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06/02/2006
Informazione RISeT
3 – 6 – 14 - 16 - 20
Redazione
Posta elettronica
Sede
Terenzio Scapolla
[email protected]
IIC San Francisco
UNA NUOVA TECNICA PER LA PRODUZIONE DI OSSA ARTIFICIALI
Osservando il modo in cui l’acqua marina congela, un gruppo di ricercatori del
Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) è riuscito a sviluppare un materiale
poroso quattro volte più resistente del materiale attualmente impiegato per la
produzione dell’osso artificiale. Anche se ancora in fase iniziale, varianti di questa
sostanza potranno essere usate in molte applicazioni in cui sono richieste resistenza e
leggerezza, come materiale dentale e costruzioni aeronautiche. La ricerca è stata
guidata da Antoni Tomsia, Materials Sciences Division.
Un gruppo LBNL è da tempo impegnato nella costruzione di ossa artificiali in grado di
adattarsi bene nel tempo a diverse condizioni fisiologiche. L’impiego di leghe di
metallo e ceramica porta a materiali che generano infiammazioni e problemi
immunitari, a volte richiedendo interventi correttivi dopo pochi anni.
I ricercatori hanno sviluppato un materiale che imita la struttura della madreperla. Per
lungo tempo si è cercato di replicarne le proprietà in materiali ceramici, ma la
complessa architettura della madreperla, con scale dal micrometro al manometro, non
ne consentiva la riproduzione sintetica.
I ricercatori hanno preso spunto dall’oceano. Quando l’acqua marina congela, i cristalli
di puro ghiaccio formano strati, mentre le impurità quali sale e microrganismi sono
espulse dal ghiaccio in formazione e intrappolate in canali tra i cristalli. Il risultato è
una struttura stratificata che ricorda quella della madreperla. Il team LBNL ha ritenuto
che lo stesso processo di congelamento potesse essere usato per dar forma a un
materiale in grado di imitare resistenza e leggerezza della madreperla.
Hanno creato una sospensione acquosa di hydroxyapatite (un fosfato di calcio
nanostrutturato), il componente minerale dell’osso, che hanno poi congelato. Come le
impurità nel ghiaccio marino, l’ hydroxyapatite si concentra negli interstizi tra i cristalli
di ghiaccio, creando diversi starti dai materiale simili alla madreperla. Aumentando la
velocità di congelamento la struttura a strati si riduce in scala. Si è ottenuta una
microstruttura che misura un micron (la madreperla mezzo micron).
Eliminando il ghiaccio con un processo di sublimazione, resta un materiale poroso
composto di hydroxyapatite che dimostra sorprendenti somiglianze alla madreperla.
La superficie di ciascun strato è ruvida, aiutando gli strati a mantenere qualunque
sostanza do riempimento. Tra gli strati si formano ponti, che aumentano la resistenza
alla frattura. Il materiale è quattro volte più resistente dell’hydroxyapatite che si
impiega attualmente per osso artificiale.
La ricerca è stata finanziata dal programma Basic Energy Sciences (BES) dell’Office of Science
del Department of Energy e dal National Institutes of Health.
Il Lawrence Berkeley National Laboratory è un centro di ricerca del Department of Energy. Si
trova a Berkeley, California, ed è gestito dalla University of California.
Antoni Tomsia, LBNL
[email protected]
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