This work is supported by Multi-University Research Initiative through the Air Force Office of Scientific Research of the United States (AFOSR-FA9550-15-1-0009) (M. B. F., S. E. N., J.-Y. J., J. M). Collection of pink sea urchins was supported by the University of California Ship Funds and the US National Marine Fisheries Service (K.N.S., J.R.A.T). The authors acknowledge the following people: Prof. Jerry Tustaniwskyj for helpful suggestions during development of the bioinspired Aristotle's lantern sampler, Prof. Marc A. Meyers (UCSD, Dept. of Mechanical and Aerospace Engineering, Materials Science and Engineering Program), Prof. Robert L. Sah and Esther Cory (UCSD, Dept. of Bioengineering), and Dr. Maya deVries (Marine Biology Research Division, Scripps Institution of Oceanography). We also thank undergraduate students Sze Hei Siu, Jerry Ng and Ivan Torres for polishing urchin teeth cross-sections.

1. ביולוגית חומרי מדע <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ללבוש ציוד מגן אישי (כלומר, כפפות, משקפי מגן וחלוק מעבדה) ולעקוב אחר כל נהלי הבטיחות חלו על שימוש בכלים לנתח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף מלקחי אזמל עם מים מזוקקים להשתמש לנתיחה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפשיר וקיפוד ים ורוד קפוא ב RT עבור שעה 1. מניח דגימה מופשרת בצלחת זכוכית עם מספיק מקום כדי להיות מסוגל לתמרן את כלי קיפוד וחיתוך. סובב את הקיפוד במהופך כך טיפי שיניים עם פנים כלפי מעלה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחתוך את רקמת החיבור מסביב פנסו של אריסטו עם אזמל בזהירות להרים את הפנס. שוטפים את הפנס מעל עם מים זורמים מזוקקים. בטל חלקי קיפוד בשימוש במכל סילוק פסולת ראוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את הפנס של אריסטו ושוב כך קצות השיניים עם הפנים כלפי מטה. אתר את סוף plumula של כל שן (מול אל הקצה) פונה כלפי מעלה להשתמש במלקחיים כדי לטפלמלא להחליק החוצה שיניים בודדות מן המנורה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כן אפוקסי סיר השיניים. לשקול 5 גרם של שרף ולהוסיף 1.15 גרם של מקשה (למשל, 100 חלקים שרפו 23 חלקים hardener לפי משקל) מגש פלסטיק חד פעמי רדוד. מערבבי תוכן יחד לאט בלי ליצור בועות. הערה: אל תשאיר אפוקסי מעורב שאריות במיכל עם חשיפה מספקת לאווירה. תהליך הריפוי פולט חום יכול להצית חומרים דליקים סמוכים. אל תכניסו אפוקסי שאריות מעורב במנדף מאוורר היטב הרחק פריטים דליקים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סוך צינור פלסטיק 2.5 DRAM (22 מ&quot;מ קוטר פנימי, 39 מ&quot;מ אורך) באמצעות וזלין מוחל עם אצבע ולנגב עודף כלשהו עם רקמה. מלאו את חצי צינור עם אפוקסי מעורב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש במלקחיים כדי להרים שן ובזהירות להשקיע אותה אפוקסי עם הצד הקעור המעוקל כלפי מעלה. תנו לרפא אפוקסי ב RT למשך 24 שעות. הערה: מנע את קצה השן נסחף לגעתקיר צינור הפלסטיק כמו מרפא אפוקסי מאז זה יגרום ליטוש הקצה קשה יותר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את צינור הפלסטיק עם אפוקסי נרפא במלחציים. הדק את המלחציים לאט עד סדק נעשה בצינור הפלסטיק. לקלף פלסטיק שיורית מפני השטח אפוקסי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש חתך ראה לחתוך אפוקסי סביב השן עד גוש קטן (1 ס&quot;מ 3). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן באזור נקי לליטוש להקים תחנת עבודה שטוחה עם לוח פלסטיק קשיח. מלאו בקבוק להשפריץ עם מים מזוקקים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל עם נייר הזכוכית חצץ הנמוך ביותר הזמינה (למשל, 120) וסוחט כמות קטנה של מים מהבקבוק לשטוף על נייר הזכוכית. באמצעות לחץ קל, לשפשף המדגם בגב אחד ושוב כיוון (למשל, שמאל וימין) במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף את פני השטח של המדגם מעל כיור ולנגב עם טישו חלקיק חופשי. הסר חצץ נייר זכוכית שאריות עם אוויר דחוס במשך 15 שניות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בהדרגה נייר זכוכית חצץ גבוה (למשל, 600 ו- 2,400) לחזור פרוטוקול צעדים 1.6.1 1.6.2. באמצעות לחץ קל, לשפשף את המדגם הלוך ושוב בכיוון ניצבת הצעד הפולני הקודם (למשל, למעלה למטה, משמאל לימין). הערה: שימוש במיקרוסקופ אור בהגדלה 20X לראות שריטות בניצב מצטלבים עם כל רמה חצץ (למשל, 120, 600, 2,400). עבור אל נייר הזכוכית חצץ הבאה גבוהה כאשר סריטות המרמה חצצה הקודמת להיעלם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו בקבוק להשפריץ עם ההשעיה ליטוש יהלומים 3-מיקרומטר 1: פתרון מים מזוקקים 1. השתמשו במטלית פולנית עבור השעיות יהלום לחזור פרוטוקול צעדים 1.6.1 1.6.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו בקבוק להשפריץ עם ההשעיה ליטוש אלומינה 0.5 מיקרומטר ביחס של 1: פתרון מים מזוקקים 1. השתמש משטח ליטוש microcloth לחזור פרוטוקול צעדים 1.6.1 1.6.2. הערה: סריטות פיין מ פרוטוקול שלבי 1.6.4 ו 1.6.5 לא תהיה visible בהגדלה 20X. לקבלת שלבי פרוטוקול אלה, פולנים במשך 5 דקות בתוך קדימה ואחורה בתנועה כדי להסיר את כל השריטות הקודמות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את המשטח המלוטש עם רקמת חלקיקים ללא מים ושימוש מזוקקים עם אוויר דחוס כדי יבש בזהירות. עוטפים עם רקמת חלקיק חופשי לשמור לסיים את המראה המלוטש. הערה: יבש של המשטחים מכל סוגי הליטוש עם הפנים כלפי מטה על רקמות חלקיק גדולות ללא תשלום. אחסן בתוך שרוול פלסטיק כדי למנוע חלקיקי אבק יישוב על פני השטח בין זמני ליטוש. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את מיקרו שן הים קיפוד באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM). השתמש coater גמגום לקרטע אירידיום עם זרם בתצהיר של 85 מילי-אמפר עבור 10 שניות על גבי משטח השן מלוטש עבור עובי הציפוי של ~ 20 ננומטר. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג תמונות מיקרוסקופ ב 250X - הגדלה 4,000X באמצעות SEM. הערה: השתמש 5 kV ב אלקטרונים סורקים במצב (SE) ו -15 קילו ב אלקטרון גב מפוזר (BSE) במצב. השתמש במצב BSE לזהות לבלף קלציטERS וביניהם מטריצה ​​רב-גבישי מועשר Mg. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע טומוגרפיה מיקרו ממוחשבת (μ-CT) סריקות של קיפוד ים ורוד כולו פנס של אריסטו גזור טרי. מקם מדגם מופשר בתוך המכל בתא סגור עם רקמת לחלח לספק סביבה humidified בזמן הסריקה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סרוק את קיפוד כולו ואת הפנס של אריסטו ידי μ-CT עם גודל voxel איזוטרופיים של 36.00 מיקרומטר ו 9.06 מיקרומטר, בהתאמה. החל הפוטנציאל החשמלי של 100 KVP ו -70 KVP עם הנוכחי של 100 מילי-אמפר ו 141 mA, עבור קיפוד כולו ואת הפנס של אריסטו, בהתאמה, באמצעות מסנן אלומיניום 1.0 מ&quot;מ עבור שניהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל אלגוריתם תיקון קרן התקשות במהלך שחזור תמונה לתת דין וחשבון על חפצי התקשות קרן שנובעים ממקור μ-CT רנטגן פולט צילומי רנטגן של אנרגיות מרובות באמצעות הפרוטוקול של היצרן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בתוכנת ההדמיה כדי לחדד IMAge פילוח ולרכוש מודל רשת משולש למבנה הפנס של אריסטו. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען ותצוגה מקדימה נתוני תמונת הפנס של אריסטו מן סריקת μ-CT. התאימו את גודל voxel (9.06 מיקרומטר) לערכים מן הסריקה מיקרו-CT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפונקצית טיוח נפח לדמיין את פנס אריסטו בחלל 3D. התאם את פרוסת מאונך 2D עם מודול התיבה התוחמת ולהתאים את ערך סף / צבע עם מודול טיוח נפח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפוך מגזרי מסכה לאזור של עניין (למשל, שן ים קיפוד) באמצעות עורך הפילוח. בחר XY, YZ, XZ ומטוסים ונוף איזומטרי 3D. השתמש שרביט קסמים (חץ שחור) כדי להבחין בין מבנים פשוטים (שן לעומת הפירמידה) ב הפנס של אריסטו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> משחזר את שטח מודל מתחומי מסכת החילוץ. בחר את מודול דור Surface וליישם. הסר את הסימון ליד נפח טיוח הגדרות כדי לקבל את המשטח העליון הגלוי להיעלם. מוסיפים אתמודול צפה Surface להצגת תוצאת השטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פשט את שטח המודל על ידי הקטנת מספר הפרצופים כדי &lt;18,000. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עריכת רשת משולשת פרט על פני שטח המודל לפי צורך. שמור את המודל כקובץ stereolithography (STL) לייצוא לשימוש עם תוכנת מידול בעזרת מחשב עיצוב (CAD). </li></ol></li></ol> 2. עיצוב Bioinspired <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפנס של אריסטו מן הסריקה מיקרו-CT כהתייחסות לעשות עיצוב bioinspired עם תוכנת מודלים CAD. הערה: עיצוב bioinspired יש חמש שיניים מעוקלות עם גובה 6 סנטימטרי קוטר 8 סנטימטר עבור הפנס הסגור. זה ישתנה עד ~ 5x מגודל פנסו של אריסטו הטבעי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את חלקי קובץ STL בכונן בזק ולהעלות את קבצי דוגמנות בתצהיר התמזג (FDM) מדפסת 3D. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גומי סינתטי ניטריל טען (ABS) מחסניות חומר פלסטי ותמיכה פלסטיק לחריצים המתאימים של p 3Drinter. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את בסיס מודלים בפלטפורמת Z וליישר כרטיסיות עם חריצים על מגש מתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח כל אחד מהחלקים קובץ STL ופעל בהתאם לשלבים מסך התצוגה כדי להדפיס את כל חלקי הפנס בעת ובעונה אחת. הערה: חלקי Lantern חייבים להתאים מעטפת הבניין (25 x 25 x 30 סנטימטרים 3) עבור מדפסת 3D. כל חמש השיניים מסודרות על בסיס המודלים מודפסות בו זמנית עם קצה השן פונה כלפי מעלה. שיעור לבנות הוא 16 ס&quot;מ 3 לשעה הזמן לבנות הכולל הוא כ 8 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שחרר את בסיס המודלים מלשוניות כשכל חלקי הקובץ מודפסים וחלק את הבסיס מתוך מדפסת 3D במקביל למובילי המגש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מרית מתכת לחטט בכל החלקים מהבסיס וקובץ מתכת להתיש כל פלסטיק נוסף מצורף החלקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את החלקים המודפסים לתוך אמבט בסיס מחומם עד להמסת חומר פלסטי תמיכה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הדקו כל שן לזרוע משותף עם liמוט nk ושתי טבעות שמירה-E צידיו. הערה: עיין איור 6 להרכבת פנסו של אריסטו bioinspired. </li></ol> 3. Bioexploration <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש קובץ CAD עבור שן bioinspired לעשות דוגמנות אלמנטים סופית מבחן ניתוח מתח (פאם). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את הקובץ (xx.sldprt) לעשות ניתוח הנדסי נוסף. מעל הלשונית &quot;מוצרי Office&quot;, בחר בלחצן &quot;SolidWorks סימולציה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מעל הלשונית &quot;סימולציה&quot;, בחר בלחצן &quot;יועץ לימודים&quot; ולאחר מכן את האפשרות הנפתחת &quot;מחקר חדש&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את סוג מבחן סימולציה שיופעל על ידי בחירת &quot;סטטי&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברשימת הבדיקה סטטי, לחץ לחיצה ימנית על &quot;גופים&quot; ובחר &quot;גיאומטריה קבועה&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקש על פניהם הפנימיים להוסיף גופים כדי ההרכבה החורה איפה סיכות תלכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברשימת הבדיקה סטטי, לחץ לחיצה ימנית על &quot;המון חיצוניים&quot; אין תמיכה בבחירהt &quot;חיל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על השן שחיקה טיפ פונה ליישם 45 N כוח אל הקצוות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברשימת הבדיקה סטטי, לחץ לחיצה ימנית על &quot;המון חיצוני&quot; ובחר &quot;Gravity&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ציין &quot;Plane למעלה&quot; לכוח הכבידה להחיל נורמלי המטוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברשימת הבדיקה סטטי, לחץ לחיצה ימנית על &quot;Mesh&quot; ובחר &quot;צור Mesh&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את סרגל קנה המידה עבור &quot;צפיפות Mesh&quot; כל הדרך ימינה עבור &quot;פיין&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברשימת הבדיקה סטטי, לחץ לחיצה ימנית על &quot;סטטי&quot; ובחר &quot;הפעל&quot; כדי להפעיל את הבדיקה. הערה: סרגל הסולם בצבע עבור תחומי הלחץ הגבוה ביותר ואת &quot;כוח התשואה&quot;. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השוואת תוצאות בדיקת ניתוח מתח עבור שן bioinspired עם ובלי השדרית. </li></ol>

<ol>
	<li>Nalla, R. K., Kruzic, J. J., Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+origin+of+the+toughness+of+mineralized+tissue:+Microcracking+or+crack+bridging?.">On the origin of the toughness of mineralized tissue: Microcracking or crack bridging?.</a> Bone. 34 (5), 790-798 (2004).</li><li>Ritchie, R. O., Buehler, M. J., Hansma, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+and+toughness+in+bone.">Plasticity and toughness in bone.</a> Physics Today. 62 (6), 41-47 (2009).</li><li>Seki, Y., Schneider, M. S., Meyers, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+and+mechanical+behavior+of+a+toucan+beak.">Structure and mechanical behavior of a toucan beak.</a> Acta Mater. 53 (20), 5281-5296 (2005).</li><li>Feng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-hydrophobic+surfaces:+From+natural+to+artificial.">Super-hydrophobic surfaces: From natural to artificial.</a> Adv. Mater. 14 (24), 1857-1860 (2002).</li><li>Sun, T. L., Feng, L., Gao, X. F., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+surfaces+with+special+wettability.">Bioinspired surfaces with special wettability.</a> Acc. Chem. Res. 38 (8), 644-652 (2005).</li><li>Feng, X. J., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+creation+of+superwetting/antiwetting+surfaces.">Design and creation of superwetting/antiwetting surfaces.</a> Adv. Mater. 18 (23), 3063-3078 (2006).</li><li>Arzt, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+and+artificial+attachment+devices:+Lessons+for+materials+scientists+from+flies+and+geckos.">Biological and artificial attachment devices: Lessons for materials scientists from flies and geckos.</a> Mat. Sci. Eng. C. 26 (8), 1245-1250 (2006).</li><li>Geim, A. K., Dubonos, S. V., Grigorieva, I. V., Novoselov, K. S., Zhukov, A. A., Shapoval, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfabricated+adhesive+mimicking+gecko+foot-hair.">Microfabricated adhesive mimicking gecko foot-hair.</a> Nat. Mater. 2 (7), 461-463 (2003).</li><li>Munch, E., Launey, M. E., Alsem, D. H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tough,+bio-inspired+hybrid+materials.">Tough, bio-inspired hybrid materials.</a> Science. 322 (5907), 1516-1520 (2008).</li><li>Launey, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Designing+highly+toughened+hybrid+composites+through+nature-inspired+hierarchical+complexity.">Designing highly toughened hybrid composites through nature-inspired hierarchical complexity.</a> Acta Mater. 57 (10), 2919-2932 (2009).</li><li>Launey, M. E., Munch, E., Alsem, D. H., Saiz, E., Tomsia, A. P., Ritchie, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+biomimetic+approach+to+the+design+of+high-performance+ceramic-metal+composites.">A novel biomimetic approach to the design of high-performance ceramic-metal composites.</a> J. R. Soc. Interface. 7 (46), 741-753 (2010).</li><li>Jelinek, F., Smit, G., Breedveld, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+spring-loaded+biopsy+harvester-Experimental+prototype+design+and+feasibility+tests.">Bioinspired spring-loaded biopsy harvester-Experimental prototype design and feasibility tests.</a> J. Med. Devices. 8 (1), 015002 (2014).</li><li>Jelinek, F., Goderie, J., van Rixel, A., Stam, D., Zenhorst, J., Breedveld, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioinspired+crown-cutter-The+impact+of+tooth+quantity+and+bevel+type+on+tissue+deformation,+penetration+forces,+and+tooth+collapsibility.">Bioinspired crown-cutter-The impact of tooth quantity and bevel type on tissue deformation, penetration forces, and tooth collapsibility.</a> J. Med. Devices. 8 (4), 041009 (2014).</li><li>Reich, M., Smith, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Origins+and+biomechanical+evolution+of+teeth+in+echnoids+and+their+relatives.">Origins and biomechanical evolution of teeth in echnoids and their relatives.</a> Palaeontology. 52 (5), 1149-1168 (2009).</li><li>Scarpa, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Modelli di Bionica, Capire la Natura Sttraverso i Modelli. , (1985).</li><li>Trogu, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bionics+and+Design:+Pure+and+Applied+Research.">Bionics and Design: Pure and Applied Research.</a> , (2014).</li><li>Porter, M. M., Adriaens, D., Hatton, R. L., Meyers, M. A., McKittrick, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioexploration:+How+engineering+designs+help+elucidate+the+evolution+of+seahorse+tails.">Bioexploration: How engineering designs help elucidate the evolution of seahorse tails.</a> , (2015).</li><li>Porter, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioinspired Design: Magnetic Freeze Casting. , (2014).</li><li>De Ridder, C., Lawrence, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Food+and+feeding+mechanisms:+Echinoidea.">Food and feeding mechanisms: Echinoidea.</a> Echinoderm Nutrition. , (1982).</li><li>Killian, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-sharpening+mechanism+of+the+sea+urchin+tooth.">Self-sharpening mechanism of the sea urchin tooth.</a> Adv. Funct. Mater. 21 (4), 682-690 (2011).</li><li>Kier, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolutionary+trends+and+their+functional+significance+in+the+post-paleozoic+echinoids.">Evolutionary trends and their functional significance in the post-paleozoic echinoids.</a> J. Paleo. 48 (3), 1-95 (1974).</li><li>Wang, R. Z., Addadi, L., Weiner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+strategies+of+sea+urchin+teeth:+structure,+composition+and+micromechanical+relations+to+function.">Design strategies of sea urchin teeth: structure, composition and micromechanical relations to function.</a> Phil. Trans. R. Soc. B: Biol. Sci. 352 (1352), 469-480 (1997).</li><li>Ma, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+grinding+tip+of+the+sea+urchin+tooth+exhibits+exquisite+control+over+calcite+crystal+orientation+and+Mg+distribution.">The grinding tip of the sea urchin tooth exhibits exquisite control over calcite crystal orientation and Mg distribution.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106 (15), 6048-6053 (2009).</li><li>Markel, K., Gorny, P., Abraham, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructure+of+sea+urchin+teeth.">Microstructure of sea urchin teeth.</a> Fortschritte der Zoologie. 24 (2-3), 103-114 (1977).</li><li>Andrietti, F., MD, C. a. r. n. e. v. a. l. i. . C. a. n. d. i. a., Wilkie, I. C., Lanzavecchia, G., Melone, G., Celentano, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+analysis+of+the+sea-urchin+lantern:+the+overall+system+in+Paracentrotus+lividus.">Mechanical analysis of the sea-urchin lantern: the overall system in Paracentrotus lividus.</a> J. Zool., London. 220, 345-366 (1990).</li><li>Ellers, O., Telford, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forces+generated+by+the+jaws+of+Clypeasteroids+(Echinodermata:+Echionoidea).">Forces generated by the jaws of Clypeasteroids (Echinodermata: Echionoidea).</a> J. Exp. Biol. 155, 585-603 (1991).</li><li>Candia Carnevali, M. D., Wilkie, I. C., Lucca, E., Andrietti, F., Melone, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Aristotle's+lantern+of+the+sea-urchin+Stylocidaris+affinis+(Echinoida,+Cidaridae):+functional+morphology+of+the+musculo-skeletal+system.">The Aristotle's lantern of the sea-urchin Stylocidaris affinis (Echinoida, Cidaridae): functional morphology of the musculo-skeletal system.</a> Zoomorphology. 113 (3), 173-189 (1993).</li><li>Wilkie, I. C., Candia Carnevali, M. D., Andrietti, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+of+sea-urchin+lantern+muscles:+a+comparative+investigation+of+intact+muscle+groups+in+Paracentrotus+lividus+(Lam)+and+Stylocidaris+affinis+(Phil)+(Echinodermata,+Echinoidea).">Mechanical properties of sea-urchin lantern muscles: a comparative investigation of intact muscle groups in Paracentrotus lividus (Lam) and Stylocidaris affinis (Phil) (Echinodermata, Echinoidea).</a> J. Comp. Physiol. B. 168 (3), 204-212 (1998).</li><li>Witze, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NASA+plans+Mars+sample-return+rover.">NASA plans Mars sample-return rover.</a> Nature. 509 (7500), 272 (2014).</li></ol>

We have nothing to disclose.

קיפודי ים להשתמש בפנס של אריסטו (איור 1 א) עבור מגוון רחב של פונקציות (האכלה, משעממות, סיבוב, וכו &#39;). המאובנים עולים כי הפנס התפתח צורה ותפקוד מן הסוג cidaroid הפרימיטיבי ביותר לסוג camarodont של קיפודי ים מודרניים 14. פנסים Cidaroid יש מחורץ longitudinally שיניים (א...

בתחומי ביולוגיה, מדע חומרים ביולוגיים, חומרים ביולוגיים, Bioengineering וביוכימיה להעסיק בטכניקות מדעיות הבכורה ומוחה בניסיון לספק הבנה עמוקה יותר של העולם הטבעי המדהים. מחקר זה הסביר רב של מבנים ביולוגיים הכי המדהימים ואורגניזמים; מן הקשיחות הפנימית של עצמות אדם 1,2 אל המקור הגדול של טוקאן 3. עם זאת, הרבה של הידע הזה קשה להעסיק באופן שיכול לספק תועלת לחברה. כתוצאה מכך, בתחום המשיק של bioinspiration מעסיק את הלקחים מן הטבע לחומרים מודרניים כדי לפתור בעיות נפוצות. דוגמאות כוללות משטחים הידרופובי בהשראת לוטוס משאיר 4-6, משטחים דבקים בהשראת הרגליים של שממיות וחרקי 7,8, קרמיקה קשוחה בהשראת הצדף של אוזן ים 9-11 מוסקי ביופסיה בהשראת שופרו של קיפוד הים, גם לָדַעַתn כמו פנס של אריסטו 12,13. קיפודי ים הם בעלי חיים חסרי חוליות מכוסות קוצי גידול אשר לרוב מורכב המיטות הקשות על קרקעית האוקיינוס. הגוף (שנקרא מבחן) של מינים קיפוד הגדול יכול להיות יותר מ 18 ס&quot;מ קוטר; גודל מבחן קיפודי ים ורוד (Strongylocentrotus fragilis) שנבדקו במחקר זה יכול לגדול עד 10 ס&quot;מ קוטר. הפנס של אריסטו מורכב מחמישה השיניים סידן פחמתי ברובה נתמך על ידי מבנים הפירמידה מורכבת רקמות mineralized וסידר לתוך במערך דמוי כיפה התוחמים את כל אבל קצות שחיקה הדיסטלי של השיניים (איור 1 א). מבנה השריר של הלסתות מסוגל ללעוס יעיל מגרד אפילו נגד אבני אוקיינוס ​​קשות ואלמוגים. כשהמלתעות פתוחות, מזדקרות השיניים החוצה וכאשר הלסתות קרובות, השיניים לחזור פנימה בתנועה חלקה אחת. השוואה בין primitivדואר (לעיל) ומודרניים (להלן) שן קיפוד ים חתכים (האיור 1B) עולים כי שן התמוטט התפתח לחזק את השן כאשר מתחכך מצעים קשים. לכל שן בודד עקמומיות קמורה מעט מורפולוגיה דמוית T במישור הרוחבי (הרגיל לכיוון הצמיחה) בשל השדרית המצורפת אורכים (איור 1 ג &#39;, ד&#39;). Bioinspiration מתחיל עם תצפית של תופעות טבע מעניינות, כגון תנועת הלעיסה היעילה של הפנס של אריסטו קיפודי ים. מבנה זה טבעי בתחילה שבי אריסטו כי זה הזכיר לו פנס צופר עם השמשות צופרות נשארות בחוץ. יותר מאלפיים שנה מאוחר יותר, Scarpa הוקסם המורכבות של הפנס של אריסטו שהוא ובהמשך Trogu חיקה תנועת לעיסה הטבעית באמצעות נייר בלבד גומיות (איור 2 א) 15,16. באופן דומה, ילינק היה bioinspired ידי גפִּסוּל תנועת פנסו של אריסטו ופתח מקצרת ביופסיה טובה שיכולים לבודדת רקמת tumorous בבטחה בלי להפיץ תאים סרטניים (התרשים 2B, C) ​​12,13. במקרה זה, עיצוב bioinspired נוצל כדי להפוך התקן ביו שמתאים צורך ספציפי עבור יישום רצוי. פרוטוקול העיצוב המתואר כאן חל על סמפלר משקע bioinspired ידי קיפודי ים. באמצעות מדע חומרים ביולוגיים, את המבנה הטבעי של הפנס של אריסטו מאופיין. עיצוב Bioinspired מזהה יישומים פוטנציאליים שבהם מנגנונים טבעיים ניתן לשפר באמצעות שימוש בחומרים מודרניים ושיטות ייצור. העיצוב הסופי הוא בחינה מחודשת דרך הפריזמה של bioexploration להבין כיצד מבנה השן הטבעית התפתח (איור 3). צעד bioexploration האחרון, המוצע על ידי פורטר 17,18, משתמש בשיטות ניתוח הנדסי לדוארXPLORE ולהסביר תופעות ביולוגיות. כל הצעדים החשובים של תהליך bioinspiration מוצגים כדוגמה רתימת הטכנולוגיה, שאושרו מראש על ידי הטבע, אשר ניתן להשתמש בהם לפתרון בעיות מודרניות. הפרוטוקול שלנו, מונע על ידי נהלי bioinspiration הקודמים הציגו עבור יישומים ספציפיים על ידי ארצט 7, הוא ממוקד עבור ביולוגים, מהנדס וכל מי היא בהשראת הטבע.

<table><tbody><tr><td>BUEHLERMET II 8 PLN 600/P1200</td><td>Buehler</td><td>305308600102</td><td>Abrasive paper for polishing</td></tr><tr><td>TRIDENT POLISH CLOTH 8&quot; PSA</td><td>Buehler</td><td>407518</td><td>Polish cloth for 3 &amp;#956;m suspension</td></tr><tr><td>METADI SUPREME POLY SUSP,3MIC</td><td>Buehler</td><td>406631</td><td>Polish suspension (3&amp;nbsp;&amp;#956;m)</td></tr><tr><td>MICROCLOTH FOR 8 IN WHEEL PSA</td><td>Buehler</td><td>407218</td><td>Polish cloth for 50 nm suspension</td></tr><tr><td>MASTERPREP SUSPENSION, 6 OZ</td><td>Buehler</td><td>636377006</td><td>Polish suspension (50&amp;nbsp;nm)</td></tr><tr><td>Skyscan 1076 micro-CT Scanner</td><td>Bruker</td><td></td><td>Micro-CT scanner equipment</td></tr><tr><td>Amira software</td><td>FEI Visualization Sciences Group</td><td></td><td>Software for 3D manipulation of Micro-CT scans</td></tr><tr><td>FEI Philips XL30</td><td>FEI Philips</td><td></td><td>ESEM equipment for characterization of polished tooth cross-sections</td></tr><tr><td>SolidWorks Design software</td><td>Dassault Systems</td><td></td><td>Design software for CAD drawing bioinspired device</td></tr><tr><td>SolidWorks Simulation software</td><td>Dassault Systems</td><td></td><td>Simulation software for stress test of CAD drawing bioinspired device</td></tr><tr><td>Dimension 1200es</td><td>Stratasys</td><td></td><td>3D printer for fabrication of bioinspired device from CAD drawing</td></tr><tr><td>ABSplus</td><td>Stratasys</td><td></td><td>3D printer plastic</td></tr></tbody></table>

a protocol for bioinspired design: a ground sampler based on sea urchin jaws

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, known as the Aristotle's lantern, is a compelling source of bioinspiration with an intricate network of musculature and calcareous teeth that can scrape, cut, chew food and bore holes into rocky substrates. We describe the bioinspiration process as including animal observation, specimen characterization, device fabrication and mechanism bioexploration. The last step of bioexploration allows for a deeper understanding of the initial biology. The design architecture of the Aristotle's lantern is analyzed with micro-computed tomography and individual teeth are examined with scanning electron microscopy to identify the microstructure. Bioinspired designs are fabricated with a 3D printer, assembled and tested to determine the most efficient lantern opening and closing mechanism. Teeth from the bioinspired lantern design are bioexplored via finite element analysis to explain from a mechanical perspective why keeled tooth structures evolved in the modern sea urchins we observed. This circular approach allows for new conclusions to be drawn from biology and nature.

עיצוב Bioinspired של מכשיר דגימת פנס של אריסטו תלוי במידה רבה על איכות שיטות האפיון בשימוש. טכניקות לא פולשני כמו μ-CT מועילות לניתוח הפנס כולו ושיני פרט ליישם שיפורים ספציפיים ליישום על עיצוב bioinspired (איור 4). בינתיים, מיקרו השן יכול להיחקר באמצעות ...

Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws at JoVE.com

A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws

A protocol for bioinspired design is described for a sampling device based on the jaws of a sea urchin. The bioinspiration process includes observing the sea urchins, characterizing the mouthpiece, 3D printing of the teeth and their assembly, and bioexploring the tooth structure.

פרוטוקול עיצוב Bioinspired: סמפלר קרקע בהתבסס על הים Urchin מלתעות

Bioinspired design is an emerging field that takes inspiration from nature to develop high-performance materials and devices. The sea urchin mouthpiece, ...

a-protocol-for-bioinspired-design-ground-sampler-based-on-sea-urchin

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.0K Views.  University of California, San Diego. A protocol for bioinspired design is described for a sampling device based on the jaws of a sea urchin. The bioinspiration process includes observing the sea urchins, characterizing the mouthpiece, 3D printing of the teeth and their assembly, and bioexploring the tooth structure. 

Video: A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and detritus, and excreting particulate and dissolved compounds, they serve as important agents for benthic-pelagic coupling. Accurately measuring the compounds removed and excreted by suspension feeders (such as sponges, ascidians, polychaetes, bivalves) is crucial for the study of their physiology, metabolism, and feeding ecology, and is fundamental to determine the ecological relevance of the nutrient fluxes mediated by these organisms. However, the assessment of the rate by which suspension feeders process particulate and dissolved compounds in nature is restricted by the limitations of the currently available methodologies. Our goal was to develop a simple, reliable, and non-intrusive method that would allow clean and controlled water sampling from a specific point, such as the excurrent aperture of benthic suspension feeders, in situ. Our method allows simultaneous sampling of inhaled and exhaled water of the studied organism by using minute tubes installed on a custom-built manipulator device and carefully positioned inside the exhalant orifice of the sampled organism. Piercing a septum on the collecting vessel with a syringe needle attached to the distal end of each tube allows the external pressure to slowly force the sampled water into the vessel through the sampling tube. The slow and controlled sampling rate allows integrating the inherent patchiness in the water while ensuring contamination free sampling. We provide recommendations for the most suitable filtering devices, collection vessel, and storing procedures for the analyses of different particulate and dissolved compounds. The VacuSIP system offers a reliable method for the quantification of undisturbed suspension feeder metabolism in natural conditions that is cheap and easy to learn and apply to assess the physiology and functional role of filter feeders in different ecosystems.

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

We introduce the VacuSIP, a simple, non-intrusive, and reliable method for clean and accurate point sampling of water. The system was developed and evaluated for the simultaneous collection of the water inhaled and exhaled by benthic suspension feeders in situ, to cleanly measure removal and excretion of particulate and dissolved compounds.

VacuSIP, שיטת INEX משופרת<em&gt; באתרו</em&gt; מדידה של חלקיקים מומס תרכובות מעובד על ידי האכלת השעית Active

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Environment

Building Finite Element Models to Investigate Zebrafish Jaw Biomechanics

Skeletal morphogenesis occurs through tightly regulated cell behaviors during development; many cell types alter their behavior in response to mechanical strain. Skeletal joints are subjected to dynamic mechanical loading. Finite element analysis (FEA) is a computational method, frequently used in engineering that can predict how a material or structure will respond to mechanical input. By dividing a whole system (in this case the zebrafish jaw skeleton) into a mesh of smaller 'finite elements', FEA can be used to calculate the mechanical response of the structure to external loads. The results can be visualized in many ways including as a 'heat map' showing the position of maximum and minimum principal strains (a positive principal strain indicates tension while a negative indicates compression. The maximum and minimum refer the largest and smallest strain). These can be used to identify which regions of the jaw and therefore which cells are likely to be under particularly high tensional or compressional loads during jaw movement and can therefore be used to identify relationships between mechanical strain and cell behavior. This protocol describes the steps to generate Finite Element models from confocal image data on the musculoskeletal system, using the zebrafish lower jaw as a practical example. The protocol leads the reader through a series of steps: 1) staining of the musculoskeletal components, 2) imaging the musculoskeletal components, 3) building a 3 dimensional (3D) surface, 4) generating a mesh of Finite Elements, 5) solving the FEA and finally 6) validating the results by comparison to real displacements seen in movements of the fish jaw.

Finite Element Analysis is a frequently used tool to investigate the mechanical performance of structures under load. Here we apply its use to modeling the biomechanics of the zebrafish jaw.

בניית מודלים אלמנטים סופיים לחקור ביומכניקה לסת דג הזברה

Skeletal morphogenesis occurs through tightly regulated cell behaviors during development; many cell types alter their behavior in response to mechanical ...

Developmental Biology

Methods for Image-based Surveys of Benthic Macroinvertebrates and Their Habitat Exemplified by the Drop Camera Survey for the Atlantic Sea Scallop

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the approach more practical than in the past. Image-based surveys allow for initial samples to be revisited and are non-invasive compared to traditional survey methods that typically involve nets or dredges. Protocols for image-based surveys can vary greatly but should be driven by target species behavior and survey objectives. To demonstrate this, we describe our most recent methods for an Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) drop camera survey to provide a procedural example and representative results. The procedure is divided into three critical steps that include survey design, data collection, and data products. The influence of scallop behavior and the survey goal of providing an independent assessment of the U.S. sea scallop resource on the survey procedure are then discussed in the context of generalizing the method. Overall, the broad applicability and flexibility of the University of Massachusetts Dartmouth School for Marine Science and Technology (SMAST) drop camera survey demonstrates the method could be generalized and applied to a variety of sessile invertebrates or habitat focused research.

Image based surveying is an increasingly practical, non-invasive method to sample the marine environment. We present the protocol of a drop camera survey that estimates the abundance and distribution of the Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus). We discuss how this protocol can be generalized for application to other benthic macroinvertebrates.

שיטות מבוססות-תמונה סקרים Macroinvertebrates בנתיק ואת הגידול שלהם כשניסחתי את הסקר המצלמה טיפה על צדפת הים האטלנטי

Underwater imaging has long been used in the field of marine ecology but decreasing costs of high-resolution cameras and data storage have made the ...

The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and tissues in the adult body form. Yet, each year more components of individual signaling pathways are discovered, and studies indicate that depending on the context there is significant cross-talk among most of these pathways. This complexity makes studying cell-to-cell signaling in any in vivo developmental model system a difficult task. In addition, efficient functional analyses are required to characterize molecules associated with signaling pathways identified from the large data sets generated by next generation differential screens. Here, we illustrate a straightforward method to efficiently identify components of signal transduction pathways governing cell fate and axis specification in sea urchin embryos. The genomic and morphological simplicity of embryos similar to those of the sea urchin make them powerful in vivo developmental models for understanding complex signaling interactions. The methodology described here can be used as a template for identifying novel signal transduction molecules in individual pathways as well as the interactions among the molecules in the various pathways in many other organisms.

The Power of Simplicity: Sea Urchin Embryos as in Vivo Developmental Models for Studying Complex Cell-to-cell Signaling Network Interactions

This video article details a straightforward in vivo methodology that can be used to systematically and efficiently characterize components of complex signaling pathways and regulatory networks in many invertebrate embryos.

כוחה של פשטות: עובר קיפוד ים כמו<em&gt; ב Vivo</em&gt; מודלים התפתחותי לימוד Cell ל-תא קומפלקס אינטראקציות רשת איתות

Remarkably few cell-to-cell signal transduction pathways are necessary during embryonic development to generate the large variety of cell types and ...

Design and Use of an Apparatus for Quantifying Bivalve Suspension Feeding at Sea

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves (i.e., mussels, oysters, and clams) presents new challenges. Quantitative data on the feeding behavior of suspension-feeding mollusks is necessary to determine important ecosystem interactions of offshore shellfish farms, including their carrying capacity, the competition with the zooplankton community, the availability of trophic resources at different depths, and the deposition to the benthos. The biodeposition method is used to quantify feeding variables in suspension-feeding bivalves in a natural setting and represents a more realistic proxy than laboratory experiments. This method, however, relies upon a stable platform to satisfy the requirements that water flow rates supplied to the shellfish remain constant and the bivalves are undisturbed. A flow-through device and process for using the biodeposition method to quantify the feeding of bivalve mollusks were modified from a land-based format for shipboard use by building a two-dimensional gimbal table around the device. Planimeter data reveal a minimal pitch and yaw of the chambers containing the test shellfish despite boat motion, the flow rates within the chambers remain constant, and operators are able to collect the biodeposits (feces and pseudofeces) with sufficient consistency to obtain accurate measurements of the bivalve clearance, filtration, selection, ingestion, rejection, and absorption at offshore shellfish aquaculture sites.

A flow-through device for using the biodeposition method to quantify filtration and feeding behavior of bivalve mollusks was modified for shipboard use. A two-dimensional gimbal table built around the device isolates the apparatus from boat motion, thereby allowing the accurate quantification of bivalve filtration variables at offshore shellfish aquaculture sites.

עיצוב ושימוש של מנגנון לכימות תנועת השעיה של ביואלו האכלה בים

As shellfish aquaculture moves from coastal embayments and estuaries to offshore locations, the need to quantify ecosystem interactions of farmed bivalves ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

פלטפורמה רובוטית לחקר Foreflipper של אריה ים קליפורני

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Engineering

Characterization Of Multi-layered Fish Scales (Atractosteus spatula) Using Nanoindentation, X-ray CT, FTIR, and SEM

The hierarchical architecture of protective biological materials such as mineralized fish scales, gastropod shells, ram&#8217;s horn, antlers, and turtle shells provides unique design principles with potentials for guiding the design of protective materials and systems in the future. Understanding the structure-property relationships for these material systems at the microscale and nanoscale where failure initiates is essential. Currently, experimental techniques such as nanoindentation, X-ray CT, and SEM provide researchers with a way to correlate the mechanical behavior with hierarchical microstructures of these material systems1-6. However, a well-defined standard procedure for specimen preparation of mineralized biomaterials is not currently available. In this study, the methods for probing spatially correlated chemical, structural, and mechanical properties of the multilayered scale of A. spatula using nanoindentation, FTIR, SEM, with energy-dispersive X-ray (EDX) microanalysis, and X-ray CT are presented.

Characterization Of Multi-layered Fish Scales Atractosteus spatula Using Nanoindentation, X-ray CT, FTIR, and SEM

This paper presents the methods used for probing spatially correlated chemical, structural, and mechanical properties of the multilayered scale of Atractosteus spatula (A. spatula) using nanoindentation, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray computed tomography (X-ray CT). The experimental results have been used to investigate the design principles of protective biological materials.

אפיון של קשקשים דגים שכבתיים Multi-(<em&gt; מרית Atractosteus</em&gt;) באמצעות Nanoindentation, רנטגן CT, FTIR, וSEM

The hierarchical architecture of protective biological materials such as mineralized fish scales, gastropod shells, ram&#8217;s horn, antlers, and turtle ...

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics paradigm, especially in biomedical research. Recreating artificial life-like actuation dynamics is crucial for a soft-robotic system. However, the precise control and tuning of actuation behavior still represents one of the main challenges of modern soft robotic systems. This method describes a low-cost, highly scalable, and easy-to-use procedure to fabricate an electrically controllable soft robot with life-like movements that is activated and controlled by the contraction of cardiac muscle tissue on a micropatterned sting ray-like hydrogel scaffold. The use of soft photolithography methods makes it possible to successfully integrate multiple components in the soft robotic system, including micropatterned hydrogel-based scaffolds with carbon nanotubes (CNTs) embedded gelatin methacryloyl (CNT-GelMA), poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), flexible gold (Au) microelectrodes, and cardiac muscle tissue. In particular, the hydrogels alignment and micropattern are designed to mimic the muscle and cartilage structure of the sting ray. The electrically conductive CNT-GelMA hydrogel acts as a cell scaffold that improves the maturation and contraction behavior of cardiomyocytes, while the mechanically robust PEGDA hydrogel provides structural cartilage-like support to the whole soft robot. To overcome the hard and brittle nature of metal-based microelectrodes, we designed a serpentine pattern that has high flexibility and can avoid hampering the beating dynamics of cardiomyocytes. The incorporated flexible Au microelectrodes provide electrical stimulation across the soft robot, making it easier to control the contraction behavior of cardiac tissue.

A bioinspired scaffold is fabricated by a soft photolithography technique using mechanically robust and electrically conductive hydrogels. The micropatterned hydrogels provide directional cardiomyocyte cell alignment, resulting in a tailored direction of actuation. Flexible microelectrodes are also integrated into the scaffold to bring electrical controllability for a self-actuating cardiac tissue.

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...

High Throughput Microinjections of Sea Urchin Zygotes

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of treatment solution is loaded into a microinjection needle that is used to physically inject individual immobilized cells or embryos. Despite the need for initial training to perform this procedure for high-throughput delivery, microinjection offers maximum efficiency and reproducible delivery of a wide variety of treatment solutions (including complex mixtures of samples) into cells, eggs or embryos. Applications to microinjections include delivery of DNA constructs, mRNAs, recombinant proteins, gain of function, and loss of function reagents. Fluorescent or colorimetric dye is added to the injected solution to enable instant visualization of efficient delivery as well as a tool for reliable normalization of the amount of the delivered solution. The described method enables microinjection of 100-400 sea urchin zygotes within 10-15 min.

Microinjection is a common technique used to deliver DNA constructs, mRNAs, morpholino antisense oligonucleotides or other treatments into eggs, embryos, and cells of various species.

התפוקה microinjections גבוה של zygotes קיפודי הים

Microinjection into cells and embryos is a common technique that is used to study a wide range of biological processes. In this method a small amount of ...

Biology

Dissection and Flat-mounting of the Threespine Stickleback Branchial Skeleton

The posterior pharyngeal segments of the vertebrate head give rise to the branchial skeleton, the primary site of food processing in fish. The morphology of the fish branchial skeleton is matched to a species' diet. Threespine stickleback fish (Gasterosteus aculeatus) have emerged as a model system to study the genetic and developmental basis of evolved differences in a variety of traits. Marine populations of sticklebacks have repeatedly colonized countless new freshwater lakes and creeks. Adaptation to the new diet in these freshwater environments likely underlies a series of craniofacial changes that have evolved repeatedly in independently derived freshwater populations. These include three major patterning changes to the branchial skeleton: reductions in the number and length of gill raker bones, increases in pharyngeal tooth number, and increased branchial bone lengths. Here we describe a detailed protocol to dissect and flat-mount the internal branchial skeleton in threespine stickleback fish. Dissection of the entire three-dimensional branchial skeleton and mounting it flat into a largely two-dimensional prep allows for the easy visualization and quantification of branchial skeleton morphology. This dissection method is inexpensive, fast, relatively easy, and applicable to a wide variety of fish species. In sticklebacks, this efficient method allows the quantification of skeletal morphology in genetic crosses to map genomic regions controlling craniofacial patterning.

The branchial skeleton, including gill rakers, pharyngeal teeth, and branchial bones, serves as the primary site of food processing in most fish. Here we describe a protocol to dissect and flat-mount this internal skeleton in threespine sticklebacks. This method is also applicable to a variety of other fish species.

Dissection ו-הרכבה שטוחה של שלד Threespine קוצן branchial

The posterior pharyngeal segments of the vertebrate head give rise to the branchial skeleton, the primary site of food processing in fish. The morphology ...

פרוטוקול עיצוב Bioinspired: סמפלר קרקע בהתבסס על הים Urchin מלתעות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

VacuSIP, שיטת INEX משופרת