازی این ساختار با استفاده از هیدروژل های مقاوم در برابر خستگی همکاری کردند. این شامل استفاده از الکتروپینینگ برای ایجاد رشته های فوق ریز به قطر 800 نانومتر است که به هم متصل شده و فیلم های مسطحی را تشکیل داده و در محفظه ای با رطوبت بالا جوش داده می شوند و سپس در دستگاه جوجه کشی متبلور می شوند.

پنج تا از این فیلم ها روی هم انباشته شده بودند ، هر کدام از آنها با زاویه 36 درجه تشکیل ساختار مارپیچ بولیگاند را می دادند. این پشته مجدداً جوش و کریستال شد تا مواد تقویت شده و به شکل یک هیدروژل به اندازه یک تکه کوچک از نوار اسکاچ ایجاد شود.

آزمایش کشش نشان داد که هیدروژل به همان اندازه غشای زیر شکم خرچنگ طبیعی در برابر پارگی و ترک مقاومت دارد. دانشمندان همچنین چندین برش در فیلم ایجاد کردند تا ببینند که چگونه ترکها تحت کشیدگی گسترش می یابند ، به نظر می رسد که ساختار زاویه دار حاوی آسیب باشد و در نتیجه ماده ای 50 برابر مقاوم در برابر خستگی نسبت به هیدروژل های نانوالیاف معمولی باشد.

لین توضیح می دهد: به طور مستقیم ، هنگامی که ترک مواد از طریق یک لایه پخش می شود ، توسط لایه های مجاور مانع می شود ، جایی که الیاف در زوایای مختلف تراز می شوند.

دانشمندان همچنین آزمایش ضربه را با استفاده از ریز ذرات ریزی انجام دادند که با سرعت زیاد به سمت مواد شلیک می کردند. این میزان مقاومت در برابر ضربه ، یا جذب انرژی ، 40 کیلوژول در هر کیلوگرم ماده را نشان داد.

دیوید ویست نویسنده تحقیق می گوید: این بدان معناست که یک گلوله فولادی 5 میلی متری که با سرعت 200 متر در ثانیه پرتاب می شود توسط 13 میلی متر مواد دستگیر می شود. این به اندازه Kevlar مقاوم نیست ، که به 1 میلی متر نیاز دارد ، اما مواد Kevlar را در بسیاری از دسته های دیگر می زند.

nanofibrous structure

کشش یکی از دسته هایی است که این هیدروژل بهتر از Kevlar عمل می کند. دانشمندان بر این باورند که این ، همراه با مقاومت عالی آن ، روزی می تواند به عنوان بافت های مصنوعی انعطاف پذیر و بادوام مانند رباط ها و تاندون ها مورد استفاده قرار گیرد. این مستلزم آن است که روند ساخت به طور چشمگیری افزایش یابد ، اگرچه تیم از این امکانات هیجان زده هستند.

لین می گوید: برای اینکه ماده هیدروژل یک بافت مصنوعی باربر باشد ، هم مقاومت و هم تغییر شکل پذیری مورد نیاز است. طراحی مواد ما می تواند به این دو ویژگی برسد.

این تحقیق در مجله Matter منتشر شده است.

زمان انتشار: سه شنبه ۷ اردیبهشت ۱۴۰۰ - ۰۷:۰۰:۰۰

شناسه خبر: 95756

مطالب مرتبط :
لوزالمعده

پرورش "ارگانوئیدهای" لوزالمعده برای درمان سرطان

مطالعه این ارگانوئیدها می تواند به محققان در توسعه و آزمایش درمان های جدید برای سرطان لوزالمعده ، یکی از کشنده ترین انواع سرطان کمک کند.

۰۲

با همت محققان ایرانی در دانشگاه آمریکا انجام شد؛

هیدروژلی برای درمان بافت آسیب دیده چشم

جمعی از محققان ایرانی هیدروژلی حاوی فاکتور رشد هپاتوسیت تولید کرده اند که طی آزمایش، بافت آسیب دیده قرنیه را در سه روز درمان می کند.

قطب شمال

پیمایش در زیر یخ های قطب شمال

تیمی از مهندسان MIT روشی ناوبری را برای وسایل نقلیه خودمختار ایجاد کرده اند تا بتوانند بدون GPS در اقیانوس منجمد شمالی حرکت کنند.

ترمیم غضروف های مفاصل آسیب دیده با تزریق هیدروژل

درمانی جدید برای مفاصل آسیب دیده:

ترمیم غضروف های مفاصل آسیب دیده با تزریق هیدروژل

به طور عادی هنگامی که مفصلی آسیب می بیند، غضروف محافظ در زانوها و سایر مفاصل به آرامی آن را بهبود می دهد. با این حال، یک ژل تزریقی جدید می تواند بافت را بعد از آسیب دیدن تقویت کرده و سرعت ترمیم غضروف جدید را بالا ببرد.

۲۱

چرا باید نهال بکاریم

درختكاری؛ تعهدی اثربخش برای حفاظت از طبیعت

هر ساله در تاریخ ۱۵ اسفند که به نام روز درختکاری شناخته می شود، ایرانیان نهال های درخت را به زمین پیر هدیه می دهند. چه خوب است با این آئین همراه باشیم.

لنز

طراحی لنز نازک و مسطح

مهندسان دانشگاه MIT و دانشگاه ماساچوست یک لنز با زاویه دید عریض طراحی کرده اند که کاملاً مسطح است. این اولین لنز تخت چشم ماهی است که تصاویر پانوراما واضح و ۱۸۰ درجه تولید می کند.

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب