Een slimme truc uit je lichaam hielp ingenieurs met het ontwerpen van een nieuwe verbinding

In dit artikel:

Onderzoekers van de TU Delft hebben een ontwerpmethode ontwikkeld om harde en zachte materialen compact én sterk met elkaar te verbinden. Ze lieten zich inspireren door de natuurlijke overgang tussen bot en pees, waar de eigenschappen over een korte afstand sterk veranderen zonder dat een duidelijke zwakke plek ontstaat. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications.

De methode maakt gebruik van metamaterialen: structuren waarvan vooral de interne vorm bepaalt hoe stijf of flexibel ze zijn. De onderzoekers combineerden een stijf netwerk van dunne plaatjes met een flexibel netwerk van kleine staafjes. Omdat een directe verbinding tussen beide structuren snel kan breken, ontwierpen ze een speciale overgangscel met eigenschappen van beide materialen. Een rekenmethode bepaalde welke vorm daarvoor het meest geschikt was.

Verschillende ontwerpen werden met een 3D-printer gemaakt en vervolgens gecontroleerd met micro-CT-scans. Bij proeven met samendrukken, uitrekken, buigen en draaien bleek de overgang sterk. Wanneer een constructie beschadigde, gebeurde dat meestal niet op de plek waar de twee structuren samenkwamen. Bovendien konden de onderzoekers de stijfheid van de overgang nauwkeurig aanpassen, bijvoorbeeld om een bot-peesverbinding na te bootsen.

De volgende stap is onderzoeken hoe levende cellen op de structuren reageren en of hun hechting, groei en ontwikkeling ermee kunnen worden gestuurd. De methode kan uiteindelijk bijdragen aan nieuwe implantaten en toepassingen in weefseltechnologie, vooral voor aandoeningen aan het bewegingsapparaat.