Уже было известно, что кости вырабатывают электричество под давлением, стимулируя самовосстановление и реконструкцию. Впервые описанный в конце пятидесятых годов, это первоначально было связано с пьезоэлектричеством органического компонента кости, коллагена. Однако с тех пор исследования наблюдали маркеры восстановления костей в отсутствие коллагена, предполагая, что играют роль другие эффекты.
В этой работе исследователи ICN2 выявили именно такой эффект: флексоэлектричество минерального компонента кости.Флексоэлектричество — это свойство некоторых материалов, которое заставляет их излучать небольшое напряжение при приложении неравномерного давления.
Эта реакция чрезвычайно локализована и ослабевает по мере удаления от точки максимального стресса. При микротрещинах он локализован на передней кромке или вершине трещины, в атомарно небольшом участке, который, по определению, концентрирует максимальную нагрузку, которую материал может выдержать до полного разрыва. В результате возникает флексоэлектрическое поле такой величины, что в непосредственной близости от трещины оно затмевает любой фоновый пьезоэлектрический эффект коллагена.
Изучая градиенты напряжения в костях и чистый костный минерал (гидроксиапатит), исследователи смогли вычислить точную величину этого электрического поля. Их результаты показывают, что в пределах требуемых 50 микрон вершины трещины она достаточно велика, чтобы ее могли почувствовать клетки, ответственные за восстановление кости, что напрямую влияет на флексоэлектричество в этом процессе.Кроме того, поскольку известно, что клетки, ответственные за синтез новой костной ткани (остеобласты), прикрепляются близко к кончику, похоже, что распределение электрического поля сигнализирует об этой точке как о центре повреждения, становясь движущимся маяком для восстановительных усилий по мере того, как трещина исцелен.
Эти результаты являются многообещающими для индустрии протезирования, где новые материалы, воспроизводящие или усиливающие этот флексоэлектрический эффект, могут быть использованы для управления регенерацией тканей, что приведет к более успешной ассимиляции имплантатов.