Metamaterialen kansrijk bij botreparaties

De Universiteit van Groningen laat zien dat metamaterialen betere opties zijn voor botimplantaten dan traditionele metalen implantaten. Deze kunstmatig ontworpen structuren bestaan uit repeterende blokken waarvan de grootte en het aantal de mechanische eigenschappen van het materiaal sterk beïnvloeden. Door hun ontwerp kunnen ze de stijfheid en elasticiteit van natuurlijk bot nauwkeuriger nabootsen, wat leidt tot implantaten die sterker integreren en het herstel van het bot bevorderen.

Het onderzoek When Scale Matters: Size-Dependent Mechanics of Architected Lattices for Implants and Beyond. is gepubliceerd in Small Structures.

Traditionele titaniumimplantaten zijn veel stijver dan natuurlijk bot, waardoor ze het grootste deel van de belasting dragen. Dit kan het omliggende bot verzwakken doordat het onvoldoende wordt belast. Metamaterialen bieden een oplossing: door de structuur van het materiaal aan te passen, kan de stijfheid van het implantaat worden afgestemd op die van het bot. Zo delen bot en implantaat de belasting, waardoor het bot sterk blijft.

De onderzoekers ontdekten ook dat verschillende soorten krachten — zoals rek, schuif en torsie — elk een andere invloed hebben op de mechanica van metamaterialen. Dit inzicht maakt het mogelijk implantaten te ontwerpen die optimaal reageren op de belastingen die op bepaalde plekken in het lichaam voorkomen.

Andere toepassingen

Dankzij 3D-printtechnologie kunnen deze metamaterialen met hoge precisie worden geproduceerd, met gecontroleerde porositeit en elasticiteit. De studie laat zien dat hoe meer blokken er worden gebruikt, hoe beter het voorspelbare gedrag van het materiaal wordt. Dit biedt niet alleen kansen voor orthopedische en wervelkolomimplantaten, maar ook voor toepassingen in robotica en energieabsorptie, zoals grippers van robotarmen of auto-bumpers.