قابلیت ترمیم مفاصل مصنوعی انسان توسط مواد قندی

بر اساس تحقیقات جدید، یک پوشش پلیمری حاوی مواد قندی می‌تواند روزی به ترمیم ایمپلنت‌های مفصل مصنوعی، مانند تعویض‌های مفصل ران، زمانی که در اثر سایش و پارگی آسیب می‌بینند، کمک کند.
یک تیم بین‌المللی از شیمی‌دانان و مهندسان، شامل دانشگاه‌های Durham و York، انگلستان و دانشگاه Tsinghua، چین، این تکنیک را برای به‌راحتی تعمیر کردن سطوح با اصطکاک کم ایجاد کرده‌اند. این تیم با الهام گرفتن ازاین‌روش که غضروف برای روان کردن مفاصل در انسان کار می‌کند، دریافتند که حلقه‌های مواد قندی می‌توانند به چسبیدن پلیمر به سطوح و ترمیم آسیب کمک کنند.
درحالی‌که یافته‌های آن‌ها در مجله Chem انتشار یافت، می‌گویند کشف‌شان درنهایت می‌تواند در ایمپلنت‌های پزشکی برای افزایش طول عمر مفاصل مصنوعی استفاده شود.
آن‌ها امیدوارند که این پوشش سرانجام نیز بتواند برای کاهش اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک در سیستم‌های مکانیکی استفاده شود درحالی‌که آن‌ها را کارآمدتر می‌کند. درحالی‌که غضروف می‌تواند توسط بدن انسان در صورت آسیب‌دیدگی ترمیم شود، سطوح مصنوعی معمولاً به این راحتی‌ترمیم نمی‌شوند.

 

 

تیم تحقیقاتی دریافتند که اگر پوشش پلیمری که آن‌ها ایجاد کرده‌اند از سطحی در حین استفاده زدوده شود ازاین‌رو یک حلقه مواد قندی در ساختارش به آن اجازه می‌دهد تا به‌راحتی دوباره بچسبد.پوشش ایجادشده توسط این تیم تحقیقاتی نتیجتاً روشی که غضروف برای روان کردن مفاصل انسان کار می‌کند را تقلید می‌نماید.
غضروف از آب برای ایجاد سطحی نرم استفاده می‌کند که سایش و پارگی را به حداقل می‌رساند. به همین ترتیب، پوشش‌های جدید لایه‌ای از آب را به سطح جذب می‌کنند درحالی‌که آن را لغزنده و محافظ سطوح می‌سازد هنگامی‌که آن‌ها کوبیده با مالیده می‌شوند.
دکتر Paul McGonigal، نویسنده ارشد، دانشیار دپارتمان شیمی در دانشگاه Durham ، بریتانیا، می‌گوید: "پوشش حاوی مواد قندی ما یک روش جذاب جدید مربوط به رفع آسیب به سطوح با اصطکاک کم به ما می‌دهد. مفاصل ران و زانو در بدن ما به لطف غضروف‌هایی که مرتباً ترمیم و جایگزین می‌شوند، چندین دهه ساییدگی و پارگی را تحمل می‌کنند. ما موادی ساخته‌ایم که به روشی مشابه عمل می‌کنند، اما با مفاصل مصنوعی سازگار هستند."
"اجزای پوشش‌های ما زیست سازگار هستند، که آن‌ها را برای استفاده در پزشکی چشم‌انداز هیجان‌انگیزی می‌کند."
"ما همچنین می‌توانیم توسعه طیف وسیعی از این مواد را تصور کنیم که در محیط‌های بسیار متفاوت کار می‌کنند. اجتناب و ترمیم آسیب‌های ناشی از اصطکاک به همان اندازه مهم است تا اطمینان حاصل شود که خودروها و سایر ماشین‌آلات برای مدت طولانی دوام می‌آورند."
پوشش پلیمری دارای دو بخش عمده است. اولاً، دارای یک زنجیره مولکولی طولانی با بارهای مثبت و منفی برای نگه‌داشتن یک‌لایه آب - با استفاده از اثری مشابه الکتریسیته ساکن. در مرحله دوم، یک حلقه مواد قندی به یک انتهای زنجیره متصل می‌شود. این حلقه بااتصال به مولکول‌های خاصی به نام آدامانتان، خود را به یک سطح متصل می‌کند.
با عمل‌آوری فلز تیتانیوم با این ساختارهای آدامانتان، محققان نشان دادند که پوشش پلیمری به سطح جذب می‌شود. پیوندهای ضعیف و غیردائمی که تشکیل می‌شوند، کلید فرآیند اصلاح هستند.
دکتر Yulong Sun، محقق آزمایشگاه دکتر McGonigal در دانشگاه Durham، یکی از نویسندگان این مقاله، زمانی را صرف بررسی سطوح کم اصطکاک با دانشجوی پژوهشی دکتری  Yixin Wang و پروفسور Hongyu Zhang در گروه مهندسی مکانیک دانشگاه Tsinghua کرد.
دکتر Sun گفت: «مکانیسم‌های اصلاح، کلیدی برای ساخت موادی هستند که برای مدت طولانی دوام می‌آورند.
"مواد کم اصطکاک طبیعت زمانی که آسیب می‌بینند؛ بازسازی می‌شوند، اما تاکنون مکانیسم‌های اصلاح خوبی برای سیستم‌های مصنوعی نداشته‌ایم. برای مقابله با این چالش، به شیمی‌دانان و مهندسان نیاز داریم تا برای طراحی فناوری پوشش پیشرفته همکاری کنند."محققان افزودند که در حال حاضر این نوع اصلاح به پوشش پلیمری بیش‌تری نیاز دارد تا در آب اطراف یک سطح حل شود، اما آن‌ها بر این باورند که زمان زیادی طول نخواهد کشید این پوشش‌ها بهبود یابند تا از نیاز به وجود این مواد اضافی که وجود دارند جلوگیری کند.
دکتر Alyssa-Jennifer Avestro، همکار نویسنده پژوهش، محقق Dorothy Hodgkin در دانشگاه York، گفت: این پویا درعین‌حال شیمی انتخابی است، که به نظر می‌رسد می‌تواند راهی مؤثر برای خنثی کردن اثرات منفی سایش مکانیکی روی مفاصل و سطوح دیگر باشد.
اگر لایه پوشش محافظ ما فرسوده شود، به لطف شناسایی مولکولی هدفمند، بدون نیاز به مداخله ما دوباره بازسازی می‌شود.

لینک خبر

 

https://phys.org/news/2021-11-sugar-artificial-human-joints.html