3D yazıcıyla kemik ve tendon arayüzü taklit edildi

Doğada sert kemik ile esnek tendon arasındaki mekanik geçiş, çok kısa bir mesafede güç ve dayanıklılık korunarak gerçekleşiyor. Delft Teknoloji Üniversitesi (TU Delft) araştırmacıları, mühendislikte taklit edilmesi zor olan bu kompakt arayüzü oluşturmak için özelliklerini kimyasal bileşimlerinden çok iç mimarilerinden alan metamalzemeleri kullandı.

Ekip, sert yapısı ve kemik hücrelerinin entegrasyonuna uygun sürekli yüzeyleriyle öne çıkan levha tabanlı metamalzemeleri, yumuşak dokuları taklit eden bağlantılı çubuk tabanlı yapılarla ilk kez pürüzsüz biçimde birleştirdi. Çalışma, kas-iskelet sistemi implantları için yeni bir tasarım yaklaşımı ortaya koydu.

ORTAK GEÇİŞ HÜCRESİ 

Makalenin başyazarı Dr. Jianxing Yang, iki metamalzeme türünün doğrudan bağlanmasının kırılmaya yol açabilecek zayıf noktalar oluşturduğunu belirtti. Mimariler arasında kademeli geçiş yapılmasının ise arayüzü fazla uzatarak doğadaki kompakt yapıdan uzaklaştırdığını söyledi. Ekip, bu engeli aşmak için uyumlu levha ve çubuk tabanlı kafes yapılarını tespit eden ve en uygun birleşim noktasını belirleyen bir algoritma geliştirdi.

Algoritma, iki mimarinin geometrisini hizalarken her ikisinin mekanik özelliklerini taşıyan ortak bir “geçiş hücresi” kullanıyor. Dr. Vahid Moosabeiki, bu hücrenin keskin bir sınır yerine doğal kemik-tendon arayüzündeki gibi kısa ve dirençli bir geçiş sağladığını vurguladı.

MEKANİK TESTLERLE DOĞRULAMA 

Araştırmacılar, bilgisayar ortamında tasarladıkları hibrit modelleri üç boyutlu yazıcılarla üreterek gelişmiş mekanik testlere tabi tuttu. Deneyler, tasarlanan geçişlerin iki metamalzeme ailesi arasında sağlam ve kırılmaya dirençli bağlantılar oluşturabildiğini doğruladı.

Doç. Dr. Mohammad J. Mirzaali, kas-iskelet sistemi bozukluklarının dünya genelinde başlıca sakatlık nedenleri arasında bulunduğuna dikkat çekti. Mirzaali, sert ve yumuşak dokuları pürüzsüz biçimde bağlayan yöntemin gelecekteki implant teknolojilerine ve doku mühendisliği çalışmalarına ivme kazandıracağını ifade etti.

HÜCRESEL UYUM ARAŞTIRILIYOR 

Çalışmanın devamında, canlı hücrelerin hibrit mimarilere nasıl tepki vereceği araştırılıyor. Levha ve çubuk tabanlı yapılardaki hücre davranışları daha önce ayrı ayrı incelendi. Ancak iki mimarinin tek gövdede birleşmesi halinde hücresel tepkilerin nasıl şekilleneceği henüz bilinmiyor.

Prof. Amir A. Zadpoor, yeni yapılar üzerinde yürütecekleri hücre kültürü çalışmalarıyla geometrinin hücre tutunması, büyümesi ve farklılaşması üzerindeki etkilerini analiz edeceklerini belirtti.

Zadpoor, nihai hedeflerinin doğal dokularda olduğu gibi mimari geçişler yoluyla farklı doku türlerinin oluşumunu otonom biçimde yönlendirmek olduğunu kaydetti.