В новом материале жесткая структура плавно переходит в гибкую через небольшую промежуточную ячейку, которая обеспечивает прочность соединения. Разработку исследователей Делфтского технического университета в Нидерландах в перспективе можно использовать для создания имплантатов.
В человеческом организме ткани с совершенно разными механическими свойствами соединяются на очень коротком участке, который выдерживает нагрузки и редко разрушается. Инженерам долго не удавалось воспроизвести такое устройство: при прямом соединении жесткой и мягкой конструкций возникали слабые места, а постепенный переход между ними занимал слишком много пространства.
Авторы использовали метаматериалы — искусственные конструкции, свойства которых зависят прежде всего от внутреннего строения, а не от химического состава. Один тип состоит из непрерывных пластинчатых поверхностей и подходит для имитации кости. Другой представляет собой сеть тонких стержней и лучше воспроизводит поведение мягких тканей.
Команда разработала алгоритм, подбирающий совместимые структуры и согласующий их геометрию. Переходный элемент сочетает признаки обоих типов, устраняя резкую границу между ними.
Исследователи напечатали несколько вариантов на 3D-принтере и подвергли механическим нагрузкам. Испытания подтвердили надежность полученных конструкций.
Теперь специалисты изучают реакцию живых клеток на сочетание двух типов внутреннего строения. Они хотят выяснить, как форма поверхности влияет на прикрепление и рост клеток, а также на их превращение в специализированные.
В дальнейшем авторы планируют проверить, можно ли с помощью таких структур направлять формирование разных тканей. Если подход сработает, он даст основу для имплантатов, которые будут соответствовать механическим свойствам человеческого тела и поддерживать рост тканей.
