Os tubarões estão se desenvolvendo há mais de 450 milhões de anos, não a partir de ossos, mas de uma forma forte e mineral de cartilagem, esqueletos. Essas criaturas são mais do que apenas nadadores rápidos – eles são construídos para habilidade. Suas espinhas agem como fontes naturais, economia de energia e liberação a cada telbeat, permitindo que eles passem pela água com graça suave e forte.
Agora, os cientistas estão tremendo dentro do esqueleto de tubarão na nanoescala, publicando uma “tubarcitecture” microscópica que ajuda esses principais predadores antigos a impedir a extrema demanda física de velocidade constante.
Usando nanotomografia de raios X síncrotron com imagem 3D detalhada e testes mecânicos in situ, pesquisadores do Charles E. Schmidt College of Science and Computers e Computer Score. A Atlantic University, em colaboração com o síncrotron alemão (DESY) na Alemanha, e a NOA Fisheries, mapeou a estrutura interna do Blacktip Shars (Carcharhinus Limbatus).
Resultado do estudo, publicado Nano ACA cartilagem mineral do Blacktip Shark revela duas áreas distintas: cálcio corpus e intermediário. Embora ambos sejam compostos de colágeno e biopatita compactados densos, sua estrutura interna é significativamente diferente. Nas duas regiões, as placas minerais são organizadas em estruturas perfuradas, fortalecendo a palha densa que ajuda o esqueleto a evitar cepas em várias direções – uma adaptação crítica para os tubarões, cujos nadares constantes são pressionados repetidamente na coluna vertebral.
Na nanoescala, os pesquisadores observaram os cristais de biopatita como pequenas agulhas-um mineral também é encontrado em ossos humanos combinados com a cadeia do colazen. Essa estrutura complexa ainda fornece energia incrível da cartilagem ao permitir flexibilidade.
Mais interessante, o partido foi inventado inicialmente no colágeno da fibra de cura – sugerindo um design sofisticado e em camadas para impedir que as rachaduras se espalhassem. Sob a tensão, as redes de fibras e minerais trabalham juntos para absorver e distribuir energia, contribuindo para a elasticidade e flexibilidade do tubarão.
“A natureza cria um material significativamente forte, combinando um processo chamado biominalização como colágeno – biominalização. Essa técnica é camarão, crosta e até seres humanos para o desenvolvimento esquelético rigoroso e residencial, e Vivian Merk da categoria categoria de faemi”, diz Vivian Merk “Merk” Merk “.
Ao aplicar pressão mecânica às amostras microscópicas das vértebras de tubarão, os pesquisadores observaram pequenas distorções após um único ciclo de pressão aplicada – menor que o micrômetro. Curiosamente, as fraturas só ocorreram após o carregamento da segunda rodada e foram incluídas em uma única aeronave mineral, o que indica a resistência construída -em vez do material para falhas desastrosas.
“Depois de alguns milhões de anos de evolução, agora podemos finalmente ver como a cartilagem de tubarão na nanoescala e aprende com eles”, Maryen Porter, co-autores e professores associados do Departamento de FAU do Departamento de Ciências Biológicas. “Estamos descobrindo como pequenas estruturas minerais e fibras de colágeno são combinadas para criar um material que seja forte e flexível, totalmente adaptado para a forte natação de um tubarão. Esses insights podem ajudar a projetar melhores materiais seguindo o plano da natureza”.
Encontradas em água costeira quente e superficial em todo o mundo, os tubarões-preliça são caçadores macios e de corte rápido, conhecidos por sua incrível agilidade e movimento, que atinge 32 quilômetros por hora. Um dos comportamentos mais atraentes que eles parecem é pular da água e girar, geralmente enquanto se alimenta – um passo acrobático que acrescenta seu mistério.
Este estudo não apenas aprimora a compreensão biomecânica do esqueleto de tubarão, mas também fornece informações valiosas para engenheiros e cientistas materiais.
“Esta pesquisa destaca o poder da cooperação entre disciplina”, Dean Stella Batalma, decano da Faculdade de Engenharia e Ciência da Computação. “Ao combinar engenheiros, biólogos e cientistas de materiais, descobrimos como a natureza é forte, mas o tubarão cria um material flexível. Mentindo a cartilagem, as estruturas recuperadas de fibra fornecem design elástico de alto desempenho, que promete desenvolver materiais avançados a partir de implantes médicos”.
Os co-autores do estudo são Don Raja Somu, PhD; E em Steven. SOI, PhD, dois PhDs recentes. Charles E. Graduado pela Schmrit College of Science; Ex -pós -graduação da FAU College of Engineering and Computer Science Ani Briggs; Critica Singh, PhD; E cientistas dos cientistas do IMK Griving, PhD, Helmholtz-Gentrum na estação da terceira fonte de luz de raios-X do dsy petra terceira raio-x; E um biólogo de peixes de pesquisa de Michelle Passeroti, PhD, NOAA Fisheries.
Esta pesquisa foi apoiada por uma concessão da National Science Foundation (NSF) recebida pelo Merk Award; Um prêmio de carreira da NSF, Porter Rewards; E Fundo de Sementes do FAU College of Engineering and Computer Science e do FAU Sensing Institute (I-Sose). A aquisição de um microscópio eletrônico de infecção foi apoiado pela concessão da Merk por uma concessão de materiais de defesa/equipamentos nos Estados Unidos.