科學家對鳥類蛋殼生成過程有了新見解未來可用來改善韌帶修復手術
鳥類的蛋殼非常不可思議,它只需20 個小時就能從一束有機纖維中生成一個完全成型、高度組織化和鈣化的結構。堅硬的蛋殼具有保護功能,但它與蛋內的一層濕纖維膜相連,這層纖維膜增強了蛋殼的強度。(從煮熟的雞蛋上剝開蛋殼,就能看到薄薄的內膜)。
研究人員研究了雞卵如何形成堅硬的外殼,並將其牢牢固定在柔軟的內膜上,這些見解有可能改善重建手術,如修復撕裂的韌帶,在這種手術中,外科醫生需要將軟硬材料結合在一起。
現在,加拿大麥吉爾大學的研究人員利用先進的成像技術研究了柔軟的蛋膜是如何固定在堅硬的蛋殼上的,希望利用這些資訊來改進需要將柔軟、潮濕的纖維固定在堅硬材料上的外科整形手術。
這項研究的通訊作者馬克-麥基(Marc McKee)說:「直到現在,還沒有人考慮過這兩種截然不同的物質(一種是堅硬的人造橡膠,另一種是柔軟的纖維膜)之間的界面是如何在奈米尺度上固定下來的。我們對這種軟硬界面的發現非常了不起。”
接受手術修復撕裂韌帶(尤其是前十字韌帶)的運動員往往會因為重新連接失敗而不得不接受進一步的手術。這就是外科醫生在將軟的東西固定到硬的東西上時所面臨的困難。
研究人員在研究雞蛋時發現,在雞蛋發育的一個階段,也就是產蛋之前,蛋殼會將礦物質奈米尖刺送入包圍蛋內容物的底層膜的柔軟、順從的表面纖維中,無論是蛋白和蛋黃還是發育中的雞胚胎。
從蛋殼送入蛋膜的奈米尖刺大大增加了材料之間的界面表面積,將軟材料固定在硬材料上,防止纖維在蛋殼內滑動。這是一種保存方法:膜脫落會對生長中的胚胎造成致命傷害,會削弱蛋殼,和/或使病原體進入蛋內。
研究人員認為,他們對蛋殼-薄膜界面的新發現可能會帶來新的工程混合複合材料,其中包含礦物奈米釘設計和新的程序,從而改善醫療和牙科整形手術的效果。
這項研究發表在《iScience》雜誌上。