Onderzoek - ontwikkeling en innovatie
3 februari 2026
Nieuwe inzichten brengen metamaterialen dichter bij betere botimplantaten
Metamaterialen zijn composieten met een uiterst nauwkeurig ontworpen structuur. Niet de gebruikte stoffen, maar juist die interne opbouw bepaalt hun bijzondere eigenschappen. Zo’n metamateriaal bestaat meestal uit identieke, herhalende bouwstenen: de zogeheten eenheidscellen. Nieuw onderzoek van promovendus Shyam Veluvali, professor Anastasiia Krushynska en collega’s van de Rijksuniversiteit Groningen, het UMCG en de Karlstad Universiteit in Zweden laat zien dat de mechanische eigenschappen van deze materialen sterk afhangen van het aantal eenheidscellen en de manier waarop ze zijn geordend.
Beeld-abstract van het onderzoek | Small Structures / RUG
In het wetenschappelijke tijdschrift Small Structures beschrijven de onderzoekers hoe de afmetingen van de bouwstenen invloed hebben op het gedrag van een metamateriaal, zoals de elasticiteit. Ook blijkt dat het totale aantal blokken de materiaaleigenschappen verandert. Hoe groter het aantal eenheidscellen, hoe voorspelbaarder het structurele gedrag wordt. Deze kennis maakt het mogelijk om de mechanische eigenschappen van metamaterialen nauwkeuriger te voorspellen, wat vooral relevant is voor toepassingen zoals botimplantaten.
Een nieuw type implantaat
Tegenwoordig worden botimplantaten meestal gemaakt van titaniumlegeringen, die veel stijver zijn dan natuurlijk bot. Daardoor nemen implantaten, bijvoorbeeld in de kaak, het grootste deel van de belasting bij kauwen en praten over. Het omliggende bot wordt minder belast en kan daardoor verzwakken. ‘Wij stellen voor om conventionele implantaten te vervangen door een metamateriaal’, zegt Veluvali. Door de interne structuur van het materiaal aan te passen, kan de stijfheid worden afgestemd op die van het bot. Zo delen bot en implantaat de belasting, waardoor het bot gezond en sterk blijft.
Het onderzoek laat daarnaast zien dat ook het type kracht een belangrijke rol speelt. ‘We ontdekten dat verschillende belastingen, zoals schuifkrachten, rek of torsie, uiteenlopende effecten kunnen hebben op hetzelfde metamateriaal’, aldus Veluvali. Dat inzicht ontbrak tot nu toe, omdat eerdere studies zich meestal op slechts één soort belasting richtten.
De resultaten zijn niet alleen waardevol voor de ontwikkeling van medische implantaten, zoals orthopedische of wervelkolomimplantaten, maar ook voor andere toepassingen. Denk aan grijpers van robotarmen of energie-absorberende structuren zoals autobumpers. ‘Door de juiste grootte en rangschikking van de bouwstenen te kiezen, kunnen we veiligere en duurzamere constructies ontwerpen voor uiteenlopende toepassingen’, concluderen de onderzoekers.
Meer nieuws over Onderzoek - ontwikkeling en innovatie
