Mineralize dokular
Mineralize dokular, yumuşak matrisler içerisinde mineraller bulunan biyolojik dokulardır . Tipik olarak bu dokular koruyucu bir kalkan görevi görür veya yapısal destek oluşturur.[1] Kemik, yumuşakça kabukları, derin deniz süngeri Euplectella türleri, ışınlılar, diatomlar, boynuz kemiği, tendon, kıkırdak, diş minesini ve dentin mineralize dokulara örnektir.[2][3][4]
Bu dokular, milyonlarca yıllık evrim boyunca mekanik kapasitelerini artırmak üzere hassas bir şekilde ayarlanmıştır. Bu nedenle, mineralize ya da mineralleşmiş dokular, birçok çalışmanın konusu olmuştur ki hızla gelişen biyomimetik alanından görüldüğü gibi doğadan öğrenecek çok şey vardır.[2] Dikkat çekici yapısal organizasyon ve mühendislik özellikleri sebebiyle bu dokuların yapay yollarla çoğaltılması arzu edilmektedir.[1][4] Mineralize dokular minyatürleşmeye, uyarlanabilirliğe ve çok-işlevliliğe ilham vermektedir. Doğal malzemeler sınırlı sayıda bileşenden oluşurken, mühendislik uygulamalarında aynı özellikleri simüle etmek için çok çeşitli malzeme kimyaları kullanılabilir. Bununla birlikte, biyomimetiklerin başarısı, doğal bileşenleri mühendislik tasarımları için yapay malzemelerle değiştirmeden bu biyolojik sert dokuların performansını ve mekaniklerini tam olarak kavramakta yatmaktadır.
Mineralize dokular, yumuşak protein ağlarında ve dokularındaki (organik kısım) minerallerin (inorganik kısım) varlığı sayesinde sertlik, düşük ağırlık, mukavemeti ve dayanıklılık özellikleri gösterir.[1][2] Biyolojik süreçlerle üretilen yaklaşık 60 farklı mineral vardır, ancak en yaygın olanları yumuşakça kabuklarında bulunan kalsiyum karbonat ve dişlerde ve kemiklerde bulunan hidroksiapatittir. Bu dokuların mineral içeriğinin onları kırılgan yapabileceği düşünülebilir ancak çalışmalar mineralize dokuların içerdikleri minerallerden 1.000 ila 10.000 kat daha dayanıklı olduğunu göstermiştir.[5] Bunun altında yatan gücün sırrı, dokunun organize bir şekilde katmanlanmasıdır. Bu katmanlanma sayesinde, yükler ve gerilmeler, makrodan mikroya ve mikrodan nanoya kadar çeşitli uzunluk ölçekleri boyunca aktarılır, bu da enerjinin dağıtılmasını sağlar. Bu nedenle, bu ölçekler veya hiyerarşik yapılar kademe kademe hasarı dağıtabilir ve çatlama önlenebilir. Kapsamlı araştırmalarca iki tip biyolojik doku incelenmiştir, yumuşakça kabuklarında bulunan sedef ve kemik. Her ikisi de yüksek performanslı doğal kompozitlerdir.[6][7][8][9] Bu dokuları karakterize etmek için nanoindentasyon ve atomik kuvvet mikroskopisi gibi birçok mekanik teknik ve görüntüleme tekniği kullanılır.[10][11] Henüz herhangi bir insan yapımı seramik kompozit, biyolojik sert dokuların verimlilik derecesine ulaşamamasına rağmen umut verici bazı yeni teknikler şu anda geliştirilmektedir. Tüm mineralize dokular normal fizyolojik süreçlerle gelişmez ve organizmaya faydalı değildir. Örneğin, böbrek taşları patolojik süreçlerle gelişmiş mineralize dokular içerir. Bu nedenle, biyomineralizasyon bu hastalıkların nasıl ortaya çıktığını anlamak için önemli bir süreçtir.[3]
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- ^ a b c Espinosa (2009). "Merger of structure and material in nacre and bone – Perspectives on de novo biomimetic materials". Progress in Materials Science. 54 (8). ss. 1059-1100.
- ^ a b c Barthelat (2007). "Biomimetics for next generation materials". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 365 (1861). ss. 2907-2919.
- ^ a b Boskey (2005). "Infrared spectroscopic characterization of mineralized tissues". Vibrational Spectroscopy. 38 (1–2). ss. 107-114.
- ^ a b Glimcher (1959). "Molecular Biology of Mineralized Tissues with Particular Reference to Bone". Reviews of Modern Physics. 31 (2). ss. 359-393.
- ^ The Biomimetic Materials Laboratory 1 Mayıs 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
- ^ Barthelat (2007). "An Experimental Investigation of Deformation and Fracture of Nacre–Mother of Pearl". Experimental Mechanics. 47 (3). s. 311.
- ^ Barthelat (2006). "Mechanical properties of nacre constituents and their impact on mechanical performance". Journal of Materials Research. 21 (8). s. 1977.
- ^ Fratzl (1991). "Nucleation and growth of mineral crystals in bone studied by small-angle X-ray scattering". Calcified Tissue International. 48 (6). ss. 407-13.
- ^ Nalla (2004). "On the origin of the toughness of mineralized tissue: microcracking or crack bridging?". Bone. 34 (5). ss. 790-798.
- ^ Oyen (2006). "Nanoindentation hardness of mineralized tissues". Journal of Biomechanics. 39 (14). ss. 2699-2702.
- ^ "A new technique for imaging Mineralized Fibrils on Bovine Trabecular Bone Fracture Surfaces by Atomic Force Microscopy" (PDF). 12 Ağustos 2017 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 14 Ağustos 2010.