Använda Nanomechanical som testar för att förstå den mekaniska effektiviteten av Biomaterials

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

En intervju som föras med Dr Igor Zlotnikov som föras av Jake Wilkinson, MSc

Varför intresseras du i den mekaniska rekvisitan av biologiska material?

Biologiska material ställer ut överlägsen mekanisk rekvisita som släktingen till deras väger, när den allra jämförs till de konstgjorda materialen för majoriteten. Förutom detta på burk organismer tankeskapelsen dessa material genom att använda en mycket inskränkt palett. Den ovanliga rekvisitan av biologiska material är ett resultat av invecklade arkitekturer som har nanoscalesärdrag. Vi som forskare, skulle något liknande för att förstå att dessa strukturerar och reproducerar dessa material.

© Kateryna Kon/Shutterstock.com

Vilka tekniker använder du tillsammans med nanoindentation?

För mekanisk analys använder vi mestadels nanoindentation tillsammans med en spänna av andra tekniker, som är också möjligheten genom att använda ett Hysitron system. Vi utför också experiment genom att använda kartlägga och den dynamiska mekaniska analysen. Vi har också använt det för en tid sedan introducerade miljö- kontrollerar arrangerar, som låter oss utföra nanomechanical testar under en kontrollerad miljö, som är extremt viktig för biologiskt silkespapper. Det biologiska silkespappret bör testas i en miljö som är liknande till dess naturliga livsmiljö, gör det inte avkänning att testa dess kapacitet, när det bäddas in i plast- och torkas - ut.

För detta resonera, oss utför många karakteriseringar under en kontrollerad miljö, med specifik uppmärksamhet till släktingfuktighet. Dessutom strukturerar många av är extremt lilla som är därför vi använder att kartlägga tekniker.  

Hur använder du nanomechanical testa till biologiska material för studien?

Det mest grundläggande bildar av material som nano-characterisationen baseras på mätningen av materialets Young modulus och hårdhet. Detta är inte nog för biologiska material, som ett stort fungerar av deras uppförande baseras på viscoelasticity.

Visoelastic svar kan inte mätas genom att använda en statisk elektricitetteknik, som är var de dynamiska analyserna, som vi använder kommer i användbart.

Har du gjort några studier på bildandet av silkespappret?

Denna är en annan aspekt av mitt labb. Vi fokuserar både på den nanomechanical karakteriseringen av biologiskt strukturerar och också på studien av biomineralizationen. Här är vi prövas att förstå hur det bosatt silkespappret kan bilda mineralized arkitekturer.

Hur förväntar du denna forskning för att få effekt sätta in av biomimeticsen?

Mig förmiddag som mestadels är involverad i grundforskning, bestämma, hur biologiska material uppför och hur de skapas, som motsatt till att skapa materialen sig själv. Emellertid har grundforskning ett stort att få effekt.

Biomimetics är ett extremt mång--disciplinärt sätter in. Den gäller att dra tillsammans kunskap från kemi, biologi, materialvetenskap och fysik. För att framkalla en överenskommelse av, hur hårt, det biologiska silkespappret bildas, sätter in alla dessa behov att vara ansedda. Biologin av cellerna, som bildar strukturera, kemin av mineralisationreaktionerna och den mekaniska rekvisitan av resultera strukturerar allt behov att vara bekant.

Biomimetics är en överbrygga mellan materialvetenskap och bio-att iscensätta, och kunskap flödar i båda riktningar. Statlig-av--konst tekniker från materialvetenskap är van vid förstår hur biologiskt strukturerar bildas och hur de utför, och därefter appliceras denna information in i designen av syntetmaterialmaterial.

Skapar vi nästan biomimetic strukturerar med liknande rekvisita till de som vi ser i verklig värld?

Detta är ett svårt ifrågasätter för att svara. Vi kan redan skapa, i någon väg som är liknande strukturerar, men vi kan inte göra dem economically. Det är dyrt och kräver ett raddaförsök.

Omvänt i den naturliga världen, strukturerar en beskjuta kan bildas, utan att måste att applicera några, pressar, och på den omgivande temperaturen. Vi stillar vet inte exakt hur denna uppnås av naturen, men vi vet att den använder en `-botten-upp' att närma sig, som hjälpmedlet beskjuta byggs från skrapa.

Vi kan bilda syntetmaterialShell-något liknande material, men vi måste att ta ett olikt att närma sig som gäller en dyr teknologi för radda, och det materiellt produceras inte i ett stort fjäll. Så strukturerar stunden som vi kan den riktigt biomimetic jordbruksprodukter, oss kan inte ännu göra dem på fjäll som naturen gör så obesvärat, som är prohibitivt dyr

Vilken utrustning använder du i din forskning?

Vi använder det Hysitron TI-950 systemet i vårt labb, detta har också tillägg för dynamisk analys, som låter oss göra kartlägga testar. Vi har en fuktighetskammare, så vi kan kontrollera fuktighet och temperatur under våra mätningar. I tillägg har vi också PicoIndenteren-85. De är de huvudsakliga toysna som vi leker omkring med.

Fuktighetskammaren var i synnerhet avgörande för vår forskning, som, när det testar biologiska material, det är det viktiga staget på biologically relevant villkorar. Vi framkallade fuktighetskammaren med Hysitron fyra år sedan. Jag var funktionsduglig i Potsdam, då vi hade idén av att konstruera kammaren och den kontaktade Hysitronen. Vi gjorde det första experiment på proto-typen, som var lyckad, och bearbeta med maskin blev kommersiellt - mer sistnämnd tillgängliga två år.

Om Dr Igor Zlotnikov

Dr. Igor Zlotnikov mottog hans PhD, i vetenskap och att iscensätta för material från Technion - det Israel, institutet av teknologi. Han fungerade som en Postdoctoral kamrat och, därpå, som en oberoende forskare på avdelningen av Biomaterials, det max Planck institutet av Colloids och har kontakt därefter.

För närvarande leder han gruppen ”Multiscale analys” i b-KUB - centrera för molekylär Bioengineering, TU Dresden. Hans forskning fokuserar på grunden ifrågasätter av hur naturen tar fördel av thermodynamic principer för att frambringa komplexa morfologier och på samspelet mellan fysik av material och cell- kontrollera i detta processaa.