زراعة تيجان أسنان أكثر صرامة وأخف وزناً يمكن صنعها من مركبات نانوية قائمة على السليلوز – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Tougher and lighter dental implant crowns can be made of cellulose-based nanocomposites
  (VTT Technical Research Centre of Finlandبواسطة: مركز “في تي تي” الفلندي للبحوث الفنية – [١])

ملخص المقالة:

تمكنت مجموعة بحث في مركز “ڤي تي تي” الفلندي للبحوث الفنية من إنشاء مركب جديد من مادة مقاومة للصدمات مستوحاة من مضرب اصبع روبيان السرعوف، ويمكن استخدامها في التطبيقات التي تتطلب تحمل التأثيرات المتكررة ذات معدل الإجهاد العالي مع الحفاظ على السلامة الهيكلية. ويتكون المركب من بلورات السليلوز النانوية ونوعين من البروتينات المعدلة وراثيًا. وتم تصميم أحد البروتينات لزيادة القوة البينية للمادة، والآخر للتوسط في تنوي ونمو بلورات هيدروكسيباتيت. وتمت معالجة هذا المركب الجديد في أشكال معقدة عن طريق تصنيعه في تاج زرع أسنان مع أنماط دورية لتوجيه التعزيز الدقيق، وبنية ثنائية الطبقة تشبه أسنان الإنسان. 

( المقالة )

توفر الطبيعة رؤى فريدة لاستراتيجيات التصميم التي طورتها الكائنات الحية لبناء مواد قوية. وفي هذه الحالة، تمكنت مجموعة البحث من إنشاء مادة جديدة مقاومة للصدمات مستوحاة من مضرب اصبع روبيان السرعوف [١] (dactyl club of mantis shrimp) . ويمكن استخدام المادة الجديدة في التطبيقات التي تتطلب تحمل التأثيرات المتكررة ذات معدل الإجهاد العالي مع الحفاظ على السلامة الهيكلية. وقد تم نشر نتائج البحث في عدد 1 سبتمبر 2021 من نشرة “المواد المتقدمة” (Advanced Materials).

روبيان السُرعوف

ونجحت مجموعة أبحاث “ڤي تي تي” في تصميم وإنتاج مركب حيوي ممعدن مُظهِرًا قوة عالية، وصلابة، وقساوة تكسر تماثل التصميم المعماري لمضرب اصبع روبيان السرعوف.

“هذه الروبيانات الفاتنة هي احدى آلات القتل الأكثر فتكًا في الطبيعة. بالنسبة إلى صغر حجمها، فإنها تجمع أقوى لكمة في مملكة الحيوان. فهي تحطم فريستها بإلقاء زوج من الزوائد الجارحة التي تشبه المطرقة بسرعة هائلة وقوة أكبر من رصاص البنادق أثناء الصيد عن قرب” ، كما يشرح الدكتور بيزمان محمدي، عالم أبحاث في مركز “في تي تي”. وأضاف: “المصادر الأساسية لغذاء روبيان السرعوف هي الكائنات البحرية ذات القشرة الصلبة، مثل الرخويات. للوصول إلى الجزء الناعم والمغذي، فإنها تزيل مباشرة هذه الهياكل الخارجية عالية التمعدن”.

وقد أظهرت دراسات سابقة أن المضرب هو مركب متناهي الصغر متعدد المراحل مرتب هرميا مع خصائص ميكانيكية متدرجة. ويقول محمدي: “يحتوي المضرب طبقة داخلية ناعمة توفر تبديدًا للطاقة وطبقة خارجية صلبة وقاسية ومقاومة للتأثيرات. تعمل الطبقات معًا على تعزيز تحمل الضرر الكلي للمضرب. كلتا الطبقتين لهما وحدات بناء متشابهة، ولكن في محتوى نسبي مختلف، شكل وتنظيم متعدد الأشكال. اللبنة الأساسية هي ألياف نانو الكيتين مرتبة بطريقة حلزونية الشكل والتي يتم لصقها معًا بواسطة مصفوفة غنية بالبروتين” ، كما يقول الدكتور محمدي.

الجمع بين البلورات النانوية السليلوزية والبروتينات

قامت مجموعة البحث بتكرار هذا الهيكل باستخدام وحدات بناء وظروف معالجة مماثلة. وجمعوا مركبًا جديدًا، يتكون من بلورات السليلوز النانوية ونوعين من البروتينات المعدلة وراثيًا. وتم تصميم أحد البروتينات لزيادة القوة البينية للمادة، والآخر للتوسط في تنوي ونمو بلورات هيدروكسيباتيت. وتمت معالجة هذا المركب الجديد في أشكال معقدة عن طريق تصنيعه في تاج زرع أسنان مع أنماط دورية لتوجيه التعزيز الدقيق، وبنية ثنائية الطبقة تشبه أسنان الإنسان. ومع مزيد من التحقيق، يمكن لهندسة البروتينات توفير خصائص جديدة للمادة. وبالنسبة للتطبيقات المستقبلية، تحتاج قابلية التوسع وظروف المعالجة للمواد إلى مزيد من التطوير.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2021-09-tougher-lighter-dental-implant-crowns.html

لمزيد من المعلومات: بيزهام محمدي وآخرون،  Bioinspired Functionally Graded Composite Assembled Using Cellulose Nanocrystals and Genetically Engineered Proteins with Controlled Biomineralization, Advanced Materials (2021).  DOI: 10.1002/adma.202102658

الهوامش:

[١] مركز “في تي تي”  الفلندي للبحوث الفنية المحدود (VTT Technical Research Center of Finland Ltd) هو شركة ذات مسؤولية محدودة غير ربحية مملوكة لدولة فلندا وتسيطر عليها. ويوفر المركز خدمات البحث والابتكار والمعلومات للعملاء والشركاء المحليين والدوليين، في كل من القطاعين العام والخاص. وهي جزء من نظام الابتكار الفنلندي وتعمل تحت تفويض وزارة الشؤون الاقتصادية والتوظيف. وتمتلك مجموعة في تي تي ثلاث شركات فرعية: “في تي تي” فينتشر ليمتد، “في تي تي” انترناشيونال ليمتد، و”في تي تي” ميمسفاب ليمتد. ولديها العديد من مرافق البحث والتطوير الفريدة، من بينها بايوروكي، أكبر منشأة بحثية وتجريبية في الاقتصاد الحيوي في بلدان الشمال الأوروبي، برنتوسنت، أول مصنع تجريبي في العالم للذكاء المطبوع وتصنيع الإلكترونيات، و روفير مركز العمليات عن بعد ومركز الواقع الافتراضي. 36٪ من إيرادات مجموعة “في تي تي” تأتي من القطاع العام في فنلندا، و 32٪ من القطاع الخاص في فنلندا و 32٪ من القطاعين العام والخاص خارج فنلندا.  ويكيبيديا

[٢] روبيان السرعوف، أو ستوماتوبودس، هي قشريات بحرية آكلة للحوم من رتبة ستوماتوبودا، وهي متفرعة من أعضاء آخرين من فئة مالاكوستراكا منذ حوالي 340 مليون سنة. وينمو روبيان السرعوف عادة إلى حوالي 10 سم (3.9 بوصة) في الطول ، في حين أن القليل يمكن أن يصل إلى 38 سم (15 بوصة). ويكيبيديا.