Il composito che si ispira all’osso

La tenacità dell’osso è di circa tre-cinque ordini di grandezza superiore rispetto a quella dei cristalli di cui è fatto. Un effetto mai raggiunto dai compositi artificiali rispetto ai materiali di partenza

L’ottima combinazione di proprietà del materiale osseo umano, lo rende tutt’oggi un modello biomimetico, al quale molti ricercatori si ispirano per il design e l’ingegnerizzazione di nuovi materiali.

Nelle righe che seguono si descrive il processo di progettazione, realizzazione e caratterizzazione di un composito biomimetico ex novo, costituito da fibre di vetro e carbonio in matrice epossidica, avente una organizzazione interna innovativa, ispirata alla microstruttura dell’osso umano, e di un laminato tradizionale, usato per eseguire un confronto. Infine, sulla base dei risultati delle prove sperimentali e di analisi numeriche eseguite su nanocompositi di osso, si propongono nuove soluzioni, volte a migliorare il design iniziale del composito bio-ispirato.

Biomimetica: come imparare dalla natura

La natura costituisce un’inesauribile fonte di ispirazione per il design di materiali e strutture innovative, e per trovare soluzioni a svariati problemi di tipo ingegneristico. In natura infatti, è possibile trovare molti esempi di strutture intelligenti, facilmente riproducibili con l’aiuto di moderne tecnologie, e soprattutto non coperte da brevetto! Si pensi ai neomateriali nanostrutturati altamente adesivi, ispirati alla incredibile capacità di presa delle zampe del geco, che consentirebbero a oggetti o persone di aderire a superfici lisce e verticali [1]. O ancora all’invenzione del velcro, risalente al 1941 e brevettata nel 1955 [2] dall’ingegnere svizzero George de Mestral che, osservando i fiori rossi di bardana che si attaccavano al pelo del suo cane in seguito a una passeggiata in campagna, si interrogò sul sistema di ancoraggio di questi fiori. Dopo un’attenta osservazione al microscopio, notò che ogni petalo aveva una caratteristica forma a uncino, che garantiva ancoraggio a superfici non lisce: da qui l’idea del velcro, oggi noto sistema di chiusura a strappo in nylon. Un altro esempio è il nuovo tessuto “Fastskin Speedo” utilizzato per realizzare costumi, adottati con successo da diversi atleti nelle ultime olimpiadi. Questo tessuto è nato dall’osservazione della rugosità della pelle dello squalo, l’animale acquatico più veloce sulla terra. La pelle dello squalo infatti, presenta delle squame note come denticles o dentelli dermici, che grazie alla loro forma, struttura e disposizione, riducono la resistenza dell’acqua, consentendone un fluire più rapido[3]. Ulteriori potenziali applicazioni potrebbero essere in campo nautico (i.e. rivestimenti per scafi). Recentemente, si è notato un crescente interesse nei confronti della madreperla, un materiale ceramico caratterizzato da una notevole tenacità, grazie alla tipica struttura composita a mattoncini di carbonato di calcio immersi in una matrice organica [4, 5]. Inoltre, la capacità delle conchiglie di autoassemblarsi, mediante un meccanismo chimico-fisico stimolato da ioni presenti nel mare, contribuisce ulteriormente allo sviluppo di una struttura resistente alla propagazione dei difetti. È proprio la tenacità di queste strutture, dalla organizzazione gerarchica altamente specializzata, ad attirare numerosi scienziati e ricercatori, che cercano di mimarle nel design di nuovi nanocompositi ad alta tenacità [6]. Tutto ciò è oggetto della biomimetica, un termine entrato nel dizionario nel 1974 e oggi comunemente usato per indicare il trasferimento di processi biologici dal mondo naturale a quello artificiale, mimando meccanismi presenti in natura. La biomimetica si contraddistingue per la sua interdisciplinarietà, coinvolgendo numerose branche della scienza, dalla biologia, alla chimica, fisica e ingegneria, accomunate dall’interesse di risolvere problemi tecnici.

Tra i materiali biologici, particolare attenzione è rivolta all’osso, generalmente considerato come un materiale per uso strutturale, fungendo da sostegno a molti organismi. L’osso è un materiale che da sempre ha suscitato grande interesse da parte di molti ricercatori per la sue proprietà meccaniche, principalmente dovute alla sua struttura complessa. L’osso può esser considerato, da un punto di vista semplicistico, come un materiale composito rappresentato da una fase inorganica, costituita da piccoli cristalli di idrossiapatite (HAP), e da una fase organica, costituita principalmente da molecole di collagene. I cristalli di HAP, di dimensioni nanometriche, presentano una particolare forma piatta e allungata, e seguono un’organizzazione sfalsata nella matrice proteica. Le dimensioni, la forma e la disposizione di questi cristalli non sono frutto del caso, ma sono frutto di un processo naturale volto all’ottimizzazione delle proprietà meccaniche e delle funzionalità del materiale. Per esempio, l’osso presenta una notevole tenacità, nonostante sia costituito da fragili cristalli di idrossiapatite [7]. In particolare, la tenacità dell’osso è di circa tre-cinque ordini di grandezza superiore rispetto a quella dei cristalli di cui è fatto. È interessante notare come in nessun materiale composito artificiale si sia raggiunto un tale effetto di tenacizzazione, rispetto ai materiali di partenza. Da qui il crescente interesse verso l’osso, verso la sua struttura e organizzazione dettagliata a diverse scale dimensionali.

Possiamo considerare l’osso un modello biomimetico per creare nuovi materiali compositi ad alta tenacità? È possibile riprodurre alcuni meccanismi di tenacizzazione, tipici dell’osso, in materiali compositi bioispirati ma di natura sintetica? Nelle righe successive la nostra risposta a queste domande: la possibilità di progettare e realizzare un materiale composito, ex novo, ispirato alla microstruttura ossea e di riprodurre alcuni tra i meccanismi di tenacizzazione caratteristici del tessuto osseo. Nella figura 1 è rappresentato schematicamente l’approccio biomimetico seguito: dallo studio della struttura ossea, al design, realizzazione e caratterizzazione del neo-materiale, fino allo studio numerico alla nanoscala; quest’ultimo con l’intento di investigare i meccanismi di tenacizzazione interni che interessano i cosiddetti “mattoni” dell’osso (i.e. collagene e idrossiapatite), al fine di ottenere delle linee guida per ottimizzare il design iniziale del materiale.

1 Rappresentazione schematica dell’approccio biomimetico seguito nella ricerca

Osso umano come modello biomimetico

L’osso ha una struttura gerarchica molto complessa, che consta di sette livelli – dalla scala sub-nanometrica alla macroscala – ognuno caratterizzato da una diversa organizzazione interna. Al livello sub-nanometrico si riconoscono le unità principali: la molecola di tropocollagene, che si presenta con una caratteristica forma elicoidale, e l’idrossiapatite, un cristallo con un reticolo di tipo esagonale compatto. Le molecole di tropocollagene si assemblano a formare delle fibrille di collagene (~1 µm). Queste sono organizzate in una configurazione sfalsata e mostrano dei piccoli vuoti, noti come “gap regions”, nei quali si ha la formazione e la crescita dei cristalli di idrossiapatite, durante il processo di mineralizzazione. Le fibrille mineralizzate sono organizzate in arrays (~10-50 µm), dove la matrice proteica fa da collante e le fibre sono disposte secondo diverse orientazioni, (e.g. parallele, random, intrecciate), analogamente al caso dei materiali compositi. Diversi strati di fibrille, ognuno con la sua orientazione, si assemblano per formare delle lamelle (dello spessore di ~3-7 µm). Queste lamelle sono disposte in modo concentrico intorno a un canale vascolare, a formare degli osteoni, elementi strutturali (di diametro di circa 200-300 µm e lunghezza 1-2 cm) caratteristici della microstruttura dell’osso corticale, nota anche come struttura Haversiana. Lo strato esterno di ogni osteone è chiamato linea cementizia e si riforma continuamente grazie al processo di rimodellamento osseo, che avviene grazie all’attività metabolica operata dal flusso sanguigno dei canali vascolari e dei canalicoli. Oltre all’organizzazione concentrica, nella microstruttura ossea sono presenti anche delle lamelle interstiziali, che colmano le zone comprese tra più osteoni. Al livello macroscopico, l’osso si può distinguere in corticale, o compatto, e spongioso, con elevata porosità. La diversa microstruttura e densità di questi tipi di osso determina le diverse proprietà meccaniche e di conseguenza le diverse funzioni. Entrambi i tipi di osso sono presenti nel corpo umano, in diverse zone, a seconda delle proprietà meccaniche richieste.

Questa differenziazione in termini di struttura spiega la grande adattabilità del tessuto osseo a diverse funzioni e bisogni. a ogni livello si possono riconoscere infatti particolari elementi strutturali, con dimensioni e forma caratteristiche, che hanno un ruolo chiave nel determinare le proprietà meccaniche del materiale. Per esempio, i mattoni principali di tutti i tipi di tessuto osseo, collagene e idrossiapatite, hanno forma e dimensioni caratteristiche, e presentano alla nanoscala una particolare configurazione sfalsata, con i cristalli di minerale che riempiono i vuoti tra due catene consecutive di collagene. La loro forma, dimensione e organizzazione hanno un ruolo chiave nel determinare il comportamento globale dell’osso. a ogni livello gerarchico della struttura ossea si attivano particolari meccanismi che influiscono positivamente sulle performance del materiale. Tuttavia, non è ancora chiaro agli studiosi cosa accade a livello sub-nanometrico, come i componenti basilari dell’osso rispondono a stimoli esterni e come interagiscono tra di loro.

I recenti sviluppi in campo computazionale, e in particolare l’avvento di supercomputers e potenti clusters, consentono oggi di raggiungere scale temporali e dimensionali molto ridotte, e quindi di studiare fenomeni che si presentano alla nanoscala, e che differiscono dai meccanismi caratteristici della macroscala e dalle previsioni della teoria classica dei continui. Oggigiorno nel campo della ricerca, sta prendendo piede l’approccio ingegneristico alla multiscala, in cui si cerca di studiare il comportamento di un materiale a diversi livelli, con particolare attenzione alla sua struttura interna. L’intento è, infatti, quello di trovare la risposta di determinati comportamenti nella struttura del materiale.

Il comportamento dell’osso alla macroscala è stato ampiamente studiato, per via sperimentale e numerica [8-10]. Anche la microstruttura dell’osso è stata ampiamente caratterizzata in diverse condizioni di carico [11-13], confermandone il comportamento anisotropo, principalmente dovuto all’organizzazione interna, alla struttura allungata dell’osteone, e alla prevalente direzione longitudinale delle fibre in ogni osteone. La figura 2 mostra la microstruttura dell’osso umano, evidenziando a colori, i principali componenti riprodotti nel design biomimetico.

2 A sinistra, Microstruttura dell’osso
A destra Design bio-ispirato. I colori dei principali elementi strutturali evidenziati in a) sono richiamati in b)

L’ottima combinazione delle proprietà meccaniche che si ha nell’osso è imputabile a una combinazione di meccanismi di tenacizzazione, attivati alla micro- e nanoscala: meccanismi di tenacizzazione intriseci, come lo svolgimento e sgomitolamento delle catene molecolari, e lo scorrimento intermolecolare, che si attivano a scale inferiori a 1 µm e hanno un effetto diretto sul comportamento delle molecole di collagene e delle fibrille mineralizzate; meccanismi di tenacizzazione estrinseci, nel range 10-100 µm, che includono la deflessione della cricca, che si verifica all’interfaccia tra due osteoni, la formazione di microcricche confinate in una determinata regione, e il crack bridging per mezzo di legamenti non danneggiati, attivato dalla formazione di microcricche [7, 14].

La formazione di microcricche interessa soprattutto la regione delle linee cementizie, e tenacizza l’osso mediante un continuo rilascio energetico. Inoltre, questa regione è interessata da un continuo rimodellamento osseo, che spiega la capacità auto-riparante dell’osso. La deflessione della cricca, che generalmente avviene all’interfaccia tra due osteoni, è il meccanismo che contribuisce maggiormente ad aumentare la tenacità dell’osso, inibendo il processo di crescita della cricca e aumentando la capacità dissipativa del materiale [15]. Gli osteoni dunque, hanno un ruolo chiave nel meccanismo di deflessione della cricca, insieme alle linee cementizie, che costituiscono sito preferenziale di formazione di microcricche [10].

Dal design alla realizzazione e caratterizzazione

La microstruttura dell’osso è stata adottata come modello biomimetico da riprodurre nel design di un nuovo materiale composito bio-ispirato, con l’intento di replicare i meccanismi di tenacizzazione caratteristici dell’osso alla microscala. Nella figura 2 sono evidenziati i componenti principali dell’osso riprodotti nel nuovo materiale: gli osteoni, con lamelle concentriche e linee cementizie, e le lamelle interstiziali. Gli osteoni sono stati riprodotti con delle fasce di fibre di vetro unidirezionali (UD) infilate in tubicini di tessuto di fibre di carbonio orientate a ±45°, che rappresentano una semplificazione delle linee cementizie. Per replicare le lamelle interstiziali sono state usate fasce di fibre di vetro UD impregnate in matrice epossidica , mentre sono state adottate due pelli esterne, costituite da tessuti non-crimp di fibre di vetro UD con l’idea di contenere e compattare la struttura interna, analogamente al sistema circonferenziale nell’osso umano, offrendo una superficie piana e regolare al prodotto finito. Ciò consente di realizzare delle piastre di materiale, da cui ricavare dei campioni facilmente caratterizzabili, secondo normativa, nelle comuni macchine di prova universali. Trattandosi di una prima soluzione, il design è molto semplificato, e mira a riprodurre i componenti principali, rispettando criteri di fattibilità e contenimento dei costi. Inoltre, essendo il materiale oggetto di progettazione, un materiale sintetico, non sono stati riprodotti i componenti che hanno un ruolo chiave nel processo vitale dell’osso, come i canali vascolari e i canalicoli. Oltre al materiale bio-inspirato è stato progettato e realizzato anche un laminato tradizionale, al fine di eseguire un confronto in termini di performance, utilizzando lo stesso tipo e quantità di rinforzo e matrice.

Entrambi i materiali sono stati prodotti mediante laminazione manuale, nei laboratori dell’Università di Clausthal. Tuttavia, il processo di laminazione del composito bio-ispirato ha mostrato maggiori difficoltà, soprattutto nella realizzazione della struttura interna con la normale strumentazione presente in un laboratorio di materiali compositi. Inoltre, per garantire un corretto flusso della resina, un corretto bagnamento delle fibre, e una buona finitura superficiale, si è deciso di adottare un nuovo sistema di iniezione ibrido, basato sui processi di infusione sotto vuoto e stampaggio per trasferimento di resina. Essendo il processo di produzione totalmente manuale, il prodotto finito ha mostrato inevitabilmente dei difetti, soprattutto nel caso del composito bio-ispirato. La figura 3 mostra alcune fasi del processo di laminazione dei due materiali.

3 Processo di laminazione: a) materiale bio-ispirato; b) laminato tradizionale

Dalle piastre di entrambi i materiali sono stati ricavati dei provini, successivamente testati per poter eseguire una completa caratterizzazione statica dei materiali e permetterne un confronto. In particolare, i materiali sono stati sottoposti a diversi tipi di prove: i) prove di trazione (ASTM D 3039/D3039M-08), ii) prove di compressione (ASTM D3410/D 3410M-03), iii) prove di flessione su tre punti (UNI EN ISO 14125), e iv) prove di tenacità alla frattura translaminare (ASTM E1922-04). Le prove di tenacità sono state eseguite anche con un carico interrotto, in modo tale da poter osservare il fenomeno di propagazione della cricca mediante un microscopio ottico, dotato di lenti LEICA DFR 290, e un software per l’acquisizione delle immagini. Per studiare l’influenza della struttura osteonica sul comportamento a frattura, sono stati creati intagli di dimensioni diverse, con apici della cricca corrispondenti alle regioni intra- e inter-osteonica. Un’ulteriore indagine sul meccanismo di propagazione della cricca è stata eseguita mediante analisi al SEM, osservando delle sezioni di materiale sottoposto a prove di tenacità.

I risultati delle prove hanno mostrato una certa ripetibilità per entrambi i materiali testati, e un comportamento diverso, soprattutto per quanto riguarda la modalità di rottura. Il comportamento differente è imputabile soprattutto alle differenze nella struttura interna: la presenza di elementi prevalentemente longitudinali nel caso del materiale bio-ispirato conferisce al materiale un comportamento marcatamente anisotropo, garantendo prestazioni elevate nella direzione principale degli osteoni (i.e. longitudinale), soprattutto se sollecitato a trazione o flessione. In condizioni di carico di compressione, le performance del neomateriale sono peggiori, pur mantenendo una migliore rigidezza, sia in direzione longitudinale che trasversale. Il laminato classico ha in generale, una migliore risposta trasversale, grazie alla presenza dei vari strati che cooperano garantendo resistenza al cedimento trasversale. Molto interessante è invece il comportamento a frattura dei provini con intaglio, e soprattutto la modalità di rottura. Questa infatti, nel caso del materiale biomimetico, sembra riprodurre uno dei classici meccanismi di tenacizzazione caratteristici della microstruttura dell’osso umano: la deflessione della cricca e la propagazione all’interfaccia tra due osteoni, come mostra la figura 4. Le osservazioni al microscopio mostrano in modo molto chiaro questo fenomeno.

4 Confronto tra le modalità di rottura dei due tipi di materiale testato: a) composito bio-ispirato; b) classico laminato

Le immagini al microscopio ottico, rappresentate nella figura 5 e relative a diverse interruzioni del carico durante una prova di tenacità interrotta, mostrano la formazione di varie microcricche e la propagazione della cricca principale in direzione longitudinale, all’interfaccia tra due osteoni.

5 Immagini ottenute dal microscopio ottico e relative a diverse interruzioni del carico durante le prove di tenacità interrotte. Evidenziate in rosso le cricche che si formano durante la prova e in giallo le cricche principali che provocano il cedimento

Le ipotesi, fatte sulla base delle osservazioni al microscopio ottico, sono state poi confermate dalle immagini ottenute dal SEM e mostrate nella figura 6. In queste immagini, rappresentanti la sezione di un provino di composito bio-ispirato precedentemente sottoposto a prove di tenacità, e in particolare una zona vicina a quella di rottura, si vede chiaramente il percorso della cricca: la propagazione all’interno dell’osteone e poi la deviazione sulla “linea cementizia” all’interfaccia tra due osteoni. È chiara l’analogia col meccanismo di deflessione della cricca che agisce da fattore tenacizzante nella microstruttura ossea.

6 Immagini dal SEM della sezione di un provino di materiale bio-ispirato sottoposto a una prova di tenacità. a) Immagine da elettroni retrodiffusi con ingrandimento 40X; evidenziato il percorso della cricca dalla zona intra-osteonica alla zona inter-osteonica. b) Particolare della deviazione della cricca, evidenziato in rosso (immagine da elettroni retrodiffusi con ingrandimento 100X)

Simulazioni atomistiche: un tool per il design di nanomateriali

Essendo l’osso un materiale che affascina gli studiosi da secoli, c’è una gran quantità di letteratura riguardante studi numerici, oltre che sperimentali. Da un punto di vista numerico, la modellazione dei materiali viventi, è molto complicata. A rendere ulteriormente complessa la modellazione, è l’organizzazione gerarchica, caratterizzata da diverse strutture a ogni livello che determinano il comportamento globale del materiale. È proprio l’organizzazione gerarchica che rende necessario un approccio alla multiscala, al fine di studiare l’effetto di ogni livello gerarchico sulle proprietà.

In questo lavoro, si è deciso di studiare il comportamento dell’osso a livello nanometrico. Mediante simulazioni atomistiche, si è studiato il comportamento dei singoli “mattoni” della struttura ossea e le interazioni tra questi componenti: si è analizzato il comportamento meccanico dei cristalli di idrossiapatite, in particolare l’aspetto della frattura e come questo fenomeno sia strettamente dipendente dalle dimensioni dei cristalli alla nanoscala.

7 Rappresentazione dei modelli di nanocomposito di osso studiati, costituiti da due strati di idrossiapatite (HAP) e uno strato interno di tropocollagene. Evidenziati i “building blocks” dei due componenti: il reticolo cristallino di una singola unità di HAP e le tre catene pro-α (costituite da lunghe catene di amminoacidi) che, avvolte in forma elicoidale, formano una catena di tropocollagene

Mediante semplici modelli di nanocompositi di osso, come quelli rappresentati nella figura 7, si è studiata l’interazione tra le molecole di collagene e i cristalli di idrossiapatite, riproducendo le condizioni fisiologiche (ambiente acquoso) e analizzando l’effetto dimensionale sul comportamento delle strutture [16]. Questo potente strumento computazionale ha permesso di indagare fenomeni difficilmente osservabili sperimentalmente e di trovare una spiegazione al comportamento del materiale e alle sue straordinarie proprietà meccaniche. Grazie a moderni software di visualizzazione (e.g. Visual Molecular Dynamics) è stato possibile osservare il comportamento del materiale durante una simulazione, e scoprire i meccanismi di tenacizzazione che si attivano alla scala nanometrica, risultati utili ai fini di una di una ottimizzazione del primo design biomimetico. Un risultato molto interessante è la dimensione critica dei cristalli di idrossiapatite, circa 4,15 nm [16, 17], simile a quella effettiva misurata su cristalli di osso umano [7, 18], dimensione che segna una transizione da un comportamento fragile dei cristalli, a un comportamento quasi duttile, definito come flaw tolerant, che non risente della presenza di difetti. Un altro risultato interessante è il ruolo chiave dell’interfaccia e delle forze di interfaccia nel comportamento meccanico dell’osso alla nanoscala. In particolare, il ruolo delle forze di van der Waals e dei legami a idrogeno, che fungono da “legami sacrificali”, la cui continua rottura e riformazione contribuisce positivamente ad aumentare la forza di rottura del sistema nanocomposito in toto, fungendo da meccanismo di dissipazione energetica. Questi risultati corroborano tesi avanzate in studi precedenti, secondo cui la tenacità dell’osso è dovuta non solo all’organizzazione di ogni livello, ma alla geometria e dimensione dei suoi componenti, che giocano un ruolo chiave soprattutto alla nanoscala, attivando nuovi fenomeni, non osservabili nel continuo. Questi risultati posso altresì fornire importanti informazioni sulla modalità di trasferimento del carico nelle fibrille di collagene e nel tessuto mineralizzato, parametro importante per lo sviluppo di modelli costitutivi di tessuti collagenosi, con applicazioni che spaziano dall’ingegneria tissutale allo sviluppo di materiali biomimetici.

Scoprire i meccanismi di interazione tra collagene e idrossiapatite e i segreti della natura di queste interazioni, può far luce sul design di materiali bio-ispirati, e portare a miglioramenti nel design iniziale del composito ispirato all’osso.

Ottimizzazione del design: nuove soluzioni progettuali

Osservando la natura ci si rende conto che nulla è lasciato al caso e tutte le strutture e gli organismi che ci circondano, pur nella loro apparente semplicità, presentano una struttura molto complessa e articolata, che determina un’ottima combinazione di proprietà e adattamento a diverse funzioni. In questo lavoro la nostra attenzione si è focalizzata sull’osso. Un’attenta osservazione e studio della struttura interna ha permesso di indagare i meccanismi che agiscono a vari livelli gerarchici e che ne determinano le straordinarie proprietà meccaniche. In particolare, puntando l’attenzione sui meccanismi di tenacizzazione dell’osso, si è cercato di riprodurli in un composito di tipo sintetico, costituito da fibre di vetro e carbonio in matrice epossidica, al fine di creare, seguendo un approccio biomimetico, un materiale composito innovativo con migliori caratteristiche di tenacità. I risultati sono interessanti, poiché mostrano una certa analogia col comportamento osseo. La soluzione presentata, tuttavia, è una soluzione iniziale, che va ottimizzata in modo da incrementare ulteriormente la tenacità di questo neo-materiale, rispetto a un laminato classico. In questo frangente risultano molto utili i risultati delle simulazioni atomistiche che, mostrando i meccanismi di tenacizzazione che agiscono nei “mattoni” dell’osso a scale minori, forniscono spunti per proporre soluzioni innovative e miglioramenti al design iniziale.

8 Nuove soluzioni progettuali basate sui risultati delle simulazioni atomistiche: a) rappresentazione schematica della struttura a osteoni con miglioramento della zona di adesione e inserimento di nanoparticelle tenacizzanti; b) particolare della sezione dell’osteone circondato da particelle tenacizzanti con forma analoga a quella dei cristalli di idrossiapatite

Sulla scia dei risultati delle simulazioni atomistiche, si possono proporre nuove soluzioni, come mostrato schematicamente nella figura 8, basate sull’aggiunta di nanoparticelle rinforzanti in forma di piastrelle, che possano replicare la funzione tenacizzante dei nanocristalli di idrossiapatite nell’osso, e sull’aggiunte di un collante tra le fibre e tra gli osteoni stessi. Un’idea potrebbe essere l’aggiunta di un componente chimico o un trattamento chimico superficiale, che riproduce il meccanismo dei legami sacrificali che si ha tra collagene e idrossiapatite nei nanocompositi di osso. Le simulazioni atomistiche si confermano, in questo caso, uno strumento potente per il design di nuovi materiali, e di nanostrutture.

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15 R. K. Nalla, J. H. Kinney, and R. O. Ritchie, “Mechanistic fracture criteria for the failure of human cortical bone,” Nature Materials, vol. 2, pp. 164-168, 2003
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