В будущем могут появиться зубные импланты из целлюлозного композита
Команда разработчиков Массачусетского технологического университета (MIT, США) представила новый композит, который кардинально отличается от всех известных современных полимеров. Его главная особенность в том, что на 60-90% он состоит из наноцеллюлозы и представляет собой полимер природного происхождения.
Ученые сразу заявили, что их разработка может стать новой страницей экологического будущего, в котором «зеленые» пластмассы не вредят природе. Но еще большее удивление вызывает тот факт, что прочность нового материала сопоставима с алюминием, а твердость – с некоторыми типами костей человека. В MIT предлагают изготавливать из «зеленого» композита зубные импланты, так как на уровне нанокристаллов материал формирует кристаллическую решетку, родственную зубной эмали и напоминает перламутр раковин моллюсков, а по свойствам прочнее, чем волокно кевлар.
Секрет в том, что ученые взяли самую прочную структуру древесины – волокна целлюлозы, из которых состоят стенки древесных клеток. Внутри каждого волокна находятся армирующие нанокристаллы целлюлозы – CNCS, которые представляют собой цепочки органических полимеров и расположены в почти идеальных кристаллических узорах. Именно эти нанокристаллы стали основой для нового композита.
CNCS занимают в композите 60-90% объема, остальная часть – связующий синтетический полимер. Изготавливается новый материал методом обычного литья или путем 3D-печати. Ученые экспериментально изготовили пластинки, размером с монету, и протестировали их на прочность. Чтобы продемонстрировать применение своего материала в стоматологии, команда MIT напечатала его на 3D-принтере в виде модели зуба. Зуб, по сути, изготовлен из древесного композита, а под микроскопом выглядит, как настоящая эмаль. Новая форма расположения кристаллов значительно укрепила материал.
Еще одна интересная особенность нового материала – устойчивость к растрескиванию. Формируя структуру композита, зерна целлюлозы оседают в кирпичный узор (как на фото выше) практически так же, как и в перламутре. Зигзагообразная микроструктура не дает трещине пройти через материал. Ученые проверили материал и пробовали создавать в нем трещины, но материал сопротивлялся расщеплению. Они выяснили, что такое сопротивление пластической деформации придает композиту твердость и жесткость на границе между обычными пластмассами и металлами.
Инженеры считают, что прочностные характеристики, а также совместимость их материала с формованием и печатью могут обеспечить его применение в производстве зубных имплантатов на основе целлюлозы.
