Trí tuệ nhân tạo giúp phát triển các loại thuốc chống lao mới

Theo CornellChronicle, khái niệm về độ “mỏi” vật liệu được giới thiệu trong khoa học vật liệu - một khoa học nghiên cứu các tính chất của một chất trong các điều kiện khác nhau, điều rất quan trọng cho việc áp dụng các cấu trúc được tạo ra từ đó. Thông thường, khái niệm này được sử dụng trong kỹ thuật và kiến trúc, nhưng nói chung nó hoàn toàn có thể áp dụng cho cơ thể của chúng ta.

Trong nhiều thập niên, các nhà khoa học nghiên cứu bệnh loãng xương đã sử dụng hình ảnh X-quang để phân tích cấu trúc của xương và xác định các điểm mạnh và yếu. Mật độ xương là yếu tố chính thường liên quan đến sức mạnh của xương và khi đánh giá sức mạnh đó, hầu hết các nhà nghiên cứu xem xét mức độ tải trọng mà xương có thể chịu được cùng một thời điểm. Một cái nhìn mới về vấn đề này sẽ giúp ích không chỉ trong y học mà còn trong việc tạo ra các vật liệu mới bền và nhẹ cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.

Nghiên cứu bản chất của bệnh loãng xương, các nhà khoa học ở Đại học Cornell (Mỹ)đã phân tích các bức ảnh chụp bằng tia X. Mật độ xương là một yếu tố quan trọng tạo nên sức mạnh của mô và bây giờ các nhà khoa học đã phát hiện ra yếu tố nằm trong cấu trúc xương giúp bảo vệ xương.

Cấu trúc của mô xương bao gồm các thanh chống tấm dọc (vertical plate-like strut) quyết định sức mạnh của xương trong tình trạng quá tải. Ngoài ra, còn có các cấu trúc thanh chống ngang (horizontal rod-like struts) mà các nhà khoa học trước đây coi nó không liên quan đến tải trọng chính. Một phân tích kỹ lưỡng về mẫu xương đã chứng minh rằng điều này không phải vậy: chính cấu trúc nằm ngang rất quan trọng để duy trì sức mạnh của xương trong quá trình mỏi kéo dài. Nếu chịu tải trọng đột ngột và ngắn hạn thì tải trọng sẽ rơi vào cấu trúc dọc thẳng đứng, tuy nhiên, tải trọng tác động theo chu kỳ lâu dài trên mô xương được hỗ trợ bởi các cấu trúc nằm ngang. Chính các cấu trúc ngang mới quyết định “độ mỏi” của xương.

Christopher Hernandez, tác giả của nghiên cứu, giải thích rằng cùng với tuổi tác, con người trước hết bị mất các cấu trúc nằm ngang, điều này làm tăng khả năng bị gãy xương. Các nhà khoa học đã mô hình hóa mô xương bằng một loại polymer urethane methacrylate bằng cách thay đổi độ dày của các thanh đó. Và điều đó làm cho vật liệu mạnh hơn 100 lần. Các mạng được củng cố bởi cấu trúc mới có thể giúp ích không chỉ trong điều trị loãng xương, mà còn trong ngành công nghiệp nơi cần vật liệu siêu nhẹ và đặc. Ví dụ, nó sẽ hữu ích trong việc phát triển cánh máy bay mạnh hơn và nhẹ hơn chịu được tải trọng khổng lồ trong suốt chuyến bay.