科學(xué)家受骨骼啟發(fā)創(chuàng)造全新結(jié)構(gòu) 或能延長(zhǎng)材料的使用壽命
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由于人們對(duì)骨骼如何保持強(qiáng)度有了新的認(rèn)識(shí)，因此未來(lái)有一天我們可能會(huì)看到受骨骼啟發(fā)研發(fā)的材料用于生產(chǎn)更耐用的產(chǎn)品，例如飛機(jī)機(jī)翼。此外，這些發(fā)現(xiàn)還可能導(dǎo)致對(duì)骨質(zhì)疏松癥等疾病進(jìn)行更好的治療。
骨骼的格狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常由垂直的板狀支柱網(wǎng)絡(luò)以及在它們之間延伸的較細(xì)的水平桿狀支柱網(wǎng)絡(luò)組成。當(dāng)骨頭一次全部承受一個(gè)單一的重負(fù)荷時(shí)，很大程度上取決于垂直支柱的密度來(lái)決定它是否會(huì)斷裂。以前，人們?cè)J(rèn)為水平支柱對(duì)骨強(qiáng)度的影響很小。
然而，利用計(jì)算機(jī)模型，康奈爾大學(xué)的研究人員最近發(fā)現(xiàn)，水平支柱的密度越高，骨頭在斷裂之前隨時(shí)間推移所承受的較小載荷循環(huán)的數(shù)量就越多 –這就是其長(zhǎng)期疲勞壽命。
首席科學(xué)家Christopher J. Hernandez表示：“如果考慮某物可以承受多少個(gè)低振幅負(fù)載，那么這些小的橫向傾斜支柱就很重要。當(dāng)人們衰老時(shí)，他們首先會(huì)失去這些水平支柱，從而增加了骨骼因多個(gè)周期性載荷而斷裂的可能性?！?/p>
為了對(duì)計(jì)算機(jī)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行物理測(cè)試，研究人員以3D方式打印了多種受骨骼啟發(fā)的聚氨酯聚合物材料的樣品，然后對(duì)其進(jìn)行了反復(fù)的加載循環(huán)。發(fā)現(xiàn)通過(guò)增加水平支柱的厚度，材料的疲勞壽命可以增加多達(dá)100倍。
現(xiàn)在該團(tuán)隊(duì)希望他們的發(fā)現(xiàn)可以啟發(fā)人造材料，這些材料在其整個(gè)使用壽命中能夠更好地承受多種載荷。Hernandez指出，航空航天材料就是一個(gè)很好的例子，他表示：“飛機(jī)機(jī)翼在每次飛行中都會(huì)承受數(shù)千次載荷?！?/p>
這項(xiàng)研究在最近發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上的一篇論文中進(jìn)行了描述。該研究還可能有助于指導(dǎo)退行性骨疾病的治療方法的開(kāi)發(fā)。
