Комбинируя шелк, который безопасен для использования в организме человека, с синтетическими соединениями, исследователи приближаются к разработке новых улучшенных имплантируемых композитных материалов, пишет eurekalert.org.

Потенциальные применения, до которых еще много лет, могут включать создание структур, удерживающих кость на месте после операции, или замену хрящевой подушки в колене.

«Шелк имеет большой потенциал для использования в биомедицине, – говорит Хуан Гуан – главный исследователь проекта. – Шелк универсален, и человеческий организм переносит его довольно хорошо и даже может его растворить».

Шелк имеет долгую историю в медицине. Записи древних врачей, зашивающих раны пациентов волокнами, пряденными шелкопрядами, датируются почти 2000 лет. И сегодня хирурги завершают некоторые операции, например операции на глазу, шелковыми швами.

Комбинируя шелк и синтетические полимеры, Гуан и ее коллеги из Университета Бейхан стремятся разработать новые универсальные материалы для использования в медицине и, возможно, в других областях. В то время как другие исследователи уже разработали композитные материалы с шелком, они обычно работали с короткими волокнами или основным белком шелка. Гуан, однако, делает акцент на шелковой ткани, сотканной из одной длинной нити. По ее словам, коконы тутового шелкопряда могут содержать волокна длиной почти 5 000 футов, и при использовании целиком в ткани такое волокно может более эффективно распределять механическое напряжение, чем серия более коротких отдельных волокон.

В своих исследованиях команда Гуан использует шелк обыкновенного домашнего тутового шелкопряда, а также более жесткие и эластичные волокна дикого вида – китайского тутового шелкопряда.

Исследователи комбинируют эту ткань с полимерной матрицей, часто эпоксидной, которая используется в клеях. Вместе ткань и полимер образуют разновидность ламината – она напоминает прочное поверхностное покрытие, которое можно найти на некоторых предметах мебели. Его можно затем разрезать на нужные исследователям формы.

Гуан и ее коллеги говорят, что свойства этих новых материалов могут сделать их более подходящими для тканей человеческого тела, чем те, которые используются сегодня. Например, они сотрудничают с врачами-ортопедами, чтобы разработать структуры, напоминающие клетки, которые временно удерживают позвонки на месте, когда они срастаются после операции. Эта задача в настоящее время решается в основном с использованием металла. По ее словам, твердость и жесткость шелковых композитов более совместима с костью, что делает их потенциально более упругими и более удобными, чем металлические конструкции.

Однако есть и проблемы. Внутренняя часть человеческого тела влажная, что является потенциальной проблемой, потому что вода может смягчать и ослаблять шелк. В новых экспериментах Гуан и ее коллеги проверили, как композитные материалы из шелка и эпоксидной смолы выдерживают воздействие влаги или погружение в воду. Для использования рядом с костью они должны сохранять определенную жесткость.

По ее словам, эксперименты показали, что, хотя материал размягчался в более влажных условиях, композиты оставались достаточно жесткими, чтобы функционировать как имплантаты.

Хотя эпоксидная смола прочно прикрепляется к шелковому волокну, у нее есть серьезный недостаток: тело не может разрушить эпоксидную смолу и поглотить ее, что означает, что она не подходит для имплантатов, предназначенных для растворения. Гуан недавно начала работать с биополимерами, которые, как и шелк, могут разрушаться и поглощаться телом. Однако эти композиты имеют меньшую внутреннюю когезию, чем те, которые содержат эпоксидную смолу.

«Ключевой вопрос заключается в том, как сделать более прочным соединение между биополимером и шелковой тканью», – говорит она.

Ученые также хотят дополнить шелк другими типами волокон. В недавнем исследовании они добавили в смесь углеродные волокна.

«Идея гибридизации шелка с другими волокнами позволяет получить довольно хороший спектр свойств, которые можно оптимизировать для конкретного применения», – говорит Роберт О. Ричи – доктор философии, автор исследования углеродного волокна.

По его словам, эти новые конструкционные материалы можно использовать где угодно: в человеческом теле, теннисных ракетках или двигателях самолетов.