阿肯色大學(xué)研究人員 Marco Fielder 和 Arun Nair 首次研究了水和礦物質(zhì)含量對膠原蛋白(骨材料本質(zhì))的變形機(jī)制和熱性能的納米級綜合影響。
研究人員還將結(jié)果與碳納米管增強(qiáng)的非礦化膠原蛋白的相同特性進(jìn)行了比較，碳納米管已顯示出作為生物復(fù)合材料增強(qiáng)材料的前景。這項(xiàng)研究有助于開發(fā)模擬骨骼的合成材料。
使用分子動(dòng)力學(xué)(在本例中是原子和分子物理運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬)，Nair 和 Fielder 檢查了含有不同重量百分比的礦物質(zhì)、水和碳納米管的膠原基生物復(fù)合材料在受到外部作用時(shí)的力學(xué)和熱性能。負(fù)載。
他們發(fā)現(xiàn)水和礦物質(zhì)含量的變化對生物復(fù)合材料的機(jī)械行為和性能有很大影響，其結(jié)構(gòu)模仿納米級骨成分。隨著水合作用的增加，生物復(fù)合材料變得更容易受到壓力。此外，奈爾和菲爾德發(fā)現(xiàn)，非礦化膠原蛋白中碳納米管的存在減少了間隙區(qū)域的變形。
研究人員還測試了剛度，這是材料抗變形能力的標(biāo)準(zhǔn)測量值。礦化和非礦化膠原生物復(fù)合材料在含水量較高時(shí)表現(xiàn)出較低的穩(wěn)定性。無論含水量多少，礦化度為 40% 的復(fù)合材料的強(qiáng)度是不含礦物質(zhì)的復(fù)合材料的兩倍。碳納米管復(fù)合材料的剛度與礦化膠原相當(dāng)。
“隨著膠原生物復(fù)合材料的礦化程度或碳納米管含量的增加，水改變變形幅度的效果減弱，”菲爾德說。
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