По образцу кости создана структура, в 20 раз более стойкая к излому, чем составляющие ее материалы

Источник: Graham Bratzel

Кость состоит из двух основных материалов — коллагена и гидроксиапатита. Сам по себе каждый из них структурным фундаментом служить не может — первый слишком мягкий и растяжимый, второй слишком хрупкий. Но при их объединении получается очень прочный композит с огромным сопротивлением сжатию. Кость устойчива к образованию трещин благодаря иерархической структуре этого композита, которая рассеивает воздействие по большой площади, в результате чего локального повреждения не происходит.

Инженеры Массачусетского технологического института воспроизвели внутреннюю геометрическую структуру кости в синтетическом композите из двух полимеров, мягкого и жесткого. Всего было создано три таких композита. Один, чья микроструктура похожа на кирпичную стену, имитирует механические свойства кости и перламутра. Другой, со структурой в виде инвертированной «стены» (мягкие «кирпичи» в обрамлении жестких полимерных прослоек) — минерал кальцит. Третий же, рисунок структуры которого похож на змеиную кожу, воспроизводит способность кости рассеивать повреждающие воздействия.

После оптимизации, проведенной с помощью компьютерного моделирования, исследователи добились того, что искусственная кость оказалась в 22 раза более изломостойкой, чем более прочный из двух составляющих ее материалов.