Se describe un protocolo para el diseño bioinspirado para un dispositivo de muestreo basado en las mandíbulas de un erizo de mar. El proceso de bioinspiración incluye la observación de los erizos de mar, la caracterización de la boquilla, la impresión 3D de los dientes y su ensamblaje, y la bioexploración de la estructura dental.
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Artículo de método
Un protocolo para la Bioinspirada Diseño: Planta Sampler Sobre la base de erizo de mar Tiburón
En este artículo
Resumen
Resumen
El diseño bioinspirado es un campo emergente que se inspira en la naturaleza para desarrollar materiales y dispositivos de alto rendimiento. La boquilla de erizo de mar, conocida como la linterna de Aristóteles, es una fuente convincente de bioinspiración con una intrincada red de musculatura y dientes calcáreos que pueden raspar, cortar, masticar alimentos y perforar sustratos rocosos. Describimos el proceso de bioinspiración como la observación de animales, la caracterización de especímenes, la fabricación de dispositivos y la bioexploración de mecanismos. El último paso de la bioexploración permite una comprensión más profunda de la biología inicial. La arquitectura de diseño de la linterna de Aristóteles se analiza con microtomografía computarizada y los dientes individuales se examinan con microscopía electrónica de barrido para identificar la microestructura. Los diseños bioinspirados se fabrican con una impresora 3D, se ensamblan y se prueban para determinar el mecanismo de apertura y cierre de la linterna más eficiente. Los dientes del diseño de la linterna bioinspirada se bioexploran mediante el análisis de elementos finitos para explicar desde una perspectiva mecánica por qué evolucionaron las estructuras de dientes con quilla en los erizos de mar modernos que observamos. Este enfoque circular permite extraer nuevas conclusiones de la biología y la naturaleza.
Introducción
Los campos de la biología, ciencia de los materiales biológicos, biomateriales, la bioingeniería y la bioquímica emplean las técnicas científicas de la premier y mentes en un intento de proporcionar una comprensión más profunda del mundo natural increíble. Esta investigación ha explicado muchas de las estructuras biológicas más sorprendentes y organismos; de la dureza intrínseca de 1,2 hueso humano al gran pico del tucán 3. Sin embargo, gran parte de este conocimiento es difícil emplear de una manera que puede proporcionar un beneficio a la sociedad. Como resultado, el campo tangencial de Bioinspiration emplea las lecciones aprendidas de la natu....
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Protocolo
1. Materiales Biológicos Ciencia
- Use equipo de protección personal (es decir, guantes, gafas de seguridad y bata de laboratorio) y siga todos los procedimientos de seguridad aplicables para el uso de herramientas de disección.
- Enjuague el fórceps y el bisturí con agua destilada a utilizar para la disección.
- Descongelar un erizo de mar de color rosa congelada a temperatura ambiente durante 1 hora. Colocar una muestra descongelada en un recipiente de vidrio con espacio suficiente para poder maniobrar las herramientas de erizo y corte. Gire el erizo boca abajo para que las puntas de los dientes hacia arriba.
- Cortar el tej....
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Resultados
Bioinspirada diseño del dispositivo de muestreo de la linterna de Aristóteles depende en gran medida de la calidad de los métodos de caracterización utilizados. Las técnicas no invasivas como μ-TC son útiles para el análisis de toda la linterna y los dientes individuales para aplicar mejoras específicas de aplicación para el diseño bioinspirado (Figura 4). Mientras tanto, la microestructura de los dientes puede ser explorado a través de electrones secundarios y micrograf.......
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Discusión
Los erizos de mar utilizan la linterna de Aristóteles (Figura 1 A) para una variedad de funciones (alimentación, aburrido, pivotantes, etc.). El registro fósil indica que la lámpara ha evolucionado en forma y función del tipo más primitivo cidaroid al tipo de camarodont modernas erizos de mar 14. Linternas Cidaroid han longitudinalmente ranurada dientes (Figura 1B, parte superior) y unión no separados músculo a su estructura piramidal. Esto limita su movimiento hacia.......
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Divulgaciones
No tenemos nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo cuenta con el apoyo de la Iniciativa de Investigación Multiuniversitaria a través de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (AFOSR-FA9550-15-1-0009) (M. B. F., S. E. N., J.-Y. J., J. M). La recolección de erizos de mar rosados fue apoyada por los Fondos de Barcos de la Universidad de California y el Servicio Nacional de Pesca Marina de los Estados Unidos (K.N.S., J.R.A.T). Los autores agradecen a las siguientes personas: Prof. Jerry Tustaniwskyj por sus útiles sugerencias durante el desarrollo del muestreador bioinspirado de la linterna de Aristóteles, Prof. Marc A. Meyers (UCSD, Departamento de Ingeniería Mecánica....
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| BUEHLERMET II 8 PLN 600/P1200 | Buehler | 305308600102 Papel abrasivo para pulir | |
| TRIDENT POLISH CLOTH 8" PSA | Buehler | 407518 | Paño polaco para 3 μ m suspensión |
| METADI SUPREME POLY SUSP,3MIC | Buehler | 406631 | Suspensión polaca (3 μ m) |
| MICROPAÑO PARA RUEDA DE 8 PULGADAS PSA | 407218 | Tela polaca Buehler para suspensión de 50 nm | |
| SUSPENSIÓN MASTERPREP, 6 OZ | 636377006 | Buehler | (50 nm) |
| Skyscan 1076 micro-CT Scanner | Bruker | Equipo de escáner Micro-CT | |
| Amira | FEI Visualization Sciences Group | Software para la manipulación 3D de micro-CT | |
| FEI Philips XL30 | FEI Philips | ESEM equipo para la caracterización de secciones transversales de dientes pulidos | |
| Software de diseño SolidWorks Sistemas | Dassault | Software de diseño para el dispositivo bioinspirado de dibujo CAD | |
| SolidWorks Software de simulación | Dassault Systems | Software de simulación para la prueba de esfuerzo del dispositivo bioinspirado de dibujo CAD | |
| Dimension 1200es | Stratasys | para la fabricación de un dispositivo bioinspirado a partir de dibujos CAD | |
| ABSplus | Plástico de la impresora 3D | Stratasys |
Referencias
- Nalla, R. K., Kruzic, J. J., Ritchie, R. O. On the origin of the toughness of mineralized tissue: Microcracking or crack bridging? Bone. 34 (5), 790-798 (2004).
- Ritchie, R. O., Buehler, M. J., Hansma, P. Plasticity and toughness in bone. Physics Today. 62 (6), 41-47 (2009....
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Reimpresiones y permisos
