Learning from Nature How to Design New Implantable Biomaterialsis: From Biomineralization Fundamentals to Biomimetic Materials and Processing Routes: Proceedings of the NATO Advanced Study Institute, held in Alvor, Algarve, Portugal, 13–24 October 2003

توسعه مواد برای هر کاربرد جایگزین یا بازسازی باید بر اساس درک کامل ساختاری باشد که باید جایگزین شود. این در بسیاری از زمینه ها صادق است، اما به ویژه در پزشکی جایگزین و بازسازی ضروری است. نیاز به خواص مواد تا حد زیادی به محل کاربرد و عملکردی که باید بازیابی کند بستگی دارد. در حالت ایده آل، یک ماده جایگزین باید از نظر مکانیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و عملکردی بافت زنده را تقلید کند. البته نوشتن این موضوع بسیار ساده تر از پیاده سازی در عمل بالینی است. بافت‌های معدنی مانند استخوان‌ها، دندان‌ها و پوسته‌ها در چند سال اخیر، توجه قابل‌توجهی را به عنوان ساختارهای کامپوزیتی ناهمسانگرد طبیعی با خواص مکانیکی کافی به خود جلب کرده‌اند. در واقع، طبیعت بهترین دانشمند علم مواد بوده و خواهد بود. چه کسی بهتر از طبیعت می تواند ساختارهای پیچیده طراحی کند و پدیده های پیچیده (مسیرهای پردازش) را که به شکل و ساختار نهایی (از سطح کلان تا سطح نانو) موجودات زنده منتهی می شود، کنترل کند؟ چه کسی می تواند مکانیسم های بیولوژیکی و فیزیکوشیمیایی را به گونه ای ترکیب کند که بتواند روابط ساختار-ویژگی های ایده آلی ایجاد کند؟ به جز طبیعت، چه کسی واقعاً می‌تواند اجزای ساختاری هوشمندی را طراحی کند که در محل به محرک‌های بیرونی پاسخ می‌دهند و قادر به تطبیق دائمی ریزساختار و ویژگی‌های مربوطه خود باشند؟ در خط فلسفه توصیف‌شده، بافت‌های کانی‌سازی شده و فرآیندهای زیست کانی‌سازی نمونه‌های ایده‌آلی برای یادگیری برای دانشمندان مواد در آینده هستند.

The development of materials for any replacement or regeneration application should be based on the thorough understanding of the structure to be substituted. This is true in many fields, but particularly exigent in substitution and regeneration medicine. The demands upon the material properties largely depend on the site of application and the function it has to restore. Ideally, a replacement material should mimic the living tissue from a mechanical, chemical, biological and functional point of view. Of course this is much easier to write down than to implement in clinical practice. Mineralized tissues such as bones, tooth and shells have attracted, in the last few years, considerable interest as natural anisotropic composite structures with adequate mechanical properties. In fact, Nature is and will continue to be the best materials scientist ever. Who better than nature can design complex structures and control the intricate phenomena (processing routes) that lead to the final shape and structure (from the macro to the nano level) of living creatures? Who can combine biological and physico-chemical mechanisms in such a way that can build ideal structure-properties relationships? Who, else than Nature, can really design smart structural components that respond in-situ to exterior stimulus, being able of adapting constantly their microstructure and correspondent properties? In the described philosophy line, mineralized tissues and biomineralization processes are ideal examples to learn-from for the materials scientist of the future.