Name: a protocol for bioinspired design: a ground sampler based on sea urchin jaws
Uploaded: 2016-04-24T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 10 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Protocol for Bioinspired Design: A Ground Sampler Based on Sea Urchin Jaws at JoVE.com

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. Biyolojik Malzeme Bilimi <ol><li> Kişisel koruyucu donanım (yani, eldiven, güvenlik gözlüğü ve laboratuvar önlüğü) aşınma ve kesme araçları kullanmak için geçerli tüm güvenlik prosedürlerini izleyin. </li><li> forseps durulayın ve diseksiyon için kullanılacak saf su ile neşter. </li><li> 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. <ol><li> neşterle Aristoteles&#39;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. </li><li> Dişlerin ipuçları yüz aşağı tekrar öylesine Aristoteles&#39;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. </li></ol></li><li> 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. <ol><li> 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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> bir mengeneye tedavi epoksi plastik tüp yerleştirin. Bir fissür plastik tüp içinde yapılıncaya kadar yavaşça mengene sıkın. epoksi yüzeyinden kalan plastik uzak soyun. <ol><li> Bir kesit daha küçük bir blok (1 cm 3) aşağı dişin etrafında epoksi kesmek için testere kullanın. </li></ol></li><li> parlatmak için temiz bir zemin hazırlayın ve bir sert plastik kart ile düz bir çalışma istasyonu kurmak. damıtılmış su ile püskürtmeli bir şişe doldurun. <ol><li> 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. </li><li> Bir lavabonun üzerinde numunenin yüzeyi yıkayın ve bir partikül içermeyen dokusu ile siliniz. 15 saniye basınçlı hava ile herhangi bir artık zımpara kum çıkarın. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li><li> 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. </li></ol></li><li> 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. <ol><li> 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. </li></ol></li><li> mikro bilgisayarlı tomografi (μ-BT) bir bütün pembe deniz kestanesi taramalarını ve taze disseke Aristoteles&#39;in fener gerçekleştirin. Tarama sırasında nemlendirilmiş bir ortam sağlamak için nemli bir doku ile kapalı oda kabın içine her çözülmüş örnek yerleştirin. <ol><li> sırasıyla, 36.00 um ve 9.06 mikron izotropik voksel boyutu ile μ-BT ile tüm kestanesi ve Aristoteles&#39;in fener tarayın. her ikisi için de 1.0 mm alüminyum filtre kullanılarak sırasıyla bütün kestanesi ve Aristoteles&#39;in fener için, bir elektrik 100 kVp potansiyelini 100 mA ve 141 mA akım 70 kVp uygulanır. </li><li> 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. </li></ol></li><li> ima rafine görüntüleme yazılımı kullanınge segmentasyonu ve Aristoteles&#39;in fener yapısı için bir üçgen örgü modeli kazanır. <ol><li> Yük ve önizleme μ-BT tarama Aristoteles&#39;in fener görüntü verisi. Mikro-BT tarama değerlere voksel boyutu (9.06 mikron) maç. </li><li> 3D alanında Aristoteles&#39;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. </li><li> Segmentasyon editörü kullanarak ilgi bölge (örneğin, deniz kestanesi diş) için maske segmentleri yapın. XY, YZ ve XZ uçak ve 3D izometrik görünümü seçin. Aristoteles&#39;in fener basit yapılar (piramit vs diş) ayırt etmek sihirli değnek (siyah ok) kullanın. </li><li> 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. </li><li> &lt;18.000 yüzlerin sayısını azaltarak modeli yüzeyini kolaylaştırın. </li><li> 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. </li></ol></li></ol> 2. Biyolojik Tabanlı Akıllı Tasarım <ol><li> CAD modelleme yazılımı ile bir Biyolojik Tabanlı Akıllı tasarımı yapmak için bir referans olarak mikro-BT tarama Aristoteles&#39;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&#39;in fenerin boyutundan ~ 5x büyütülüyor edilir. </li><li> bir flash sürücüye STL dosyası parçaları kaydedin ve bir erimiş birikim modelleme (FDM) 3D yazıcıya dosya upload. <ol><li> 3D p uygun yuvalara yük akrilonitril bütadien stiren (ABS) plastik ve destek plastik malzeme kartuşlarırinter. </li><li> Z platformda modelleme tabanını yerleştirin ve metal tepsi üzerinde Tırnakları yuvalarla hizalayın. </li><li> 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. </li><li> Tüm dosya parçaları yazdırıldığında sekmelerinden modelleme tabanı serbest bırakın ve tepsi kılavuzlar boyunca 3D yazıcıdan tabanını kaydırın. </li><li> parçalara bağlı herhangi bir ekstra plastik yıpratmak için taban ve metal dosyası kapalı tüm parçaları gözetlemek için metal bir spatula kullanın. </li><li> destek plastik malzeme eriyene kadar ısıtılmış bir taban banyoya basılmış parçalar yerleştirin. </li></ol></li><li> Li ile ortak bir kol, her diş sabitleyinnk çubuk ve iki tarafında iki e-istinat halkaları. Not: Biyolojik Tabanlı Akıllı Aristoteles&#39;in fenerin montajı için Şekil 6&#39;ya bakınız. </li></ol> 3. Bioexploration <ol><li> sonlu eleman modelleme (FEM) gerilme analizi testi yapmak Biyolojik Tabanlı Akıllı diş CAD dosyasını kullanın. <ol><li> Daha fazla mühendislik analizi yapmak için dosyayı (xx.sldprt) açın. &quot;Ofis Ürünleri&quot; sekmesi üzerinde, &quot;SolidWorks Simulation&quot; düğmesini seçin. </li><li> &quot;Simülasyon&quot; sekmesine şeyden önce, &quot;Çalışma Danışmanı&quot; butonuna ve ardından açılan seçeneği &quot;Yeni Çalışma&quot; seçeneğini seçin. </li><li> simülasyon testi türünü seçin &quot;Statik&quot; seçerek çalıştırılacak. </li><li> Statik Test listesinde, &quot;Fikstür&quot; üzerine sağ tıklayın ve &quot;Sabit Geometri&quot; seçeneğini seçin. </li><li> pimleri gidecek montaj deliklerine fikstür eklemek için iç yüzleri tıklayın. </li><li> Statik Test listesinde, &quot;Dış Yükler&quot; ve Selec sağ tıklayınt &quot;Kuvvet&quot;. </li><li> ucu bileme diş tıklayın kenarlarına 45 N kuvvet uygulamak için karşı karşıya. </li><li> Statik Test listesinde, &quot;Harici Yükler&quot; üzerine sağ tıklayın ve &quot;Gravity&quot; seçeneğini seçin. </li><li> düzlemine dik uygulanan yerçekimi kuvveti &quot;Top Plane&quot; belirtiniz. </li><li> Statik Test listesinde, &quot;Mesh&quot; üzerine sağ tıklayın ve &quot;Mesh Oluştur&quot; seçeneğini seçin. </li><li> &quot;Mesh Yoğunluğu&quot; &quot;Fine&quot; için sağa tüm yol için ölçek çubuğu hareket ettirin. </li><li> Statik Test listesinde, &quot;Statik&quot; üzerine sağ tıklayın ve testi çalıştırmak için &quot;Çalıştır&quot; ı seçin. Not: En yüksek stres ve &quot;Verim Gücü&quot; alanları için renkli ölçek çubuğu. </li></ol></li><li> ve omurga olmadan Biyolojik Tabanlı Akıllı diş için gerilme analizi testi sonuçları karşılaştırın. </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.

Deniz kestaneleri çeşitli işlevler (döner beslenme, sıkıcı, vs.) için Aristoteles&#39;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...

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&#39;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&#39;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&#39;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&#39;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&#39;in fener karmaşıklığı hayran oldu. Benzer şekilde, Jelinek c Biyolojik Tabanlı Akıllı edildiAristoteles&#39;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&#39;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.

<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.

Aristoteles&#39;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...

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.

Biyolojik Tabanlı Akıllı Tasarım için Protokol: A Zemin Sampler Deniz Kestanesi Jaws dayanarak

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

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

11.0K Görüntüleme.  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, bir Geliştirilmiş INEX Yöntemi için<em&gt; In Situ</em&gt; Partikül Ölçümü ve Çözünmüş bileşikler Aktif Süspansiyon besleme üniteleri İşlenmiş

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

Çevre

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.

Zebra balığı Çeneli Biyomekanik Araştırma Sonlu Elemanlar Modelleri Bina

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

Gelişim Biyolojisi

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.

Yansıma tabanlı anketler bentik Macroinvertebrates ve onların oturmaya elverişli için Atlantik deniz tarak tarafından açılan kamera anket örneği için yöntemleri

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.

Sadelik Gücü: olarak deniz kestanesi Embriyolar<em&gt; Vivo</em&gt; Karmaşık Hücre-hücre Sinyal Ağ Etkileşimleri incelenmesi için Gelişim Modelleri

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.

Tasarım ve deniz kabuklu süspansiyon besleme miktarının için bir aparat kullanımı

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;).

Bir Robotik Platform Kaliforniya Deniz Aslan Foreflipper Eğitim için

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

Mühendislik

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.

Çok katmanlı Balık Ölçekler (Of Karakterizasyonu<em&gt; Atractosteus spatula</em&gt;) Nanoindentation, X-ray CT, FTIR ve SEM kullanma

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

Biyomühendislik

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living components. Due to their inherent advantages, biorobots are gaining interest as alternatives to traditional fully artificial robots. Various studies have focused on harnessing the power of biological actuators, but only recently studies have quantitatively characterized the performance of biorobots and studied their geometry to enhance functionality and efficiency. Here, we demonstrate the development of a self-stabilizing swimming biorobot that can maintain its pitch, depth, and roll without external intervention. The design and fabrication of the PDMS scaffold for the biological actuator and biorobot followed by the functionalization with fibronectin is described in this first part. In the second part of this two-part article, we detail the incorporation of cardiomyocytes and characterize the biological actuator and biorobot function. Both incorporate a base and tail (cantilever) which produce fin-based propulsion. The tail is constructed with soft lithography techniques using PDMS and laser engraving. After incorporating the tail with the device base, it is functionalized with a cell adhesive protein and seeded confluently with cardiomyocytes. The base of the biological actuator consists of a solid PDMS block with a central glass bead (acts as a weight). The base of the biorobot consists of two composite PDMS materials, Ni-PDMS and microballoon-PDMS (MB-PDMS). The nickel powder (in Ni-PDMS) allows magnetic control of the biorobot during cells seeding and stability during locomotion. Microballoons (in MB-PDMS) decrease the density of MB-PDMS, and enable the biorobot to float and swim steadily. The use of these two materials with different mass densities, enabled precise control over the weight distribution to ensure a positive restoration force at any angle of the biorobot. This technique produces a magnetically controlled self-stabilizing swimming biorobot.

In this two-part study, a biological actuator was developed using highly flexible polydimethylsiloxane (PDMS) cantilevers and living muscle cells (cardiomyocytes), and characterized. The biological actuator was incorporated with a base made of modified PDMS materials to build a self-stabilizing, swimming biorobot.

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

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.

Anonim Mikroelektrotlu Bioinspired Yumuşak Robot

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.

Deniz Kestanesi Zigotlar Yüksek Randımanlı Microinjections

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 ...

Biyolojik Tabanlı Akıllı Tasarım için Protokol: A Zemin Sampler Deniz Kestanesi Jaws dayanarak

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

VacuSIP, bir Geliştirilmiş INEX Yöntemi için