html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Ученые подтвердили роль гидроксиапатита в электромеханическом заживлении костей


F. Vasquez-Sancho et al./ Advanced Materials, 2018

Главным источником флексоэлектрического эффекта в костях, который приводит к возникновению небольшого электрического тока при возникновении локальных изгибов и способствует залечиванию поврежденных участков, оказался гидроксиапатит — основной минеральный компонент кости. Полученные количественные оценки для этого явления помогут в будущем для совершенствования технологий протезирования и разработки новых материалов, способных к самовосстановлению, пишут ученые в статье в Advanced Materials.

В некоторых диэлектрических материалах при наличии градиента деформации (и, соответственно, механического напряжения) может происходить разделение электрических зарядов, что приводит к поляризации. Такое явление называется флексоэлектрическим эффектом и приводит к тому, что при изгибе материала в нем начинает течь электрический ток. Еще с середины XX века известно, что флексоэлектрический эффект, например, наблюдается в костях, и под давлением в них появляется небольшой электрический ток, который участвует в одном из механизмов восстановления костной ткани при небольших повреждениях.

Изначально считалось, что единственный источник тока в костях — это пьезоэлектрический эффект, возникающий в коллагене, однако оказалось, что он может возникать в костной ткани и при отсутствии коллагена. Высказывалось предположение, что за него отвечает неорганические вещества, входящие в состав кости, в частности гидроксиапатит — основной минеральный компонент костей и зубов, однако до сегодняшнего дня никаких количественных подтверждений его роли в возникновении электрического тока при деформации кости не было.

Чтобы точно определить источник флексоэлектрического эффекта в костях и оценить его возможное влияние на залечивание повреждений, ученые под руководством Фабиана Васкеса-Санчо (Fabian Vasquez-Sancho) из Барселонского института науки и технологий измерили флексоэлектрический эффект в костях и в чистом гидроксиапатите. Для этого они брали образцы компактного вещества костей и синтезированные образцы гидроксиапатита, и измеряли поляризацию, которая в них возникает при трехточечном изгибе.

Схема проведения эксперимента по измерению флексоэлектрического эффекта в компактном веществе кости. Справа схематично изображено поле напряжений, которое возникает в кости при возникновении микротрещины

F. Vasquez-Sancho et al./ Advanced Materials, 2018

С помощью проведенного эксперимента удалось количественно оценить эффект для обоих типов образцов. Оказалось, что значения флексоэлектрического коэффициента очень близки друг к другу по порядку величины (для костей он составил от 0,2 до 2,3 нанокулона на метр, а для чистого гидроксиапатита — от 0,7 до 1,6 нанокулона на метр), то есть, вероятнее всего, именно гидроксиапатит служит основным источником электрического поля в кости за счет флексоэлектричества.

При этом авторы работы отмечают, что при макроскопических деформациях кости основную роль играет пьезоэлектрический эффект в коллагене, тогда как флексоэлектрический эффект гидроксиапатита становится доминирующим при небольших деформациях, возникающих при микроповреждениях. Это связано с тем, что максимальные градиенты деформаций возникают именно на кончиках микротрещин.

Зависимость поляризации от градиента деформации в образцах компактного вещества кости (данные обозначены сиреневым цветом) и чистого гидроксиапатита (данные обозначены розовым)

F. Vasquez-Sancho et al./ Advanced Materials, 2018

После этого ученые рассчитали поле механических напряжений, которые возникают в кости при возникновении микротрещин. Исходя из поля напряжений и полученных данных о значении флексоэлектрического коэффициента, авторы работы смоделировали возникающее в костной ткани электрическое поле и показали, что такой электромеханический эффект может приводить к залечиванию. По оценкам ученых, величина электрического поля в области кончика микротрещины составляет порядка одного киловольта на метр. Этого достаточно для запуска механизма апоптоза остеоцитов — первой стадии механизма восстановления костной ткани после повреждения. Кроме того, такое поле может ускорить транспорт в область повреждения ионов, необходимых для остеогенеза.

Ученые отмечают, что поскольку этот эффект отвечает за восстановление костей при повреждениях, то полученные количественные данные можно использовать для разработки материалов и технологий для протезирования, а также для создания других материалов, которые способны к самовосстановление по аналогичным механизмам.

Сейчас для ускорения процессов роста костей в медицине обычно используются чисто химические подходы. В частности для восстановления костных тканей после тяжелых переломов или операций, применяются факторы роста в сочетании со специальными полимерными веществами или используются губчатые вещества, которые расширяются до определенного размера при контакте с водой.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • ученые
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции