Esmalte de investigación Nanostructure con Nanoindentation

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

Una entrevista con el Dr. S Amini, conducto por Jake Wilkinson, MSc

¿Por qué está usted interesado en biomateriales?

¿Como adolescente, por naturaleza me sorprendieron y eran preguntado porqué la gente perdió sus dientes permanente, mientras que los tiburones regeneraron sus dientes regularmente? Estas preguntas estaban siempre en mi mente.

© theowl84/Shutterstock.com

Mi interés primario era mecánica de sólidos. Durante el programa de mi capitán, conseguí familiar con los biomateriales, y comencé un proyecto con la escuela de la odontología en los materiales del reconstituyente del diente. El interés en materiales biológicos fomenta convertido durante mi programa del Ph.D. en el laboratorio biológico y de Biomimetic de los materiales (BBML) en la universidad tecnológica de Nanyang, Singapur.

Mi proyecto fue centrado principal en tejidos duros biológicos. Últimamente, me trasladé al Max Planck Institute de los coloides y de los interfaces, departamento de los biomateriales, donde tengo la ocasión de colaborar de cerca con nuestros diversos grupos de investigación y de explorar diversos modelos biológicos. Actualmente, estoy trabajando en propiedades estructurales y reacciones mecánicas de los modelos biológicos de la daño-resistencia, tales como enameloid de los dientes del tiburón y esmalte de dientes humana.

¿Cómo los compuestos sintetizados comparan a las propiedades de dientes?

Minerales y proteínas, los bloques huecos de la esmalte natural, enredados en formas complejas para visualizar las propiedades que van lejos mayores que sus propiedades individuales. Estas estructuras jerárquicas, que se componen de bloques huecos disponibles y simples, están mucho más alla cualquier cosa que podemos producir sintetizadamente. Además, no podemos imitar los gradientes en los materiales sintetizados que podemos ver en materiales biológicos, tales como el diente humano. Estos gradientes tienen un papel crucial en la reacción y el funcionamiento mecánicos de los modelos biológicos.

Podemos ahora utilizar artificial los compuestos de cerámica o del polímero para reparar nuestros dientes, pero nunca recuperamos las propiedades originales puesto que inducimos interfaces artificiales y reemplazamos la estructura nivelada del diente por un material homogéneo con las propiedades desequilibradas. La naturaleza ha adoptado estrategias de diseño complejas para lograr los compuestos biológicos de alto rendimiento que vencen estímulos externos duros, mientras que obstaculiza la falla del tensión-desequilibrio de impedancia que ocurre durante el cargamento cíclico.

¿Cómo usted ha estado utilizando el nanoindentation para fomentar su comprensión de biomateriales?

La caracterización mecánica de materiales data unas centenas años. Los estudios diversos dieron lugar a una base de datos completa para la reacción mecánica de materiales. Sin embargo, debido a las limitaciones tecnológicas, ingenieros no podían caracterizar la reacción mecánica de las microestructuras para distinguir el comportamiento de los bloques huecos, o el papel de sus ordenaciones espaciales.

Los gracias a los avances recientes en técnicas mecánicas de la caracterización, tales como microscopia de la fuerza y nanoindentation atómicos, podemos ahora caracterizar las características microestructurales de los materiales. Estos avances permiten que consideremos el papel de micro y de nanostructures en la reacción mecánica de las estructuras totales. Por ejemplo, podemos entender cómo la presencia de minerales y su ordenación pueden afectar al endurecimiento o a la fortaleza de las muestras.

¿Qué técnicas de proyección de imagen usted utiliza junto al nanoindentation como parte de su investigación?

He utilizado diversas técnicas de proyección de imagen, tales como microscopia electrónica óptica y, proyección de imagen micra del CT, y proyección de imagen espectroscópica de Raman, junto a mis estudios del nanoindentation. Combinando estas técnicas, podemos correlacionar las propiedades estructurales y mecánicas de las muestras.

¿Cómo realizando un experimento del nanoindentation en el material biológico compara a los experimentos convencionales del nanoindentation?

Hay lotes de estudios los materiales homogéneos, inorgánicos o poliméricos de alrededor. Por lo tanto, la mayor parte de los métodos de ensayo se desarrollan para estos materiales.

Inversamente, las fases orgánicas son sensibles a la humedad y a la temperatura, y pueden desnaturalizar simple si no salvado y preparado correctamente. Como consecuencia, los protocolos específicos son necesarios asegurarse de que las muestras guardan sus características nativas.

¿Por qué es el uso de una cámara de atmósfera controlada importante para su investigación?

Utilizamos con frecuencia cámaras de la humedad de modo que las propiedades mecánicas extraídas no sean afectadas por la deshidratación. El efecto de la deshidratación depende del grado de mineralización de las muestras. Por ejemplo, si es una muestra altamente mineralizada, la deshidratación no afecta importante a las propiedades mecánicas. Sin embargo, para las muestras suaves que son altamente orgánicas, como la piel y músculo, después control del medio ambiente (principal humedad) es necesario. Los tejidos necesitan ser probados en su ambiente funcional; si no, no tendrán la misma reacción mecánica.

¿Dónde usted prevee que nuestra comprensión de biomateriales nos tome?

Nuestra comprensión de biomateriales continúa convertirse. Los sistemas que podemos utilizar para medirlos están llegando a ser cada vez más sofisticados, autorizándonos para descubrir cada vez más sobre su estructura y comportamiento. Mi campo se basa en la caracterización de estos materiales que no los producen, aunque las rupturas nosotros hagan la alimentación directamente a los ingenieros materiales que utilizan esta información para crear los materiales cada vez más potentes.

Las nuevas técnicas de la ingeniería nos están trayendo más cercano a crear los materiales biomimetic, que podrán igualar ésos que vemos en el mundo natural. Por ejemplo, la impresión 3D permitirá que emulemos al 3D complejo o a la estructura entretejida considerado en los modelos biológicos esos los resultados en sus propiedades asombrosas. Podremos replegar exacto las configuraciones que vemos en materiales biológicos y que creamos los materiales de ingeniería que los imitan exacto. Sin embargo, los materiales nos todavía limitamos talla y.

¿Qué valor usted ve en conferencias experto-llevadas tales como Nanobrüken?

De mi experiencia personal, incluso con el acceso a través del Internet y de los gorrones, los grupos científicos con diversos fondos todos en todo el mundo no se conectan de la manera que deben ser. Tener estos seminarios y discusiones interdisciplinarios, científicos puede subir con nuevas ideas y soluciones innovadoras para su propia investigación. Además, usted consigue algunos casos de un funcionamiento de las personas para diseñar o para desarrollar un método de la prueba para su investigación; sin embargo, un método similar que se ha solicitado ya años en un diverso campo se puede modificar para requisitos particulares para su propia investigación.

Las conferencias que se centran en técnicas en vez de área de investigación, como Nanobrüken, son útiles, porque no importa qué su fondo, usted puede asistir y conseguir a nuevas ideas en otros campos. Facilita la distribución de ideas y nos ayuda todos a realizar nuestra investigación más efectivo.

Sobre el Dr. Shahrouz Amini

El Dr. Amini es investigador postdoctoral en el Max Planck Institute de los coloides y del interfaz, departamento de los biomateriales (supervisor: Profesor Peter Fratzl). Con su fondo de la investigación en la caracterización y las propiedades mecánicas de materiales biológicos, el Dr. Amini está conducto estudios en modelos biológicos tolerantes del daño tales como esmalte de diente.

Shahrouz recibió su grado del doctorado de la universidad tecnológica de Nanyang, el departamento de la ciencia material y la ingeniería (consejero: Profesor Ali Miserez). En 2016, le concedieron un “premio a la excelencia de la investigación” para su trabajo del doctorado sobre el club dactilo del camarón de predicador y sus estrategias del endurecimiento.

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