EO

Hoe biologische weefsels met stress omgaan en wat polymeermakers daarvan kunnen leren

04 maart 2019 om 09:31 uur

We rennen, ademen en ons hart klopt. Kortom, ons lichaam vervormt continu. Hoe kunnen lichaamsweefsels zo goed blijven functioneren ondanks deze permanente mechanische stress? Wageningen University en Amolf zagen hoe twee belangrijke componenten in onze weefsels, collageen en hyaluronzuur, samenwerken om de mechanische eigenschappen van de weefsels aan te passen. Deze kennis maakt de weg vrij voor de synthese van nieuwe polymeermaterialen.


Het onderzoek, dat verscheen in Nature Physics van 25 februari, geeft inzicht in hoe biologische materialen hun functie nauwkeurig weten te reguleren door verschillende componenten te combineren. Niet alleen de individuele eigenschappen van deze componenten zijn belangrijk, maar ook de interacties tussen de verschillende componenten.

 

Aan de oren trekken

Als je zachtjes aan je oorlel trekt, voelt deze zacht aan. Trek je harder, dan wordt je oorlel stijver. Niet alleen onze huid, maar de meeste zachte weefsels in ons lichaam, inclusief spieren en het kraakbeen in de knieën, hebben de eigenschap om te veranderen van heel zacht naar stijf als ze worden vervormd. Deze eigenschap is cruciaal voor het functioneren van ons lichaam: ons weefsel is zacht zodat cellen vrij kunnen bewegen. Echter, bij grotere vervormingen gaan de cellen kapot en kan het weefsel scheuren. Door te verstijven beschermt het weefsel de cellen.

 

Collageen netwerken in de huid

De oorsprong van deze mechanische eigenschap ligt in de netwerkstructuur die ontstaat door de collageen peptide. Dit is aangetoond in recente in-vitro studies, waarin netwerken van collageen, geëxtraheerd uit de huid van dieren, werden gevormd in een rheometer. Dit is een instrument waarmee onderzoekers de stijfheid van een materiaal kunnen meten terwijl het vervormt.

 

Toenemende complexiteit

"Kijken we naar weefsels, dan zien we een veel complexere situatie. Er zijn veel moleculen van verschillende grootte die op veelal onbekende manieren interacties met elkaar aangaan," vertelt Simone Dussi van de WUR Physical Chemistry and Soft Matter groep. "Juist door deze complexiteit kunnen echte weefsel zich beter aan hun omgeving aanpassen dan de modelnetwerken (enkel bestaande uit collageen), die tot nu toe zijn bestudeerd. Wij waren dus erg enthousiast toen we de resultaten van de experimenten zagen die bij Amolf zijn uitgevoerd. Zij bestudeerden op een systematische wijze dubbele netwerken, met zowel collageen als hyaluronzuur, naast collageen de meest voorkomende component in weefsels. Door hyaluronzuur veranderen de mechanische eigenschappen van het materiaal significant. Dat wilden we graag begrijpen."

 

Stijver met hyaluronzuur

"In tegenstelling tot de collageenvezels, is hyaluronzuur een veel kleiner en veel flexibeler polymeer. Daarnaast heeft het ook nog eens een lading. Door de elektrostatische interacties bouwt zich tijdens de vorming van het netwerk een grote interne stress op. Deze stress is van belang wanneer we het materiaal gaan vervormen. Het netwerk is bij de aanwezigheid van een grote hoeveelheid aan hyaluronzuur iets stijver bij kleine vervormingen, de overgang van zacht naar stijf vindt echter pas plaatst bij grotere vervormingen", legt promovendus Justin Tauber uit. "Wij zijn erin geslaagd een theoretisch model te ontwikkelen en computersimulaties uit te voeren die overeenkomen met de experimentele resultaten. Hierdoor konden we de belangrijkste factoren identificeren: naast de netwerkstructuur en de buigsterkte van de collageenvezels zijn ook de elasticiteit en de interne stress veroorzaakt door het hyaluronzuur cruciaal. Met dit model kunnen we beter begrijpen hoe echte weefsels de balans tussen al deze effecten benutten. Bovendien kunnen onze bevindingen worden gebruikt om nieuwe synthetische polymeermaterialen te maken met op elkaar afgestemde eigenschappen."


De wetenschappers onderzoeken nu wanneer en hoe deze netwerken breken. Met dit onderzoek, geïnspireerd op de biologische wereld, hopen zij nieuwe inzichten te vergaren over hoe we nieuwe, stevigere materialen kunnen ontwikkelen.

 

Gerelateerd nieuws

Papegaai helpt bot op tak te landen

Papegaai helpt bot op tak te landen

Wel eens een robot op een tak zien landen? Waarschijnlijk niet – of het was toeval. Tot nu toe hebben machines vlakke oppervlaktes nodig om te kunnen landen, of in elk geval om vervolgens te blijven staan. Maar daar…

Gefrustreerde ionen geven vast elektrolyt enorm geleidingsvermogen

'Gefrustreerde ionen' geven enorm geleidingsvermogen aan 'nieuwe klasse vast elektrolyt'

Er is een potentiële doorbraak gevonden voor batterijen met vast elektrolyt. Het gaat om een kristallijn materiaal met opmerkelijk hoog ionengeleidingsvermogen.

Uitklapbare energietoren voor festivals klaar voor de praktijk

Uitklapbare energietoren voor festivals klaar voor de praktijk

Vrijwel alle festivals in Europa krijgen hun stroom van dieselgeneratoren. Als duurzaam alternatief ontwikkelden TU/e-onderzoekers samen met 9 bedrijven een 21 meter hoge, uitklapbare toren met zonnecollectoren en een…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 augustus 2019

Praat mee over een toekomstbestendige machinerichtlijn

Nederland levert een bijdrage aan een impact-assessment betreffende de nieuwe Europese Machinerichtlijn...

2 september 2019, D&F kantoor Breda

Performance Level en Sistema 2.0

3 september 2019, D&F kantoor Breda

Veiligheid van beweegbare bruggen volgens NEN 6787

De norm NEN 6787 stelt het veiligheidsniveau waaraan nieuwe en bestaande bruggen moeten voldoen en is...

Meer agendapunten »