Facendo uso della prova di Nanomechanical per capire il risparmio di temi meccanico dei biomateriali

Thought LeadersDr Igor ZlotnikovGroup Leader "Multiscale Analysis"
Center for Molecuar and Cellular Bioengineering
Technische Universität Dresden

Un'intervista condotta con Dott. Igor Zlotnikov, condotto da Jake Wilkinson, MSc

Perché siete interessato nei beni meccanici dei materiali biologici?

I materiali biologici presentano i beni meccanici superiori riguardante il loro peso una volta confrontati alla maggior parte di tutti i materiali artificiali. Oltre a questo, gli organismi possono costruire questi materiali facendo uso di una tavolozza molto limitata. I beni eccezionali dei materiali biologici sono un risultato delle architetture complesse che hanno funzionalità del nanoscale. , Come scienziati, vorremmo capire queste strutture e riprodurremmo questi materiali.

© Kateryna Kon/Shutterstock.com

Che tecniche usate accanto al nanoindentation?

Per l'analisi meccanica, principalmente usiamo il nanoindentation accanto ad un intervallo di altre tecniche, che sono egualmente possibili facendo uso di un sistema di Hysitron. Egualmente eseguiamo gli esperimenti facendo uso della mappatura e dell'analisi meccanica dinamica. Egualmente stiamo usando la fase recentemente introdotta di controllo dell'ambiente, che permette che noi eseguiamo le prove nanomechanical nell'ambito di un ambiente controllato, che è estremamente importante per il tessuto biologico. Il tessuto biologico dovrebbe essere provato in un ambiente simile al suo habitat naturale, non ha significato verificare la sua prestazione quando è incassato in plastica ed è asciugato.

Per questo motivo, eseguiamo molte caratterizzazioni nell'ambito di un ambiente controllato, con l'attenzione specifica ad umidità relativa. Ulteriormente, molte delle strutture sono estremamente piccole che è perché usiamo la mappatura delle tecniche.  

Come siete prova nanomechanical usando per studiare i materiali biologici?

Il modulo più fondamentale della nano-caratterizzazione dei materiali è basato sulla misura del modulo di Young e della durezza del materiale. Ciò non è abbastanza per i materiali biologici, poichè una grande funzione del loro comportamento è basata su viscoelasticità.

Le risposte di Visoelastic non possono essere misurate facendo uso di una tecnica statica, che è dove le analisi dinamiche che usiamo vengono in utile.

State facendo degli studi sulla formazione di tessuto?

Ciò è un altro aspetto del mio laboratorio. Mettiamo a fuoco sia sulla caratterizzazione nanomechanical delle strutture biologiche che anche sullo studio del biomineralization. Qui, stiamo provando a capire come il tessuto vivente può formare le architetture mineralizzate.

Come invitare questa ricerca per urtare il campo del biomimetics?

Principalmente sono coinvolgere nella ricerca fondamentale, determinare come i materiali biologici si comportano e come sono creati, rispetto a creare i materiali stessi. Tuttavia, la ricerca fondamentale ha un grande impatto.

Biomimetics è un campo estremamente pluridisciplinare. Comprende ricavare insieme la conoscenza dalla chimica, dalla biologia, dalla scienza dei materiali e dalla fisica. Per sviluppare una comprensione di quanto duro, il tessuto biologico è formato, tutti questi campi devono essere considerati. La biologia delle celle che formano la struttura, la chimica delle reazioni di mineralizzazione ed i beni meccanici della struttura risultante tutti devono essere conosciuti.

Biomimetics è un ponte fra scienza dei materiali e la bioingegneria e la conoscenza entra in entrambe le direzioni. Le tecniche avanzate da scienza dei materiali sono usate per capire come le strutture biologiche sono formate e come eseguono e poi questi informazioni sono applicate nella progettazione dei materiali sintetici.

Siamo vicino a creare le strutture biomimetic con i simili beni a quei che vediamo nel mondo reale?

Ciò è una domanda difficile da rispondere. Possiamo già creare, per alcuni versi, le simili strutture ma non possiamo farli economicamente. È costosa e richiede molto sforzo.

Per contro, nel mondo naturale, una struttura a guscio può essere formata senza dovere applicare tutta la pressione ed alla temperatura ambiente. Ancora non sappiamo esattamente questo è raggiunto di natura, ma sappiamo che usa un approccio dal basso del `', che significa che lo shell è sviluppato da zero.

Possiamo formare i materiali del tipo di shell sintetici ma dobbiamo adottare un approccio differente che comprende molta tecnologia costosa ed il materiale non è prodotto in una larga scala. Così, mentre possiamo produrre le strutture vero biomimetic, non possiamo ancora farli al disgaggio che la natura agisce in tal modo che non richiede sforzo, che è proibitivamente costosa

Che strumentazione utilizzate nella vostra ricerca?

Utilizziamo il sistema di Hysitron TI-950 nel nostro laboratorio, questo egualmente abbiamo l'adjunta dell'analisi dinamica, che permette che noi facciamo le prove di mappatura. Abbiamo una camera di umidità in modo da possiamo gestire l'umidità e la temperatura durante le nostre misure. Inoltre, egualmente abbiamo il PicoIndenter-85. Quelli sono i giocattoli che principali bighelloniamo con.

La camera di umidità in particolare era cruciale per la nostra ricerca come quando verificare i materiali biologici, è importante da restare alle circostanze biologicamente pertinenti. Abbiamo sviluppato la camera di umidità con Hysitron quattro anni fa. Stavo lavorando a Potsdam, quando abbiamo avuti l'idea di costruzione la camera e del Hysitron contattato. Abbiamo fatto il primo esperimento sul prototipo, che riusciva ed il commputer si è trasformato in in due anni disponibili nel commercio più successivamente.

Circa Dott. Igor Zlotnikov

Il Dott. Igor Zlotnikov ha ricevuto il suo PhD nella scienza e nell'assistenza tecnica dei materiali da Technion - l'istituto di tecnologia dell'Israele. Poi ha lavorato come collega postdottorale e, successivamente, come ricercatore indipendente al dipartimento dei biomateriali, al Max Planck Institute dei colloidi ed alle interfacce.

Corrente, piombo il gruppo “l'analisi di Multiscale„ in CUBO di B - concentri per la bioingegneria molecolare, TU Dresda. La sua ricerca mette a fuoco sulla domanda fondamentale di come la natura approfitta dei principi termodinamici per generare le morfologie complesse e sull'interazione fra fisica dei materiali e controllo cellulare in questo trattamento.