ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΤΥ- 391



Σχετικά έγγραφα
ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΤΥ- 391

ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΜΕΤΑΞΙ ΙΣΤΟΙ ΑΡΑΧΝΩΝ

ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (BIOMINERALS, BIOLOGICAL CERAMICS) -NACRE (μαργαρο, σεντεφι) -ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΟΣΩΜΑΤΑ

ΙΝΕΣ ΜΕ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗ ΕΛΑΣΤΟΜΕΡΕΙΑΣ (ELASTOMERIC GRADIENTS) KAI ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (BIOLOGICAL ADHESIVES) ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ

Εφαρμογές της αυτο-οργανωσης και συγκρότησης υπερμοριaκών βιολογικών δομών (self-assembly) στην επιστήμη των υλικών (ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ)

ΚΕΡΑΤΙΝΕΣ (ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΙΝΙΔΙΑ) - ΜΑΛΛΙΩΝ, ΝΥΧΙΩΝ, ΟΠΛΩΝ (ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ)

ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥ ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ

πρωτεΐνες πολυμερείς ουσίες δομούν λειτουργούν λευκώματα 1.Απλές πρωτεΐνες 2.Σύνθετες πρωτεΐνες πρωτεΐδια μη πρωτεϊνικό μεταλλοπρωτεΐνες

ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ "ΔΟΜΗ ΞΥΛΟΥ"

1.Μαθησιακοί στόχοι του μαθήματος

ΓΩΝΙΕΣ φ, ψ ΚΑΙ ΕΠΙΤΡΕΠΤΕΣ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ

Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής. Φυσική του Σκελετού

ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ. Δυσκαμψία & βάρος: πυκνότητα και μέτρα ελαστικότητας

Εξωκυττάριο στρώμα (ΕΣ)

Η δοµή και η λειτουργία του κυτταροσκελετού: Ο κυτταροσκελετός είναι ένα δίκτυο από ινίδια που εκτείνονται σε όλο το κυτταρόπλασµα και σχηµατίζουν

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ

«ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΔΟΜΗ ΞΥΛΟΥ» ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ. Δρ. Γεώργιος Μαντάνης Εργαστήριο Τεχνολογίας Ξύλου Τμήμα Σχεδιασμού & Τεχνολογίας Ξύλου & Επίπλου

ΥΛΙΚΑ ΠΑΡΟΝ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝ

Διαλέξεις Χημείας Αγγελική Μαγκλάρα, PhD Εργαστήριο Κλινικής Χημείας Ιατρική Σχολή Πανεπιστημίου Ιωαννίνων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΙΣΤΟΛΟΓΙΑΣ Μ. ΠΑΥΛΙ ΗΣ

Δύναμη - Παραμόρφωση

ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ. Υλικά-ιστορία και χαρακτήρας

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 2016

Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών

ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΩΝ ΔΟΜΩΝ ΚΑΨΙΔΙΑ ΙΩΝ ΚΑΙ ΦΑΓΩΝ ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΕΣ ΜΑΣΤΗΓΙΝΕΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΙ ΜΗ-ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΣΣΩΜΑΤΩΣΗ

τα βιβλία των επιτυχιών

ΔΟΜΗ ΞΥΛΟΥ ΔΟΜΗ ΞΥΛΟΥ 8. ΥΠΟΔΟΜΗ ΤΟΥ ΞΥΛΟΥ. Δομή Ξύλου - Θεωρία. Στέργιος Αδαμόπουλος

ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΜΟΡΙΩΝ. Στοιχείο O C H N Ca P K S Na Mg περιεκτικότητα % ,5 1 0,35 0,25 0,15 0,05

Παθητικά στοιχεία. Οστά. Αρθρ. χόνδροι. Πολύπλοκη κατασκευή. Σύνδεσμοι τένοντες. Ενεργητικά στοιχεία. Ανομοιογενή βιολογικά υλικά.

ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΠΙΝΑΚΑΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΛΙΛΑΚΤΙΚΩΝ ΩΡΩΝ

ΑΝΤΟΧΗ ΥΛΙΚΩΝ Πείραμα Εφελκυσμού. ΕργαστηριακήΆσκηση2 η

Εργαστήριο Συνθέτων Υλικών

Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών

Χόνδρος Αρθρώσεις. Σοφία Χαβάκη Λέκτορας Εργαστήριο Ιστολογίας-Εμβρυολογίας

ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ. Οικογενειακά δένδρα: οργάνωση υλικών και διεργασιών

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ - ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 21 / 09 /2014

Οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι σφαιρικές (συμπαγείς) ή ινώδεις

Ποια κύτταρα έχουν κυτταροσκελετό; Όλα τα ευκαρυωτικά!

Στηρικτικά Κύτταρα και Εξωκυττάρια Ουσία. Κοτσίνας Αθανάσιος Επικ. Καθηγητής Εργ. Ιστολογίας-Εμβρυολογίας Ιατρική Σχολή - ΕΚΠΑ

Ανατομία του Ανθρώπου PHA108

«ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ: ΧΗΜΙΚΗ ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΡΟΛΟΣ»

ΜΙΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΠΕΡΙΟΔΟΣ ΤΗ ΒΔΟΜΑΔΑ ΔΙΔΑΚΤΕΑ ΥΛΗ ΣΤΟΧΟΙ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ ΠΡΩΤΗ ΕΝΟΤΗΤΑ

Εξωκυττάριο στρώμα (ΕΣ)

Βιοχημεία Τροφίμων Ι. Ενότητα 1 η Κρέας και ψάρι I (μέρος β) Όνομα καθηγητή: Έφη Τσακαλίδου. Τμήμα: Επιστήμης Τροφίμων & Διατροφής του Ανθρώπου

ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΕΣ ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Διεπιφανειακοί Δεσμοί

Από το βιβλίο του Δρ. Πέτρου Α. Πουλμέντη

αποτελούν το 96% κ.β Ποικιλία λειτουργιών

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Ν. ΜΑΓΝΗΣΙΑΣ ( Ε.Κ.Φ.Ε ) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ

ΒΙΟΛΟΓΙΑ. Παραδόσεις του μαθήματος γενικής παιδείας (Β λυκείου) Επιμέλεια: ΑΡΓΥΡΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ Βιολόγος M.Sc. Καθηγητής 3 ου λυκ.

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΔΡΑΣΗ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ

Δομή πρωτεϊνών: Τριτοταγής διαμόρφωση της δομής

τα Λεπτά Υμένια στις Νανοδομές και στις Νανο- & Mεγάλης κλίμακας κατασκευές.

Γεώργιος Τρανταλής. Επιμελητής Καρδιολογίας Κ. Υ. Καπανδριτίου Α Πανεπιστημιακή Καρδιολογική Κλινική

ΕΙΔΗ ΚΥΜΑΤΩΝ εγκάρσια διαμήκη

Ποια η χρησιμότητα των πρωτεϊνών;

ΤΑ ΜΟΡΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ. Τι γνωρίζετε για τους υδατάνθρακες;

Osteogenesis Imperfecta (Ατελής Οστεογένεση ) Ομάδα: Πατρασκάκη Μυρτώ Τσιτσικλή Μαγδαληνή

Η ΔΟΜΗ ΚΑΙ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΥ ΚΥΡΙΑΚΗ ΒΑΣΙΛΙΚΟΥ Γ1

ΚΥΤΤΑΡΑ. Καρβουντζή Ηλιάνα (Βιολόγος) 1

Στοιχεία Θερµικών/Μηχανικών Επεξεργασιών και δοµής των Κεραµικών, Γυαλιών

ΤΑΞΗ: B ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ:. ΤΜΗΜΑ: ΑΡ. Να προσέξετε την εμφάνιση του γραπτού σας και να γράψετε με μελάνι μπλε ή μαύρο.

Μηχανικές ιδιότητες υάλων. Διάγραμμα τάσης-παραμόρφωσης (stress-stain)

Χόνδρος Αρθρώσεις. Σοφία Χαβάκη Επικ. Καθηγήτρια Εργαστήριο Ιστολογίας-Εμβρυολογίας

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ. Χ. Κορδούλης

Επιστήμη των Υλικών. Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Φυσικής

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΙΙ

Αρχιτεκτονική της τρισδιάστατης δομής πρωτεϊνών

5.4 Το μυοσκελετικό σύστημα του ανθρώπου ΜΙΚΡΕΣ ΕΡΕΥΝΕΣ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΙΕΣ

Στηρικτικά Κύτταρα και Εξωκυττάρια Ουσία. Κοτσίνας Αθανάσιος Επικ. Καθηγητής Εργ. Ιστολογίας-Εμβρυολογίας Ιατρική Σχολή - ΕΚΠΑ

ΤΕΧΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΑΣ

ΟΠΤΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΗ ΧΗΜΕΙΑ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ:ΝΙΚΟΛΑΣ ΚΙΜΠΙΖΗΣ ΝΙΚΟΛΑΣ ΠΑΞΙΝΟΣ

Κεφάλαιο 2 Χημικοί Δεσμοί

Τμήμα Βιολογίας Μάθημα: ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΥΤΤΑΡΟΥ Γ εξάμηνο Διαλέξεις κάθε Τρίτη μ.μ. και Παρασκευή 11-13

BΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Εργαστήριο Συνθέτων Υλικών

ΙΑΤΡΙΚΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΑΘΗΝΩΝ (ΕΚΠΑ) ΚΑΤΑΤΑΚΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΑΚ.ΕΤΟΥΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ

ΑΠΟ ΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΣΤΟΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟ. Ένα ταξίδι στις βασικές έννοιες βιολογίας...

BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΕΝΖΥΜΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΚΙΝΗΤΙΚΗ

5. ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ. Επιμέλεια παρουσίασης Παναγιώτης Αθανασόπουλος Δρ - Χημικός

Μάθημα 2 ο ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ - ΙΝΕΣ. Χρήστος Παπακωνσταντίνου

ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΜΕΤΑΛΛΩΝ I

ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Nanocellulose / Νανοκυτταρίνη

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 8: ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΩΝ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ

Σο πυρίτιο Φημεία Γ Γυμνασίου

ρ Έλενα Κουλλαπή 2014

ΧΗΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΕΔΑΦΩΝ

ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ ΣΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ. Πλαστικότητα, Διαρροή, Ολκιμότητα

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 1

ΒΙΟΛΟΓΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ ΤΟ ΣΧΟΛΙΚΟ ΒΙΒΛΙΟ ΜΕ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Απομόνωση Καζεΐνης ΆΣΚΗΣΗ 6 Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΧΗΜΕΙΑΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

Χημεία Β Γυμνασίου ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Τ μαθητ : Σχολικό Έτος:

CAMPBELL REECE, ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟΜΟΣ Ι, ΠΕΚ 2010

Για τους παλιούς. Σύγχρονη Φυσική Εισαγωγή στην

Μικρά αμινοξέα. Βιοχημεία Ι Β-3

6. ΘΕΡΜΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΩΝ 1-7-8

ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤ ΕΞΑΜΗΝΟΥ Τμήμα Ιατρικών Εργαστηρίων Τ.Ε.Ι. Αθήνας

Transcript:

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΤΥ- 391 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΥΛΗΣ ΑΝΝΑ ΜΗΤΡΑΚΗ mitraki@materials.uoc.gr 2011-2012

ΓΙΑΤΙ ΤΑ ΦΥΣΙΚΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ? Γλυπτό της Louise Bourgeois, μουσείο Guggenheim, Bilbao, Ισπανία

391. ΥΛΙΚΑ ΙV: Επιστήμη Φυσικών Βιοϋλικών Υ Ώρες: 3-0-0, ΔΜ: 3 Προαπαιτούμενα: 122 ΚΑΙ 232 (ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ) 5ου Εξαμήνου, Διδάσκων: Αννα Μητρακη Η ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει την μελέτη υλικών βιολογικής προέλευσης, της δομής και αρχιτεκτονικής τους σε μοριακό επίπεδο, τωνμηχανισμώναυτό-οργάνωσης και των ιδιοτήτων τους ως υλικών. Οι μαθησιακοί στόχοι είναι οι εξής: 1) εξοικείωση των φοιτητών με τα υλικά βιολογικής προέλευσης 2) εμπέδωση των δομικών μηχανισμών που χρησιμοποιούνται από την φύση για την δημιουργία υλικών με καθορισμένες ιδιότητες 3) χρησιμοποίηση των γνώσεων αυτών για τον σχεδιασμό βιομιμητικών υλικών 4) προετοιμασία των φοιτητών για την διδασκαλία του μαθήματος των συνθετικών βιοϋλικών και των εφαρμογών τους (μάθημα 491)

Η φύση σαν πηγή έμπνευσης για τον σχεδιασμό καινοτόμων υλικών: το παραδειγμα του VELCRO Xanthium Strumarium: Ξάνθιον, κν. Κολλητσίδα

VELCRO VELours = βελούδο CROchet = τσιγγέλι hook-and-loop fastener http://www.velcro.com Πρώτη παρατήρηση: 1948 Πρώτη πατέντα: 1955

VELCRO : Μία από τις 50 σημαντικώτερες εφευρέσεις του 20 ου αιώνα

Η φύση σαν πηγή έμπνευσης για τον σχεδιασμό καινοτόμων υλικών: το παραδειγμα του gecko Ποια είναι η φύση των δυνάμεων που επιτρέπουν Την προσκόλληση σε κάθε είδους επιφάνεια, ακόμα Και κάθετα?

-Κάθε δάχτυλο αποτελείται από περίπου 2 εκατομμύρια setae -Τα setae έχουν στις απολήξεις τους εκατοντάδες χιλιάδες spatulae -H προσκόλληση στις επιφάνειες γίνεται με δυνάμεις van der Vaals -αποτέλεσμα: το άθροισμα εκατομμυρίων μικρών δυνάμεων (περίπου 100 nn) δημιουργεί Δύναμη της τάξεως του 10 Ν/ cm 2 setae spatulae

1 cm 2 υλικού από ινες πολυιμιδίου που μιμούνται την κατασκευή των ποδιών του gecko Scale bar=2 μ Geim et al. Nature Materials 2003, 2: 461-463

Ιδιότητες του υλικού: ο spiderman έχει επικαλυμμένο το χέρι του Με gecko tape. Ζυγίζει 40 γραμμάρια και κρέμεται από το οριζόντιο γυαλί. Geim et al. Nature Materials 2003, 2: 461-463

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΙΣΤΩΝ -Κολλαγονο -Ελαστινη -Μικροσωληνισκοι -κερατινη -ΙΝΩΔΗ ΒΙΟΥΛΙΚΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ) -Μεταξι -Ιστοι αραχνων -ινες και ιστοι εντομων -κολλαγονα μυδιων -ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ -οστα -δοντια -εσωτερικο οστρακων -περιβληματα αυγων εντομων -Ξυλο

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΙΣΤΩΝ -Κολλαγονο -Ελαστινη -Μικροσωληνισκοι -κερατινη -ΙΝΩΔΗ ΒΙΟΥΛΙΚΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ) -Μεταξι -Ιστοι αραχνων -ινες και ιστοι εντομων -κολλαγονα μυδιων -ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ -οστα -δοντια -εσωτερικο οστρακων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑΣ ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘΕΙΤΑΙ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ -ινώδης πρωτεϊνη -σχηματίζει αδιάλυτες ίνες με μεγάλη αντοχή στον εφελκυσμό -η πιο άφθονη πρωτεϊνη των θηλαστικών, αποτελεί το ¼ της συνολικής πρωτείνης του οργανισμού -βασικό συστατικό: -δέρματος -Οστών -τενόντων -χόνδρων -αγγείων -δοντιών

Γίνεται ανάλυση της μοριακής δομής των βιοϋλικων Για την εμπέδωση των βιολογικών δομών Γίνεται χρήση διαδικτυακών βοηθημάτων, πχ http://proteopedia.org/wiki/index.php/main_page Δομή του κολλαγόνου: τριπλή έλικα (υπερελικωμένο καλώδιο μήκους 3000 Å )

Διαδικτυακά βοηθήματα Για την κατανόηση των βιολογικών δομών Proteopedia: http://www.proteopedia.org/wiki/index.php/main_page Biotopics-molecules displayed in 3D http://www.biotopics.co.uk/jmolapplet/jcontentstable.html Molecules in motion http://www.moleculesinmotion.com/#animations Molviz http://www.umass.edu/microbio/chime/

Γίνεται ανάλυση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών και συσχέτιση τους με την μοριακή δομή Πλεονεκτήματα πού προσφέρει η J-shaped καμπύλη: 1) Αποφυγή σχηματισμού ανευρυσμάτων 2) Λιγώτερη ενέργεια μπορεί να απελευθερωθεί στοσημείοθραύσηςτουυλικού μείωση της πιθανότητας διάδοσης σχισμών 3) Το υλικό επιμηκύνεται λιγώτερο στις μεγάλες τάσεις Χαρακτηριστική καμπύλη τάσης/παραμόρφωσης Κολλαγόνου (J-shaped)

Με βάση την δομή και τις μηχανικές ιδιότητες, εξηγούνται εφαρμογές και χρήσεις (πχ βιοιατρικες εφαρμογές, χρησιμοποίηση από τους Ρωμαίους στους καταπέλτες) Συνεπώς: υλικά τύπου κολλαγόνου: 1) έχουν ανθεκτικότερη συμπεριφορά σε μεγάλες τάσεις 2) είναι κατάλληλα για αποθήκευση και αποτελεσματική απόδοση ενέργειας

ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ ΤΟΥ ΣΥΝΔΕΤΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΕΛΑΣΤΙΝΗ -εξαιρετικά ελαστική πρωτεϊνη -σημαντικό συστατικό: -τοιχωμάτων αιμοφόρων αγγείων -αορτικού τόξου (καρδιά) -συνδέσμου του αυχένα των ζώων Χημική σύσταση: επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες PGVGV

ΚΕΡΑΤΙΝΕΣ (ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΙΝΙΔΙΑ) ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ: - ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΥ - ΜΑΛΛΙΩΝ, ΝΥΧΙΩΝ, ΟΠΛΩΝ (ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ) - ΦΤΕΡΩΝ (ΠΤΗΝΑ) - ΔΕΡΜΑΤΟΣ ΕΡΠΕΤΩΝ

Κερατίνες: ανήκουν στην οικογένεια τωνενδιάμεσωνινιδίων Ινώδες συστατικό των μαλλιών, νυχιών, κεράτων Στα θηλαστικά Διατομή ανθρώπινης τρίχας μαλλιών: Ίνες κερατίνης μέσα σε μήτρα από μη ινώδεις πρωτείνες Και λιπίδια

Οι κερατίνες των πτηνών και ερπετών Έχουν δομή βητα- πτυχωτών φύλλων, π.χ, Φτερά πτηνών, ποδαράκια του gecko

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΙΣΤΩΝ -Κολλαγονο -Ελαστινη -Μικροσωληνισκοι -κερατινη -ΙΝΩΔΗ ΒΙΟΥΛΙΚΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ) -Μεταξι -Ιστοι αραχνων -ινες και ιστοι εντομων -κολλαγονα μυδιων -ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ -οστα -δοντια -εσωτερικο οστρακων

Συνθετικες ινες (Kevlar) poly(p-phenylene terepthalamide) (Stephanie Kwolek, DuPont) Η ισχυροτερη συνθετικη ινα Πλεονεκτηματα > εξαιρετικη αντοχη και απορροφηση κρουσεων, ανθεκτικο στην καυση, μικρη πυκνοτητα (1.45) Μειονεκτηματα > παραγωγη από ατμιζον θειικο οξυ, πολύ υψηλο κοστος

XAPAΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ - Διαδικασιες κατασκευης φιλικες προς το περιβαλλον - Ιεραρχημενη αρχιτεκτονικη δομων - Αυτο- οργανωση (self-assembly) - Οργανωση ανοργανων φασεων (κρυσταλλοι) από τις οργανικες (πρωτεινες)

Βιοσυνθεση του μεταξιου (πρωτεινη) -δυο κυριες πρωτεινες > φιβροινη+σερισινη Κατά την διαρκεια του περασματος από τον αδενα του μεταξοσκωληκα, οι πολυπεπτιδικες αλυσιδες περνουν από αμορφη δομη σε δομη β-πτυχωτων φυλλων (με συγχρονη αποβολη νερου και προσθηκη ιοντων ασβεστιου) «τηγμα» «στερεο» Κατευθυνση της ινας

Ιστοί αραχνών (πρωτεϊνη) Ιδιότητες: 5 φορές πιο ισχυρή από μια ίνα ατσαλιού της ίδιας διαμέτρου Μπορεί να επιμηκυνθεί κατά πέντε φορές χωρίς να σπάσει Ανθεκτικό ακόμα και στους -40 C

DuPont Magazine, 1996

XAPAΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ - Διαδικασιες κατασκευης φιλικες προς το περιβαλλον - Ιεραρχημενη αρχιτεκτονικη δομων - Αυτο- οργανωση (self-assembly) - Οργανωση ανοργανων φασεων (κρυσταλλοι) από τις οργανικες (πρωτεινες)

self-assembly Χρησιμοποίηση της ιδέας του lego

«top-down» vs «bottom-up» [Ehud Gazit, 2007]

Μια μεγάλη πρόκληση: πως μπορούμε να παράγουμε τέτοιου είδους βιουλικά σε μεγάλες ποσότητες? Ύφασμα διαστάσεων 3,5 x 1,5 μέτρων, American Museum of Natural History, New York City, 2009 Simon Peers & Nicholas Goldey

Ύφασμα διαστάσεων 3,5 x 1,5 μέτρων, φτιαγμένο από ιστούς αραχνών American Museum of Natural History, New York City Για την κατασκευή του: -70 εργάτες μάζευαν επί 4 χρόνια αράχνες από τηλεφωνικούς στύλους στην Μαδαγασκάρη -12 επιπλέον εργάτες απασχολήθηκαν για να συλλέξουν περίπου 25 μέτρα νήμα από κάθε αράχνη

Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 1 σ max= Αντοχη (strength) σ=f/a ταση (stress) ε=δl/l 0 παραμορφωση (strain) ε max= εκτατικοτητα (extensibility)

Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 2 Επιφανεια κατω από Την καμπυλη= Απαιτουμενη Ενεργεια Για την θραυση Του υλικου μετρο της Ανθεκτικοτητας Του υλικου (toughness) Αρχικη κλιση της καμπυλης= Μετρο ελαστικοτητας του Young (Young s modulus) Μοναδες=Pa (N/m 2 ) Μετρο της δυσκαμψιας του υλικου (stiffness)

Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 3 Επιφανεια που περικλειεται αναμεσα στις δυο καμπυλες = ενεργεια που μετατρεπεται σε θερμοτητα Ο λογος αυτης της ενεργειας/ απορροφηθεισα ενεργεια (επιφάνεια κάτω από την μαύρη καμπύλη) δινει το μετρο υστερησης (hysteresis)

Υπενθυμιση μηχανικων ιδιοτητων 3 Επιφανεια που περικλειεται αναμεσα στις δυο καμπυλες = ενεργεια που μετατρεπεται σε θερμοτητα Ο λογος της ενεργειας που αποδίδεται (επιφανεια κατω από την κόκκινη καμπύλη) / απορροφηθεισα ενεργεια (επιφάνεια κάτω από την μαύρη καμπύλη) δινει το μετρο της resilience Resilience = ικανοτητα ανακτησης του αρχικου σχηματος

Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο Μέτρο ελαστικότητας (GPa) Ελαστίνη 0.0011 Ρεζιλίνη 0.002 Κολλαγόνο 1.2 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 0.87 Ινα μυδιών (γειτονική) 0.016 Ιστός αράχνης (dragline) 10 Ιστός αράχνης (viscid) 0.003 Kevlar 130 Ατσάλι υψηλής αντοχής 200

Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο αντοχή, σ max (GPa) Ελαστίνη 0.002 Ρεζιλίνη 0.004 Κολλαγόνο 0.12 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 0.075 Ινα μυδιών (γειτονική) 0.035 Ιστός αράχνης (dragline) 1.1 Ιστός αράχνης (viscid) 0.5 Kevlar 3.6 Ατσάλι υψηλής αντοχής 1.5

Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο εκτατικότητα, ε max Ελαστίνη 1.5 Ρεζιλίνη 1.9 Κολλαγόνο 0.13 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 1.09 Ινα μυδιών (γειτονική) 2 Ιστός αράχνης (dragline) 0.3 Ιστός αράχνης (viscid) 2.7 Kevlar 0.027 Ατσάλι υψηλής αντοχής 0.008

Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο ανθεκτικότητα (MJ/m 3 ) Ελαστίνη 1.6 Ρεζιλίνη 4 Κολλαγόνο 6 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 45 Ινα μυδιών (γειτονική) 35 Ιστός αράχνης (dragline) 160 Ιστός αράχνης (viscid) 150 Kevlar 50 Ατσάλι υψηλής αντοχής 6

Συγκριση μηχανικων ιδιοτητων βιολογικων ινων με τις ιδιοτητες του Κevlar και του ατσαλιου Υλικο resilience (%) Ελαστίνη 90 Ρεζιλίνη 92 Κολλαγόνο 90 Ινα μυδιών (περιφερειακή) 28 Ινα μυδιών (γειτονική) 53 Ιστός αράχνης (dragline) 35 Ιστός αράχνης (viscid) 35 Kevlar Ατσάλι υψηλής αντοχής

Τα «βιολογικά ελαστικά» biological rubbers Ελαστίνη θηλαστικών Resilin (τένοντες ακρίδων, ψειρών) Abductin (αρμός μυδιών)

Τα εντομα προσφερουν εμπνευση για το «καλυτερο λαστιχο του κοσμου»

Τα εντομα προσφερουν εμπνευση για το «καλυτερο λαστιχο του κοσμου» Φυσική ρεζιλίνη: επαναληπτικές ακολουθίες GGRPSDSYGAPGGGN

Ρεζιλίνη πού εχει παραχθεί μέσα σε βακτηρίδια με τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA Έχει ιδιότητες ανάλογες με τη φυσική.. και Resilience: 97%

ΙΝΕΣ ΜΕ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗ ΕΛΑΣΤΟΜΕΡΕΙΑΣ (ELASTOMERIC GRADIENTS) KAI ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (BIOLOGICAL ADHESIVES) ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ

ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ ΠΟΙΕΣ ΘΑ ΗΤΑΝ ΟΙ ΕΠΙΘΥΜΗΤΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΥΤΩΝ ΤΩΝ ΙΝΩΝ?

ΙΝΕΣ ΜΥΔΙΩΝ (πρωτείνη) Δυο ειδη ινων με διαφορετικη ελαστικοτητα proximal (αμεσος, γειτονικος) distal (ακραιος, περιφερειακος) Συνδεδεμενα με διαβαθμιση ελαστικοτητας και ακριβη εφαρμογη (dovetailing)

Οι ίνες των μυδιών είναι Χαρακτηριστικό παράδειγμα FGM functionally graded materials λειτουργικά βαθμιδωμένα υλικά» Η σύσταση αλλάζει σταδιακά χωρίς να Χάνεται η συνοχή ανάμεσα στις διαδοχικές Περιοχές του υλικού

5 είδη πρωτεϊνών Mefp χρησιμεύουν για την πρόσφυση των μυδιών σε στερεές επιφάνειες

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΤΩΝ ΜΥΔΙΩΝ -Κόλλα Cell-Tak για πρόσφυση κυττάρων, συγκόλλητικό ιστών κλπ (www.bdbiosciences.com) -Δυνατότητες άλλων εφαρμογών (οφθαλμολογικά υλικά κλπ)

ΟΙ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΤΩΝ ΜΥΔΙΩΝ ΧΡΗΣΙΜΕΥΟΥΝ ΕΠΙΣΗΣ ΣΑΝ ΜΟΝΤΕΛΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΥΛΙΚΩΝ ΠΟΥ ΝΑ ΕΜΠΟΔΙΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΡΟΣΦΥΣΗ ΣΕ ΣΤΕΡΕΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ ΣΤΟΝ ΒΥΘΟ (ANTIFOULING AGENTS)

Ένα ακόμα δομικό μοτίβο φυσικών ινών (αμυλοειδείς ίνες) Η δομη β-πτυχωτων φυλλων, Με τα strands καθετα στον αξονα του ινιδιου, Εχει περιγραφεί για φυσικές ινες (ινες του εντόμου Chrysopa)

Αυτού του είδους οι δομές είναι μηχανικά πολύ ανθεκτικές καιχρησιμοποιούνταιστηνφύσησε εξωκυτταρικές δομές σχεδιασμένες για προστασία / αντοχή Περιβλήματα αυγών των εντόμων Εξωκυτταρικές πρωτεϊνες Προσκόλλησης φυκών

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ -ΔΟΜΙΚΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ ΙΣΤΩΝ -Κολλαγονο -Ελαστινη -Μικροσωληνισκοι -κερατινη -ΙΝΩΔΗ ΒΙΟΥΛΙΚΑ (ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ) -Μεταξι -Ιστοι αραχνων -ινες και ιστοι εντομων -κολλαγονα μυδιων -ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΥΛΙΚΑ -οστα -δοντια -εσωτερικο οστρακων

ΣΥΝΘΕΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ (BIOMINERALS, BIOLOGICAL CERAMICS) -NACRE (μαργαρο, σεντεφι) -OΣΤΑ -ΔΟΝΤΙΑ -ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΠΥΡΙΤΙΟΥ -ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΟΣΩΜΑΤΑ

Συνθετα βιολογικα υλικα (biominerals) Nacre (μαργαρο, σεντεφι) 95% Ανοργανη φαση=ανθρακικο ασβεστιο (αραγωνιτης, CaCO3) 3000 φορες πιο ανθεκτικο στην θραυση από Τον καθαρο αραγωνιτη

Δομη τυπου πλινθος και κονιαμα (brick and mortar) (μηχανισμός απορρόφησης κραδασμών / θραύσης)

Η οργανική φάση(πρωτεϊνες, με μεγάλη περιεκτικότητα σε σερίνη και ασπαρτικό), καθορίζουν με τρόπο επιταξικό την εναπόθεση της ανόργανης φάσης

ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΠΥΡΙΤΙΟΥ Αγκάθια του σφουγγαριού Euplectella aspergillum

Μικροδομή των αγκαθιών: μια κεντρική ίνα πρωτεϊνης (Organic Filament) Περιτυλιγμένη από έναν κεντρικό πυρήνα (Central Core) και παραπέρα Διαδοχικές ομόκεντρες στρώσεις (striated shell region) από πυρίτιο

Τα αγκάθια διαδίδουν το φώς, λειτουργούν δηλαδή σαν Οπτικές ίνες τεράστιο ενδιαφέρον για την κατασκευή νέων μορφών συνθετικών οπτικών ινών

ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ 24 υπομοναδες αυτο-οργανώνονται σε καψίδιο με εσωτερικη κοιλοτητα διαμετρου 6 nm Χρησιμεύει για την αποθήκευση σιδηρου στον οργανισμό υπο μορφην οξειδιου υπομονάδα

ΜΑΓΝΗΤΟΣΩΜΑΤΑ Συσσωματώματα μαγνητίτη Fe 3 O 4 Απαντώνται στα μαγνητοτακτικά βακτηρίδια και χρησιμεύουν για να τα καθοδηγούν σε μετακινήσεις ακολουθώντας τις γραμμές του γεωμαγνητικού πεδίου

Τα μαγνητοσώματα έχουν διάφορα σχήματα Και περιβάλλονται από βιολογικές μεμβράνες Bar = 25nm Bar = 100nm Πιθανές εφαρμογές?? Μεγάλο ενδιαφέρον για εφαρμογές στην αποθήκευση Μαγνητικής πληροφορίας

Παραδειγματα αυτο-οργανωσης Και συγκρότησης υπερμορικών δομών (self-assembly) στην βιολογια Και εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών (ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ)

Παράδειγμα ιεραρχικής συγκρότησης: η δομή μιας τρίχας μαλλιών Βασική δομική μονάδα: Άλφα-έλικα της πρωτεΐνης κερατίνης Πλούσια σε αμινοξέα κυστεϊνης, που σχηματίζουν δισουλφιδικούς δεσμούς

Αρχαία βαφή μαλλιών: μια πάστα PbO τοποθετείται στα μαλλια σε αλκαλικό περιβάλλον, δηλ. παρουσία Ca (OH 2 A, D: 0 h B, E: 6h C, F: 72h

Σχηματίζονται νανοκρυσταλλοι PbS μεγέθους 5 nm χωρισμένοι κατα διαστήματα 10 nm Ο σχηματισμός και η τοποθέτηση των νανοκρυστάλλων καθορίζεται από Την υπερμοριακή οργάνωση των ινών κερατίνης

ΦΕΡΡΙΤΙΝΗ 24 υπομοναδες αυτο-οργανώνονται σε καψίδιο με εσωτερικη κοιλοτητα διαμετρου 6 nm Χρησιμεύει για την αποθήκευση σιδηρου στον οργανισμό υπο μορφην οξειδιου υπομονάδα

Βιομιμητικη συνθεση μεταλλικων οξειδιων Το παραδειγμα της φερριτινης

Χρησιμοποιηση της αυτο-οργανωσης για την κατασκευη υλικων Νανοσωληνες (Nanotubes) σχηματισμενα Από το διπεπτιδιο FF

Οι νανοσωλήνες μπορουν να χρησιμοποιηθουν Σαν υποβαθρο για την κατασκευη υλικων π.χ. Μεταλλικα νηματα (nanowires)

Τα αυτο-οργανωμένα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές στην μηχανική των ιστών

SAPNS: Self-Assembling Peptide Nanoscaffold

Nano-Neuro Neuro knitting: Peptide nanofiber scaffold for brain repair And axon regeneration With functional return of vision Ellis-Behnke et al, PNAS, 2006, 103:5054-59 59

Επιστροφή όρασης μετά από αποκοπή οπτικού νεύρου και τοπική εφαρμογή πηκτής αυτό-οργανωμένων πεπτιδίων

There is plenty of room for Biology at the bottom.