Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrowirbelsäule mit Selbstheilungskraft

12.06.2003


Mechanische Strukturen aus winzigen Perlen heilen nach Bruch spontan


Eine der vielen Eigenschaften, die Lebewesen künstlichen Strukturen voraus haben, ist ihre ganz erstaunlichen Fähigkeit zur Selbstheilung. Wie praktisch wäre es, wenn sich auch kaputte Gegenstände wieder selbst reparieren könnten. Erste Schritte in Richtung selbstheilender Materialien wurden bereits unternommen, einige Kunststoffe und Keramiken mit selbstheilenden Eigenschaften entwickelt. George M. Whitesides und Mila Boncheva von der Harvard University in Cambridge, USA, haben einen neuen Weg eingeschlagen, um unbelebter Materie Selbstheilung zu ermöglichen: Aus millimetergroßen Perlen bauten sie entsprechend dem Vorbild des Wirbeltier-Rückgrates Strukturen auf, die nach Bruch oder Ausrenken spontan in ihre ursprüngliche lineare Anordnung zurückfinden.

Eine Wirbelsäule besteht aus starren Strukturelementen, den Wirbeln, die von den elastischen Bandscheiben getrennt und durch Muskeln und Bänder zusammen gehalten werden. Durch dieses von der Natur fein ausgeklügelte Bauprinzip ist sie gleichzeitig fest und flexibel, federt Stöße ab und schützt das empfindliche Rückenmark. Dieses erfolgreiche Bauprinzip schauten die Harvard-Forscher ab. Die Rolle der Wirbel übernehmen sanduhrförmige, millimetergroße Kunststoff-Perlen. Durch ein Loch in ihrer "Taille" werden sie auf einen elastischen Faden gefädelt, der an den Enden mit Knoten gesichert ist. Der Faden steht dabei unter Spannung und entspricht den Muskeln und Bändern. Durch die Spannung wird ein Druck auf die Perlen ausgeübt, der sie in eine lineare Anordnung zwingt, bei der die Perlen jeweils senkrecht zu einander stehen. Die Perlen sind mit kleinen Kupferplättchen ausgestattet, die eine Schicht aus Lötzinn tragen. Wird die Perlenschnur über die Schmelztemperatur des Lötzinns erhitzt und wieder abgekühlt, sind die Perlen über die Lötstellen zu einem kompakten Stab fest verbunden. Diese Lötstellen entsprechen damit den Bandscheiben. 250 g kann eine derartige Mikro-Wirbelsäule tragen, bevor sie in zwei Teile bricht, die aber immer noch vom Faden zusammen gehalten werden. Erneutes Erhitzen in heißem Wasser und leichtes Schütteln des Gefäßes reichen aus, um den Bruch wieder zu heilen. Noch stabiler ist eine zweite Wirbelsäulen-Variante, bei der die verknoteten Fadenenden zusätzlich in eine Haltevorrichtung eingespannt werden. Diese Konstruktion wurde einem Streckverband nachempfunden, der bei Rückgratverletzungen zur Entlastung der Wirbelsäule angelegt wird. Diese Zugkräfte bringen die Perlenschnur nach einer Überlastung spontan wieder in die lineare Stabform zurück, einfaches Erwärmen heilt den Bruch wieder.


Kontakt:

Prof. Dr. G. M. Whitesides
Department of Chemistry and Chemical Biology
Harvard University
Cambridge, MA 02138, USA
Fax: (+1) 617-496-9857
E-mail: gwhitesides@gmwgroup.harvard.edu

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://www.harvard.edu
http://www.angewandte.org

Weitere Berichte zu: Mikrowirbelsäule Perlenschnur

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter
23.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Materialwissenschaft: Widerstand wächst auch im Vakuum
22.06.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften