Esmalte de investigação Nanostructure com Nanoindentation

Thought LeadersDr. Shahrouz AminiMax Planck Institute of Colloids and InterfaceDepartment of Biomaterials

Uma entrevista com Dr. S Amini, conduzido por Jake Wilkinson, CAM

Por que está você interessado nos matérias biológicos?

Como um adolescente, eu fui surpreendido por natureza e querido saber porque os povos perderam seus dentes permanentemente, quando os tubarões regeneraram seus dentes regularmente? Estas perguntas estavam sempre em minha mente.

© theowl84/Shutterstock.com

Meu interesse preliminar era contínuo - mecânicos. Durante o programa do meu mestre, eu obtive familiar com os matérias biológicos, e comecei um projecto com a escola de odontologia em materiais do restaurador do dente. O interesse em materiais biológicos promove tornado durante meu programa do Ph.D. no laboratório biológico e de Biomimetic dos materiais (BBML) na universidade tecnologico de Nanyang, Singapura.

Meu projecto foi focalizado principalmente em tecidos duros biológicos. Ultimamente, eu transportei-me ao Max Planck Institute dos colóides e das relações, departamento dos matérias biológicos, onde eu tenho a possibilidade colaborar intimamente com nossos grupos de investigação diferentes e explorar modelos biológicos diferentes. Actualmente, eu estou trabalhando em propriedades estruturais e em respostas mecânicas de modelos biológicos da dano-resistência, tais como o enameloid dos dentes do tubarão e o esmalte de dentes humano.

Como os compostos sintéticos comparam às propriedades dos dentes?

Minerais e proteínas, os blocos de apartamentos do esmalte natural, complicados em formas complexas para indicar as propriedades que vão distante maiores do que suas propriedades individuais. Estas estruturas hierárquicas, que são compor de blocos de apartamentos disponíveis e simples, são para além de qualquer coisa que nós podemos produzir sintètica. Além, nós não podemos imitar os inclinações nos materiais sintéticos que nós podemos ver em materiais biológicos, tais como o dente humano. Estes inclinações têm um papel crucial na resposta e no desempenho mecânicos dos modelos biológicos.

Nós podemos agora artificial usar os compostos cerâmicos ou do polímero para reparar nossos dentes, mas nós nunca recuperamos as propriedades originais desde que nós induzimos relações artificiais e substituímos a estrutura classificada do dente com um material homogéneo com propriedades combinadas mal. A natureza adotou estratégias de projecto complexas para conseguir os compostos biológicos de capacidade elevada que superam estímulos externos ásperos, ao impedir a falha da esforço-má combinação que ocorre durante a carga cíclica.

Como você tem usado o nanoindentation para promover sua compreensão dos matérias biológicos?

A caracterização mecânica dos materiais data alguns cem anos. Os estudos diversos conduziram a uma base de dados detalhada para a resposta mecânica dos materiais. Contudo, devido às limitações tecnologicos, coordenadores não podiam caracterizar a resposta mecânica das microestrutura para diferenciar o comportamento dos blocos de apartamentos, ou o papel de seu regime espacial.

Agradecimentos aos avanços recentes em técnicas mecânicas da caracterização, tais como a microscopia da força e o nanoindentation atômicos, nós podemos agora caracterizar as características microstructural dos materiais. Estes avanços permitem que nós considerem o papel de micro e de nanostructures na resposta mecânica das estruturas totais. Por exemplo, nós podemos compreender como a presença de minerais e seu regime podem afectar a dureza ou a dureza das amostras.

Que técnicas de imagem lactente você usa ao lado do nanoindentation como parte de sua pesquisa?

Eu usei técnicas de imagem lactente diferentes, tais como a microscopia óptica e de elétron, a micro imagem lactente do CT, e a imagem lactente espectroscópica de Raman, ao lado de meus estudos do nanoindentation. Combinando estas técnicas, nós podemos correlacionar as propriedades estruturais e mecânicas das amostras.

Como executando uma experiência do nanoindentation no material biológico compara às experiências convencionais do nanoindentation?

Há uns lotes dos estudos materiais homogéneos, inorgánicos ou poliméricos de cerco. Conseqüentemente, a maioria das metodologias de teste são desenvolvidas para estes materiais.

Inversamente, as fases orgânicas são sensíveis à umidade e à temperatura, e podem simplesmente desnaturar se não armazenado e preparado correctamente. Em conseqüência, os protocolos específicos são necessários certificar-se de que as amostras mantêm suas características nativas.

Por que é o uso de uma câmara ambiental importante para sua pesquisa?

Nós usamos freqüentemente câmaras da umidade de modo que as propriedades mecânicas extraídas não sejam afectadas pela desidratação. O efeito da desidratação depende do grau de mineralização das amostras. Por exemplo, se é uma amostra altamente mineralizada, a desidratação não afecta significativamente as propriedades mecânicas. Contudo, para as amostras macias que são altamente orgânicas, como a pele e o músculo, a seguir controle ambiental (principalmente umidade) é necessário. Os tecidos precisam de ser testados em seu ambiente funcional; se não, não terão a mesma resposta mecânica.

Onde você espera nossa compreensão dos matérias biológicos nos tomar?

Nossa compreensão dos matérias biológicos continua a tornar-se. Os sistemas que nós podemos se usar para os medir estão tornando-se cada vez mais sofisticados, autorizando nos para descobrir cada vez mais sobre seus estrutura e comportamento. Meu campo é baseado na caracterização destes materiais que não produzem os, embora as descobertas nós façam a alimentação directamente aos coordenadores materiais que usam esta informação para criar materiais cada vez mais poderosos.

As técnicas novas da engenharia estão trazendo-nos mais perto de criar os materiais biomimetic, que poderão combinar aqueles que nós vemos no mundo natural. Por exemplo, a impressão 3D permitirá que nós emulem o 3D complexo ou a estrutura entrelaçada considerado nos modelos biológicos esses resultados em suas propriedades surpreendentes. Nós poderemos replicate exactamente os testes padrões que nós vemos em materiais biológicos e criamos os materiais de engenharia que os imitam exactamente. Contudo, nós somos limitados ainda pelo tamanho e pelos materiais.

Que valor você vê em conferências perito-conduzidas tais como Nanobrüken?

De minha experiência pessoal, mesmo com o acesso através do Internet e dos jornais, os grupos científicos com fundos diferentes todos não são conectados em todo o mundo na maneira que devem ser. Ter estes seminários e discussões interdisciplinars, cientistas pode vir acima com ideias novas e soluções inovativas para sua própria pesquisa. Além disso, você consegue alguns casos de um funcionamento da equipe projectar ou desenvolver um método do teste para sua pesquisa; contudo, um método similar que seja aplicado já por anos em um campo diferente pode ser personalizado para sua própria pesquisa.

As conferências que centram-se sobre técnicas em vez da área de pesquisa, como Nanobrüken, são úteis, porque não importa o que seu fundo, você pode atender e obter a ideias novas em outros campos. Facilita a partilha das ideias e ajuda-nos todos a executar mais eficazmente nossa pesquisa.

Sobre o Dr. Shahrouz Amini

O Dr. Amini é um pesquisador cargo-doutoral no Max Planck Institute dos colóides e da relação, departamento dos matérias biológicos (supervisor: Prof. Peter Fratzl). Com seu fundo da pesquisa na caracterização e nas propriedades mecânicas de materiais biológicos, o Dr. Amini está conduzindo estudos em modelos biológicos tolerantes de dano tais como o esmalte de dente.

Shahrouz recebeu seu grau do PhD da universidade tecnologico de Nanyang, departamento da ciência de materiais e engenharia (conselheiro: Prof. Ali Miserez). Em 2016, foi concedido da “um prémio por excelência pesquisa” para seu trabalho do PhD no clube do dáctilo do camarão de louva-a-deus e nas suas estratégias endurecer.

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