Flexibel gedrag

Kortom, een auxetisch materiaal is een netwerkstructuur die is ontworpen door het samenstellen van eenheidscellen. Deze eenheidscellen bestaan ​​uit stutten en hun elkaar kruisende verbindingen, die een belangrijk aspect zijn van het gedrag van een auxetisch apparaat. De rotatie van de elkaar kruisende verbindingen binnen het netwerk, onder compressie of extensie, veroorzaakt negatief gedrag van Poisson. Het maakt ook geavanceerde prestaties voor een geprint apparaat mogelijk, inclusief absorptie van impactenergie, weerstand tegen indrukken en hoge flexibiliteit.

"Als je naar de cijfers kijkt, gebaseerd op het werk van Jeong Hun, is de nieuwe structuur ongeveer 300 keer flexibeler dan de typische solide structuur die we in ons laboratorium van PCL maken", zegt Hollister, professor aan de Wallace H. Coulter Department of Biomedische Technologie aan Georgia Tech en Emory University, waar hij ook de Patsy en Alan Dorris Leerstoel in Pediatrische Technologie bekleedt en als adjunct-voorzitter van de afdeling voor translationeel onderzoek fungeert.

De combinatie van flexibiliteit en kracht in een apparaat is hier bijzonder belangrijk, zei Park, omdat het uiteindelijke doel van het onderzoek is om “deze structuur toe te passen om een ​​borstreconstructie-implantaat te ontwikkelen dat vergelijkbare biomechanische eigenschappen heeft als natuurlijk borstweefsel. 'geen biologisch afbreekbare borstimplantatieoptie hebben in de klinische setting.'

Hij legde uit dat deze biologisch afbreekbare borstreconstructie-implantaten als een soort steiger dienen. Het idee is dat het biocompatibele materiaal (PCL) uiteindelijk wordt afgebroken en door het lichaam wordt opgenomen, terwijl de mechanische eigenschappen vergelijkbaar zijn met die van natuurlijk borstweefsel.

"We verwachten dat natuurlijk weefsel eerst in de poriën van het biologisch afbreekbare implantaat zal worden geïnfiltreerd", aldus Park. "Het weefselvolume zal dan toenemen in het implantaat naarmate het afbreekt en uiteindelijk wordt het apparaat zelf vervangen door het weefsel na volledige afbraak van het implantaat."

Het mobiele netwerk uitbreiden

In wezen is het 3D-geprinte borstimplantaat ontworpen om reconstructieve ondersteuning te bieden en tegelijkertijd de groei van nieuw weefsel te vergemakkelijken.

De ruimte tussen die kleine stutten maakt het verschil voor het grotere apparaat, waardoor het een zachtheid en buigzaamheid krijgt die anders onmogelijk zou zijn geweest. Die ruimtes kunnen uiteindelijk worden opgevuld met hydrogel, wat de cel- en weefselgroei helpt bevorderen.

De door het team ontwikkelde auxetica omvatten ook het ontwerp van innerlijke holtes en ruimtes in de stutten, waardoor een soort microporositeit ontstaat die het massatransport van zuurstof, voedingsstoffen en metabolieten mogelijk maakt om de expansie en groei van een cellulair netwerk te bevorderen.

Park werkt samen met Emory-chirurg Angela Cheng bij het indienen van een subsidie ​​voor verder onderzoek en testen van het borstimplantaat. En het team past de technologie al aan voor andere toepassingen. Een van de medewerkers aan dit onderzoek is bijvoorbeeld Mike Davis, wiens laboratorium in Emory zich richt op hartregeneratie.

"Vanwege de grote flexibiliteit gebruiken ze het om infarct- of necrotisch myocardweefsel te reconstrueren", aldus Hollister.

En Park heeft een auxetische versie van de kindertracheale spalk ontwikkeld. "Het voordeel is dat het met dit ontwerp in twee richtingen kan uitbreiden", zei hij. "Dus naarmate jonge patiënten groeien, groeit het nieuwe apparaat met hen mee."

Meer informatie: Jeong Hun Park et al, 3D-printen van poly-ε-caprolacton (PCL) auxetische implantaten met geavanceerde prestaties voor de engineering van zacht weefsel bij grote volumes, Geavanceerde functionele materialen (2023). DOI:10.1002/adfm.202215220

Journaalinformatie: Geavanceerde functionele materialen

Aangeboden door Georgia Institute of Technology