JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

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.

Özet

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.

Giriş

biyoloji alanları, biyolojik malzeme bilimi, biyomalzemeler, biyomühendislik ve biyokimya inanılmaz doğal dünya daha derin bir anlayış sağlamak amacıyla galası bilimsel teknikler ve zihinleri kullanır. Bu araştırma en şaşırtıcı biyolojik yapıları ve organizmaların birçoğu anlattı; insan kemiği 1,2 içsel dayanıklılığı gelen tukan 3 büyük gagaya. Bununla birlikte, bu bilgi daha toplum için bir fayda sağlayan bir şekilde kullanılması zordur. Sonuç olarak, bioinspiration teğet alan ortak sorunları çözmek için modern malzemeler doğadan öğrenilen dersler kullanır. Örnekler lotus esinlenerek süperhidrofobik yüzeyleri de, kertenkeleleri ayakları esinlenerek 4-6, yapışkan yüzeyler bırakır ve tadıdır 9-11 ve deniz kestanesi ağızlık esinlenerek biyopsi hasat sedef esinlenerek 7,8, sert seramik böcekler dahil bilmekn Aristoteles'in fener 12,13 olarak.

Deniz kestaneleri olan yaşam en sık okyanus katta kayalık yataktan oluşmaktadır dikenler kaplı omurgasız hayvanlardır. Çapı en fazla 18 cm kadar olabilir büyük kestanesi türlerinde (bir test olarak adlandırılan) gövdesi; Bu çalışmada incelenen pembe deniz kestanesi test boyutu (Strongylocentrotus fragilis) 10 cm çapa kadar büyüyebilir. Aristoteles'in fener dişleri (Şekil 1A) distal taşlama uçları ama içine bir kubbe benzeri bir oluşum içine mineralize doku oluşur ve düzenlenmiş piramit yapılar tarafından desteklenen beş baskın kalsiyum karbonat dişleri oluşur.

çenelerin kas yapısı bile zor okyanus kayalar ve mercan karşı etkili çiğneme yeteneğine ve kazıma olduğunu. Ne zaman çeneleri açık, dişleri dışarıya doğru çıkıntı ve ne zaman çene yakın dişler tek hareketle içeriye doğru çekin. primitif arasında karşılaştırmae (yukarıda) ve modern (aşağıda) deniz kestanesi diş kesitleri (Şekil 1B) bir omurgalı diş sert yüzeylerde karşı taşlama sırasında diş güçlendirmek için evrimleştiğini gösterir. Her bir dişin bağlı uzunlamasına bağlı omurga (Şekil 1C, D) biraz dışbükey bir eğriliğe ve (büyüme yönüne dik) enine düzleminde bir T-şekilli bir yapıya sahiptir.

Bioinspiration gibi deniz kestanesi de Aristoteles'in fener etkin çiğneme hareketi gibi ilginç doğal olaylar, gözlem ile başlar. boynuz bölmeler dışında kalan ile bir boynuz fener onu hatırlattı çünkü bu doğal yapı başlangıçta Aristo'yu büyüledi. Fazla iki bin sonra, Scarpa kendisi ve daha sonra Trogu sadece kağıt ve lastik bantlar (Şekil 2A) 15,16 kullanarak doğal çiğneme hareketi taklit Aristoteles'in fener karmaşıklığı hayran oldu. Benzer şekilde, Jelinek c Biyolojik Tabanlı Akıllı edildiAristoteles'in fener hareketini işlenmeye ve güvenli bir şekilde kanserli hücreleri (Şekil 2B, C) ​​12,13 yayma olmadan tümörlü doku izole olabilir, daha iyi bir biyopsi biçerdöver geliştirdi. Bu durumda, Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarımı arzu edilen bir uygulama için özel bir ihtiyacı uygun bir biyomedikal cihaz yapmak için kullanılmıştır.

Burada açıklanan tasarım protokol deniz kestanesi tarafından Biyolojik Tabanlı Akıllı bir sediman örnekleyici için de geçerlidir. biyolojik malzeme bilimi sayesinde, Aristo'nun fener doğal yapısı karakterizedir. Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarım doğal mekanizmalar modern malzeme ve üretim tekniklerinin kullanılması sayesinde gelişmiş olabilir potansiyel uygulamalarını tanımlar. Nihai tasarım doğal diş yapısı nasıl evrildiğini anlamak için bioexploration prizmasından yeniden incelenmiştir (Şekil 3). Porter 17,18 tarafından önerilen son bioexploration adımı, e mühendislik analizi yöntemleri kullanırxplore ve biyolojik olayları açıklar. bioinspiration sürecinin tüm önemli adımlar, modern sorunların çözümü için kullanılabilecek teknoloji, doğa tarafından önceden onaylanmış, sokmak için bir örnek olarak sunulmuştur. Arzt 7 tarafından özel uygulamalar için sunulan önceki bioinspiration prosedürleri motive eden protokol, biyologlar, mühendis ve doğa esinlenerek başkası için hedeflenmiştir.

Protokol

1. Biyolojik Malzeme Bilimi

  1. Kişisel koruyucu donanım (yani, eldiven, güvenlik gözlüğü ve laboratuvar önlüğü) aşınma ve kesme araçları kullanmak için geçerli tüm güvenlik prosedürlerini izleyin.
  2. forseps durulayın ve diseksiyon için kullanılacak saf su ile neşter.
  3. 1 saat boyunca oda sıcaklığında donmuş pembe bir deniz kestanesi çözülme. Kestanesi ve kesici aletler manevra edebilmek için yeterli alana sahip bir cam tabak içinde bir çözülmüş örnek yerleştirin. diş uçları yukarı bakacak şekilde ters kestanesi çevirin.
    1. neşterle Aristoteles'in fener çevresinde bağ dokusu uzak kesin ve dikkatli bir şekilde fener kaldırın. distile su ile çalışan fener durulayın. Uygun bir atık bertaraf konteynerine kullanılmayan kestanesi parçaları atın.
    2. Dişlerin ipuçları yüz aşağı tekrar öylesine Aristoteles'in fener çevirin. yukarı bakacak şekilde (ters ucuna kadar) her bir dişin plumula ucunu bulun ve bakım için forseps kullanabilirtam fener bireysel dişleri dışarı kaydırın.
  4. pota dişleri epoksi hazırlayın. Reçine 5 g tartılır ve sertleştirici 1.15 g ekleyin sığ atılabilir plastik tepsi (örneğin, 100 parça 23 parça ağırlık olarak sertleştirici için reçine). kabarcıklar oluşturmadan yavaş yavaş bir araya içeriğini karıştırın.
    Not: atmosfere yetersiz maruziyet ile bir kapta artık karışık epoksi bırakmayın. Sertleşme süreci ekzotermik ve yakın yanıcı maddeleri tutuşturabilir. uzak yanıcı öğeleri iyi havalandırılan bir davlumbaz herhangi artık karışık epoksi tutun.
    1. Bir parmak ile uygulanan vazelin kullanarak 2.5 Dramı plastik tüp (22 mm iç çapı, 39 mm uzunluk) yağlayın ve bir doku ile herhangi bir fazlalığı silin. Karışık epoksi ile tüp yarım doldurun.
    2. Bir diş çekme ve dikkatle kavisli içbükey yüzü yukarı bakacak şekilde epoksi onu batırmak için forseps kullanabilir. 24 saat boyunca oda sıcaklığında epoksi kurumaya bırakın.
      Not: dokunmak sürüklenen gelen diş ucu önleyinBu beri epoksi sertleşirken plastik tüp duvar ucu daha zor parlatma yapacaktır.
  5. bir mengeneye tedavi epoksi plastik tüp yerleştirin. Bir fissür plastik tüp içinde yapılıncaya kadar yavaşça mengene sıkın. epoksi yüzeyinden kalan plastik uzak soyun.
    1. Bir kesit daha küçük bir blok (1 cm 3) aşağı dişin etrafında epoksi kesmek için testere kullanın.
  6. parlatmak için temiz bir zemin hazırlayın ve bir sert plastik kart ile düz bir çalışma istasyonu kurmak. damıtılmış su ile püskürtmeli bir şişe doldurun.
    1. Mevcut düşük zımpara kağıdı (örn 120) ile başlayın ve zımpara üzerine yıkama şişesinden su küçük bir miktar sıkın. Hafif bir basınç uygulayarak, 5 dakika için bir ileri ve geri yönde (örneğin, sol-sağ) numune sürün.
    2. Bir lavabonun üzerinde numunenin yüzeyi yıkayın ve bir partikül içermeyen dokusu ile siliniz. 15 saniye basınçlı hava ile herhangi bir artık zımpara kum çıkarın.
    3. Protokol 1.6.1 ve 1.6.2 numaralı adımları tekrar giderek daha yüksek kum zımpara (örneğin, 600 ve 2400) kullanın. Önceki lehçe adıma dik bir sırt örnek ve ileri yönde, hafif basınç ovmak kullanarak (örneğin, yukarı-aşağı, sağ-sol).
      Not: dik çizikler her kum seviyesi ile kesiştiği görmek için 20X büyütmede bir ışık mikroskobu kullanın (örneğin, 120, 600, 2400). önceki kum seviyesinden çizikleri yok olduğunda bir sonraki daha yüksek zımpara kağıdı taşıyın.
    4. 1 damıtılmış su çözeltisi: 1 3 mikron elmas parlatma süspansiyon ile bir bücür şişe hazırlayın. elmas süspansiyonlar protokol 1.6.1 ve 1.6.2 numaralı adımları tekrar için bir lehçe bez kullanın.
    5. 1 saf su çözeltisi bir 1: 0.5 mikron alüminyum parlatma süspansiyonu ile püskürtme şişesi hazırlayın. protokol 1.6.1 ve 1.6.2 numaralı adımları tekrar bir microcloth parlatma yüzeyini kullanın.
      Not: İnce çizik izleri protokol 1.6.4 adımları ve 1.6.5 visib olmayacak gelen20X büyütme le. Bir ileri ve geri hareket 5 dakika boyunca lehçe bu protokol adımları, tüm önceki çizikleri yok etmek için.
    6. dikkatle kuru basınçlı hava ile distile su ve kullanım partikül içermeyen dokusu ile cilalı yüzeyi temizleyin. ayna cilalı bitirmek korumak için partikül içermeyen dokusu ile sarın.
      Not: Tüm parlatma yüzeyleri büyük parçacık içermeyen dokularda yüz aşağı kurulayın. parlatma zamanları arasındaki yüzeyde yerleşme toz partiküllerini önlemek için plastik kol depolamak.
  7. Deniz kestanesi diş mikro kullanarak taramalı elektron mikroskobu (SEM) karakterize eder. 20 nm aralığında bir kaplama kalınlığı için parlatılmış diş yüzeyi üzerine 10 saniye boyunca 85 mA bir depozisyon akımı ile iridyum püskürtülmesi için püskürtme kaplayıcı kullanın.
    1. Bir SEM ile 4,000X büyütme - 250X de mikrografı görüntüleri elde edebilir.
      Not: Kullanım taramalı elektron (SE) modunda 5 kV ve geri saçılan elektron (BSE) modunda 15 kV. kalsit fib tanımlamak için BSE modunu kullanıners Mg-zenginleştirilmiş polikristal matris ile serpiştirilmiş.
  8. mikro bilgisayarlı tomografi (μ-BT) bir bütün pembe deniz kestanesi taramalarını ve taze disseke Aristoteles'in fener gerçekleştirin. Tarama sırasında nemlendirilmiş bir ortam sağlamak için nemli bir doku ile kapalı oda kabın içine her çözülmüş örnek yerleştirin.
    1. sırasıyla, 36.00 um ve 9.06 mikron izotropik voksel boyutu ile μ-BT ile tüm kestanesi ve Aristoteles'in fener tarayın. her ikisi için de 1.0 mm alüminyum filtre kullanılarak sırasıyla bütün kestanesi ve Aristoteles'in fener için, bir elektrik 100 kVp potansiyelini 100 mA ve 141 mA akım 70 kVp uygulanır.
    2. Üreticinin protokolü kullanarak birden enerjilerin x-ışınları yayan μ-BT x-ışını kaynağı kaynaklanan ışın sertleştirme eserler için hesap görüntü rekonstrüksiyonu sırasında ışın sertleştirme düzeltme algoritması uygulayın.
  9. ima rafine görüntüleme yazılımı kullanınge segmentasyonu ve Aristoteles'in fener yapısı için bir üçgen örgü modeli kazanır.
    1. Yük ve önizleme μ-BT tarama Aristoteles'in fener görüntü verisi. Mikro-BT tarama değerlere voksel boyutu (9.06 mikron) maç.
    2. 3D alanında Aristoteles'in fener görselleştirmek için bir volume rendering işlevini kullanın. Sınırlayıcı Kutu modülü ile 2D ortogonal dilim ayarlayın ve Volume Rendering modülü ile eşik değeri / rengi ayarlayın.
    3. Segmentasyon editörü kullanarak ilgi bölge (örneğin, deniz kestanesi diş) için maske segmentleri yapın. XY, YZ ve XZ uçak ve 3D izometrik görünümü seçin. Aristoteles'in fener basit yapılar (piramit vs diş) ayırt etmek sihirli değnek (siyah ok) kullanın.
    4. çıkarılan maske kesimleri model yüzeyini yeniden yapılandırma. Yüzey Nesil modülünü seçin ve uygulayın. Görünür üst yüzeyi yok olması için Ayarlar Rendering Sesi kaldırın. EkleYüzey Görünümü modülü yüzey sonucunu görüntülemek için.
    5. <18.000 yüzlerin sayısını azaltarak modeli yüzeyini kolaylaştırın.
    6. gerektiği gibi model yüzeyinde bireysel üçgen örgü düzenleyin. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelleme yazılımı ile kullanmak için ihracat için bir stereolitografi (STL) dosyası olarak modelini kaydedin.

2. Biyolojik Tabanlı Akıllı Tasarım

  1. CAD modelleme yazılımı ile bir Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarımı yapmak için bir referans olarak mikro-BT tarama Aristoteles'in fener kullanın.
    Not: Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarım yüksekliği ile 6 cm ve çapı kapalı fener için 8 cm beş kavisli dişleri var. Doğal Aristoteles'in fenerin boyutundan ~ 5x büyütülüyor edilir.
  2. bir flash sürücüye STL dosyası parçaları kaydedin ve bir erimiş birikim modelleme (FDM) 3D yazıcıya dosya upload.
    1. 3D p uygun yuvalara yük akrilonitril bütadien stiren (ABS) plastik ve destek plastik malzeme kartuşlarırinter.
    2. Z platformda modelleme tabanını yerleştirin ve metal tepsi üzerinde Tırnakları yuvalarla hizalayın.
    3. STL dosyası parçaların her birini açın ve aynı anda tüm fener parçaları yazdırmak için ekran adımları izleyin.
      Not: Fener parçalar bina zarf (25 x 25 x 30 cm 3) 3D yazıcı için sığması gerekir. Beş diş modelleme bazında düzenlenmiş ve diş ucu yukarı bakacak şekilde eş zamanlı olarak basılmaktadır. Inşa hızı saatte 16 cm 3 ve toplam yapı süresi yaklaşık 8 saattir.
    4. Tüm dosya parçaları yazdırıldığında sekmelerinden modelleme tabanı serbest bırakın ve tepsi kılavuzlar boyunca 3D yazıcıdan tabanını kaydırın.
    5. parçalara bağlı herhangi bir ekstra plastik yıpratmak için taban ve metal dosyası kapalı tüm parçaları gözetlemek için metal bir spatula kullanın.
    6. destek plastik malzeme eriyene kadar ısıtılmış bir taban banyoya basılmış parçalar yerleştirin.
  3. Li ile ortak bir kol, her diş sabitleyinnk çubuk ve iki tarafında iki e-istinat halkaları.
    Not: Biyolojik Tabanlı Akıllı Aristoteles'in fenerin montajı için Şekil 6'ya bakınız.

3. Bioexploration

  1. sonlu eleman modelleme (FEM) gerilme analizi testi yapmak Biyolojik Tabanlı Akıllı diş CAD dosyasını kullanın.
    1. Daha fazla mühendislik analizi yapmak için dosyayı (xx.sldprt) açın. "Ofis Ürünleri" sekmesi üzerinde, "SolidWorks Simulation" düğmesini seçin.
    2. "Simülasyon" sekmesine şeyden önce, "Çalışma Danışmanı" butonuna ve ardından açılan seçeneği "Yeni Çalışma" seçeneğini seçin.
    3. simülasyon testi türünü seçin "Statik" seçerek çalıştırılacak.
    4. Statik Test listesinde, "Fikstür" üzerine sağ tıklayın ve "Sabit Geometri" seçeneğini seçin.
    5. pimleri gidecek montaj deliklerine fikstür eklemek için iç yüzleri tıklayın.
    6. Statik Test listesinde, "Dış Yükler" ve Selec sağ tıklayınt "Kuvvet".
    7. ucu bileme diş tıklayın kenarlarına 45 N kuvvet uygulamak için karşı karşıya.
    8. Statik Test listesinde, "Harici Yükler" üzerine sağ tıklayın ve "Gravity" seçeneğini seçin.
    9. düzlemine dik uygulanan yerçekimi kuvveti "Top Plane" belirtiniz.
    10. Statik Test listesinde, "Mesh" üzerine sağ tıklayın ve "Mesh Oluştur" seçeneğini seçin.
    11. "Mesh Yoğunluğu" "Fine" için sağa tüm yol için ölçek çubuğu hareket ettirin.
    12. Statik Test listesinde, "Statik" üzerine sağ tıklayın ve testi çalıştırmak için "Çalıştır" ı seçin.
      Not: En yüksek stres ve "Verim Gücü" alanları için renkli ölçek çubuğu.
  2. ve omurga olmadan Biyolojik Tabanlı Akıllı diş için gerilme analizi testi sonuçları karşılaştırın.

Sonuçlar

Aristoteles'in fener örnekleme cihazının Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarım kullanılan karakterizasyon yöntemlerinin kalitesine büyük ölçüde bağlıdır. Μ-BT gibi non-invaziv teknikler Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarım (Şekil 4) için uygulamaya özel donanımlar uygulamak için bütün fener ve bireysel diş analiz etmek için faydalıdır. Bu arada, diş mikro ikincil elektron ve bireysel diş (Şekil 5) cilalı kesiti arka dağı...

Tartışmalar

Deniz kestaneleri çeşitli işlevler (döner beslenme, sıkıcı, vs.) için Aristoteles'in fener (Şekil 1A) kullanın. Fosil kayıtları, fener, modern deniz kestanesi 14 camarodont türüne en ilkel cidaroid türünden şekil ve fonksiyon bakımından gelişti olduğunu gösterir. Cidaroid fenerler uzunlamasına diş (Şekil 1B, üst) ve piramit yapısı olmayan ayrılmış kas eki yivli var. Bu onların yukarı ve aşağı hareket sınırlar ve daha modern c...

Açıklamalar

We have nothing to disclose.

Teşekkürler

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.

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
BUEHLERMET II 8 PLN 600/P1200Buehler305308600102Abrasive paper for polishing
TRIDENT POLISH CLOTH 8" PSABuehler407518Polish cloth for 3 μm suspension
METADI SUPREME POLY SUSP,3MICBuehler406631Polish suspension (3 μm)
MICROCLOTH FOR 8 IN WHEEL PSABuehler407218Polish cloth for 50 nm suspension
MASTERPREP SUSPENSION, 6 OZBuehler636377006Polish suspension (50 nm)
Skyscan 1076 micro-CT ScannerBrukerMicro-CT scanner equipment
Amira softwareFEI Visualization Sciences GroupSoftware for 3D manipulation of Micro-CT scans
FEI Philips XL30FEI PhilipsESEM equipment for characterization of polished tooth cross-sections
SolidWorks Design softwareDassault SystemsDesign software for CAD drawing bioinspired device
SolidWorks Simulation softwareDassault SystemsSimulation software for stress test of CAD drawing bioinspired device
Dimension 1200esStratasys3D printer for fabrication of bioinspired device from CAD drawing
ABSplusStratasys3D printer plastic

Referanslar

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

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

Biyom hendislikSay 110Bioinspirationdeniz kestanesimikro bilgisayarl tomografi3D baskAristoteles in fener

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır