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Klebrige Geckofüße können Geheimnisse menschlicher Knochenersatzprodukte enthüllen

Klebrige Geckofüße können Geheimnisse menschlicher Knochenersatzprodukte enthüllen

Wenn wir an einen Gecko denken, versuchen wir, uns etwas anderes als eine Kfz-Versicherung auszudenken. Nicht nur, um gefährdete Arten vor der Gefahr des industriellen Abrisses zu schützen, sondern auch, weil ein Gecko mehr zu bieten hat als eine Persönlichkeit auf Oberflächenebene und leuchtende, bezaubernde Farben.

Laut einem Blog-Beitrag auf der Website der University of Delaware treiben klebrige Geckofüße die Forschung zum Innenleben des menschlichen Knorpels voran.

Dies ist insofern von Bedeutung, als Knorpel - normalerweise eine mysteriöse Substanz - Wissenschaftler seit fast einem Jahrhundert Nacht für Nacht wach hält.

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Klebrige Geckofüße könnten Geheimnisse des Knorpels enthüllen

Vor kurzem haben die klebrigen Zehen dieses charismatischen Reptils die Entstehung einer Vielzahl von Erfindungen inspiriert - von der nächsten Generation von Klettverschlüssen bis hin zu Super-Man-ähnlichen Anzügen, die dem US-Militär helfen, Wände zu erklimmen.

"Es gibt nichts Vergleichbares auf der Welt", sagte David Burris, Associate Professor für Maschinenbau an der University of Delaware und Principal Investigator im Materials Tribology Laboratory von UD. "Es ist ein außergewöhnliches Material. Wir studieren es seit den 1930er Jahren und wissen immer noch nicht, wie es das tut, was es tut."

Burris und seine Kollegen bringen uns jedoch dem Schließen des Gehäuses im Knorpel einen Schritt näher - was auch bedeutet, dass wir einen Schritt in Richtung einer Klasse überlegener synthetischer Gelenke machen, die sich der Funktionalität der realen Sache nähern.

Notwendigkeit des Knorpels

Knorpel ist ein starkes, aber flexibles, von Flüssigkeit durchsetztes Gewebe, das den Zwischenraum abfedert und verhindert, dass Knochen aneinander reiben. Die Reduzierung der Reibung ist entscheidend für die Gesundheit der Gelenke und die Vermeidung chronischer Erkrankungen wie Arthrose - eine häufige Erkrankung, die laut der Zeitschrift die Mobilität von 60 Millionen Amerikanern beeinträchtigtScience Direct.

Wenn der Knorpel verschwindet, "gehen Sie nicht", sagte Burris. "Du hast enorme Schmerzen."

Die Forschungsgemeinschaft kennt seit langem die kritische Schmierung des Knorpels in Gelenken. Aber die Frage, wie das Material eine Schmierung erreicht, hat sich in der wissenschaftlichen Welt als mysteriöses Gespenst weiterentwickelt.

Eine Denkschule hält die Reibung für gering, da sich zwischen den Knorpeloberflächen im Gelenk eine dünne Schicht Synovialflüssigkeit befindet, die verhindert, dass sich die Oberflächen berühren.

Klebrige Geheimnisse

Dies löst jedoch nicht eine der faszinierendsten Eigenschaften des Knorpels: Es ist wirklich klebrig. Aber es gleitet mühelos in die Gelenke, um uns die volle Bewegungsfreiheit zu ermöglichen.

"Ungewöhnliche Eigenschaften entwickeln sich in der Natur nicht ohne Grund", sagte Burris. "Die Möglichkeit, dass ein außergewöhnlich schmierfähiges Material wie Knorpel zufällig auch eine ungewöhnliche Haftung entwickelt, erscheint mir vernachlässigbar. Es muss ein kritischer Teil der Schmiergeschichte sein, mit dem sich niemand befasst hat."

Mit einem Stipendium der National Science Foundation aus dem Jahr 2019 haben Burris und Kollegen diesen Teil der Geschichte untersucht und nach Antworten auf die Klebrigkeit des Knorpels gesucht, indem sie maßgeschneiderte Geräte für einzigartige Messungen konstruiert haben.

Bisher haben sie festgestellt, dass Knorpel in demselben Maße an Oberflächen haftet wie Geckofüße an anderen Oberflächen - der Goldstandard der Natur für ungewöhnlich hohe Oberflächenhaftung.

Geckozehen haften wie Knorpel

Geckozehen haben Millionen mikroskopisch kleiner Haare - jede wirkt wie einzelne Federn, die sich an die Wand eines Hauses (oder eines Baumes oder eines Autos) anpassen und an dieser haften. Grobe Knorpelstücke haben Beulen, die auf die gleiche Weise funktionieren - sie haften nacheinander an einer gegenüberliegenden Knorpeloberfläche im Gelenk.

Dadurch wird eine Abdichtung zwischen zwei Oberflächen hergestellt, wodurch sich verschiedene Arten von Druck aufbauen können. Unterdruck hält die Gelenke zusammen, während Überdruck das Körpergewicht unterstützt und verhindert, dass Wasser - die Schmierung selbst - austritt.

Konventionelle Weisheit in Frage stellen

Es ist nicht intuitiv, sich den engen Kontakt zwischen Körperteilen als inhärent schädlich und als Quelle für Schleifen und Abnutzung der Verbindungsflächen vorzustellen. Aber Knorpel braucht enge Räume, um zu arbeiten.

"In einem Automotor muss man die Oberflächen getrennt halten, um zu schmieren", sagte Burris. "Und Sie tun dies, indem Sie ständig mit ein paar tausend U / min laufen. Wir laufen nicht ständig; wir bewegen unsere Gelenke nicht ständig. Wir sitzen die meiste Zeit herum, also hat sich die Natur eine komplett ausgedacht andere Lösung für die Schmierung. "

Burris entdeckte, dass die enge Saugwirkung zwischen zwei Knorpelstücken auch für ein anderes Geheimnis des Knorpels verantwortlich ist: das Knacken. Wenn wir unsere Knöchel oder andere Gelenke im Körper knacken, kommt es zu einem Bruch der Grenzfläche, wenn zwei sehr klebrige Knorpeloberflächen plötzlich auseinandergezogen werden.

Während Burris und Kollegen ihre Forschungen über Knorpel - und all die darin enthaltenen Geheimnisse - fortsetzen, ist eines sicher: Dieser neueste Durchbruch in einer Reihe von knorpelbedingten Problemen ist das Ergebnis von 10 Jahren Arbeit, und der gesunde Menschenverstand in Bezug auf das Material kann müssen auf dem Laufenden bleiben.


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