Composiet (onder) met structuur die vergelijkbaar is met parelmoer (boven)

Een 3D-printer met twee printkoppen moet kunstmatige botten kunnen maken met mechanische eigenschappen die net echt zijn. Dat stellen MIT-onderzoekers deze week op de website van Advanced Functional Materials.

Zo’n echt bot is opgebouwd uit hydroxyapatiet (een vorm van calciumfosfaat) en collageen-eiwit. Het eerste materiaal is hard en bros, het tweede is soepel en taai. De combinatie is hard maar niet bros, en taai maar niet echt soepel. En dat is vooral te danken aan de manier waarop de materialen op nanoschaal door elkaar gevlochten zitten: het apatiet zorgt voor de stijfheid en het collageen dissipeert energie en voorkomt zo dat de botstructuur het lokaal begeeft.

Het parelmoer van schelpdieren zit ongeveer net zo in elkaar.

In Nature Communications publiceerden Markus Buehler en collega’s onlangs al een analyse van die botstructuur. Met hulp van 3D-printerproducent Stratasys hebben ze nu de volgende stap gezet, in de vorm van een computermodel dat zulke structuren nabootst en binnen een paar uur uitprint.

Met de tweekops-printer hebben ze tot nu toe drie composieten uitgeprobeerd. De eerste lijkt sterk op natuurlijk bot en parelmoer: onder de microscoop lijkt het op metselwerk, met bakstenen van harde kunststof en mortel van een zachtere variant. Nummer twee simuleert het mineraal calciet: ook metselwerk, maar nu zijn de stenen zacht en de mortel hard. Nummer drie heeft een meer diamantvormige structuur, die lijkt op slangenhuid.

Zoals verwacht bleek materiaal nummer één het stevigst. De breuksterkte ligt een factor 20 boven die van de sterkste kunststof die er in verwerkt zit.

Buehler lijkt overigens niet op het printen van botten te mikken maar op veel grotere structuren met instelbare mechanische eigenschappen. Als je printer groot genoeg is en voldoende koppen heeft moet je een compleet huis kunnen printen inclusief elektrische bedrading, loodgieterswerk en spouwmuurisolatie, zo voorspelt hij.

bron: MIT

Onderwerpen