3D-печатные структуры повторили компактное соединение кости и сухожилия

Учёные Делфтского технического университета разработали стратегию соединения двух разных типов 3D-печатных метаматериалов. Созданные структуры воспроизводят принцип работы энтезиса — короткой, но прочной зоны, в которой жёсткая кость переходит в гибкое сухожилие.

Кость и сухожилие обладают противоположными механическими свойствами. Первая должна сопротивляться деформации, а второе — растягиваться и передавать нагрузку от мышцы к скелету. При этом граница между ними занимает очень небольшое расстояние и редко разрушается при нормальной работе организма.

Повторить такой переход в инженерных конструкциях сложно. При прямом соединении твёрдого и гибкого материалов на границе возникает концентрация напряжений, из-за которой деталь может разрушиться. Если же делать постепенный переход слишком длинным, он перестаёт соответствовать компактной природной структуре.

Команда TU Delft использовала два класса метаматериалов — материалов, свойства которых определяются не только составом, но и внутренней геометрией. Первый тип основан на непрерывных поверхностях, или TPMS-структурах, и подходит для относительно жёстких конструкций. Второй состоит из сетки соединённых стержней и лучше повторяет поведение более мягких тканей.

Исследователи разработали алгоритм, который подбирает совместимые пары поверхностных и стержневых решёток. Затем программа выравнивает их геометрию и добавляет переходную ячейку, объединяющую свойства обеих структур. В результате вместо резкой границы формируется короткая зона с постепенным изменением механических характеристик.

Работу алгоритма проверили на нескольких образцах, изготовленных методом 3D-печати. Механические испытания показали, что вычислительно спроектированные переходы создают прочное соединение между двумя семействами метаматериалов. Авторы не сообщают о тестах на живых тканях, животных или пациентах.

Следующий этап исследования связан с клеточными экспериментами. Учёные планируют выращивать клетки на гибридных конструкциях и изучать, как геометрия влияет на прикрепление, рост и специализацию клеток. Если подход подтвердит биологическую совместимость, его можно будет рассматривать для будущих имплантов и тканевой инженерии.

Работа опубликована 5 октября 2026 года в журнале Nature Communications. Авторы подчёркивают, что представленная технология является инструментом для дальнейших исследований: до клинического применения необходимы проверки биосовместимости, долговечности, безопасности и эффективности в реальных медицинских условиях.

Источник: Tech Xplore