پایان نامه رایگان درمورد سلولهای، تولید، الگوگیری

مانند میل جراحی بوده است.
5- تولید مواد و مصالح چسبنده با الگوگیری از پاهای مارمولک خانگی
الگوبرداری از انگشتان مارمولک گکو59 مانند الگوبرداری از تأثیر لوتوس، داستان موفقیت آمیز دیگری از همکاری علوم مواد- بیولوژی بوده است. در ژوئن 2003، اخبار BBC (آن لاین) مقالهای تحت عنوان گکو “الگویی برای نوار چسب” را که حاصل کار در یک گروه پژوهشی به سرپرستی پروفسور اندرو جیم60در دانشگاه ماساچوست بود منتشر کرد، که به طور موفقیتآمیزی یک نوار چسب آزاد چسبنده را که از میکروساختارهای انگشت یک مارمولک خانگی تقلید شده بود را معرفی میکرد.حیرتآور بود که گکو (مارمولک خانگی) میتواند بر روی دیوارها و سقفها بدون اینکه از نوک انگشتانش مواد چشبناک ترشح نماید، بخزد. نوکهای انگشتان گِکو، دارای ردپای لایهلایه میباشد و تعداد انبوهی از چند صدهزار موی زبر خاردار در داخل این لایهها و شکافها قرار میگیرد.در نوک هر موی زبر، که دارای طول حدود و شعاع تقریبی میباشد چند صد انشعاب وجود دارد، که در انتهای هر یک ساختار بشقاب مانند (اسپاتولا)61 دیده میشود و هر اسپاتولا، شعاع تقریبی nm200 دارد. (شکل 12)

شکل 12- ساختار انگشتان مارمولک خانگی (گکو)
برطبق فرضیه بیولوژیکی کِلِر آتومن62 و دیگران، نیروی چسبندگی نوک انگشتان گیکو، از نیروی وان دروالس بین انبوه موهای زبر میکروسکوپی و سطح دیوار بوجود میآید. (شکل 13)

شکل 13- اتصال موهای زبر انگشتان گکو به سطح دیوار
یکگروه تحقیقاتی سطحی را با رشد انبوه موهای زبر بر روی آن، بازسازی نمودند که در این سطح از (نیروی اتمی میکروسکوپی)63 و منافذ آلومینی آنودیزه شده با مقیاس نانو، استفاده شده بود. آنها نه فقط مکانیسم چسبندگی انگشتان گِکو را توضیح دادند، بلکه توسعه یک ماده چسبناک را گسترش بخشیدند (نوار چسب گکو)، همچنین از تحقیق دیگری گزارش شد که سطحی با رشد انبوه موهای زبر ساخته شده از نانو تیوپهای کربنی نیز نیروی جذب قویای رااعمال مینماید. تلاشهای پژوهشی در جهت استفاده عملی از این روش، توسعه یافت و یک رباط از نوع گکو که توانایی حرکت در طول دیوارها را داشت، ایجاد شد.
علاوه بر این انتظار میرود این کشف یک سری کاربردهای گسترده را نیز در مصارف نظامی و مصارف شهری داشته باشد.
6- تولید مواد ضدانعکاسی با الگوگیری از ساختارچشمبیدها
در دهه 1960، برنهارد64 ودیگران گزارش نمودند که سطح چشم بید با ردیفهایی از ساختارهای پیش آمده که تقریباً nm100 بودند، پوشش یافته است.(شکل 14) متعاقباً، در اوایل دهه 1980، ویلسون65، هاتلی66 ودیگران ( از بخش بینایی آزمایشگاه فیزیک ملی انگلستان) توضیح دادند که یک ردیف از ساختارهای محدب- مقعر (ساختارهای چشمی بید) باعث تغییر شاخص انکساری در سطح میشود که یک سطح غیر انعکاسی راایجاد میکند. این چشم پیچیده با چنین ساختار داخلی به بیدها کمک میکند تا در شب با دریافت حداکثر نور پرواز نمایند و به دلیل اینکه چشمهایشان نوری را منعکس نمیکند، شکارچیان مثل پرندگان از یافتن آنها ناتوان میمانند.

شکل 14- ساختار چشم بید

دانشمندان از این خصوصیت ضد انعکاسی ساختار چشم بیدها در تولید صفحه نمایش صاف، لامپهای درخشان (شبتاب)، لنز یا عدسی برای گوشیهای تلفن و پدها بهره بردند. همچنین ساختار چشم بید سبب افزایش کارآمدی و راندمان سلولهای خورشیدی میشود. ریواس67 و دیگران (از مؤسسه فیزیک مولکولی و اتمی آمولف68در هلند) کشف کردند که ساخت و تشکیل ساختار چشمی بید بر سطح لایه GaP به طور چشمگیری محدوده طول موج نور انعکاسی را کاهش میدهد (از نور مرئی تا ناحیه نزدیک به مادونقرمز) و بهاین روش باعث افزایش بازدهی سلولهای خورشیدی میشود.
( Masatsugu Shimomura, 2010 )
7- تولید مواد کمفرسایش با الگوگیری از ماهی ماسهای69
سینکوس سینکوس70، مارمولکی که ساکن صحرایها آفریقای شمالی و آسیای جنوب غربی میباشد وماهی ماسهای نامیده میشود به داخل ماسهها شیرجه زده و زیر سطح آن به صورت موج مانند حرکت مینماید. این ماهی که حدود 15 سانت طول دارد، به زیر “دریایی از ماسه” که تا عمق چندین سانتیمتر بوده میرود ومیتواند در یک سرعت 30-10 شنا نماید. (شکل 15) پروفسور اینگو ریچنبرگ در مؤسسه تکنولوژی برلین دریافت که پوست پولکبندی شده ماهی ماسهای، ضریب فرسایشی بهتری نسبت به فولادهای پالایش شده، شیشههای صاف و پهن، تفلون و سطوح نایلونی پر تراکم، دارد و به سختی نشانهای از سایش را بعد از تماس با ماسه، از خود نشان میدهد. پولکهای یک ماهی ماسهای شامل سراتین گلوکزی شده و غنی شده با سولوز میباشد و شامل مواد غیرآلی شامل سیلیکاتها نمیباشد.این پولکها با داشتن سرایتن به عنوان عنصر اصلی این خاصیت ویژه را تولید مینمایند. پروفسور بایومگارتنر71 و دیگران یک نوار پلیمری را با سراتین که از این پولکها بیرون کشیده شده است، پوشش دادهاند و دریافتند که این سطوح ویژگیهای مشابهی را مانند پولکها، نشان میدهد.

شکل 15- ماهی ماسهای

1-6-1-4- از دیدگاه فرآیند

1- تولید سلولهای خورشیدی نانوکریستالی با الگوگیری از مکانیزم فتوسنتز
به گفته پژوهشگری به نام وگل72 مقیاسهای کوچکتر (برای تقلید) اکتشافات بهتری برای رقابت در اختیار انسان میگذارند و این راه منجر به ساخت و تولید در زمینههای نانوتکنولوژی میگردد. به عنوان مثال فتوسنتز یک ثروت و فناوری طبیعی بسیار با ارزش است. سلولهای خورشیدی سیلیکاتی تجارتی چندین درصد نور را به انرژی الک
ت
ریکی برمیگرداند در صورتی که کلروپلاست آن را به انرژی شیمیایی تبدیل میکند. اما سلولهای خورشیدی نانوکریستالی که توسط گرتزل73 و همکارانش توسعه یافته است اصول طراحی کلروپلاست را به صورت خلاصه نشان میدهند. آنها با الگوگیری از مکانیسمهای فتوسنتز و اجزاء تولید و جداسازی با ماهیتهای متفاوت (مانند کلروفیل ، فئوفیتین، پلاستوکوئینون و بقیه ناقلهای الکترون) سلولهای خورشیدی سیلیکاتی را ابداع کرده که با نیمه هادیها فعالیت میکنند. گرتزل عقیده دارد که برای تسخیر انرژی فوتونها از مولکولهای رنگی استفاده شود که در سطح خود از نانو کریستالهای تیتانیوم برای جذب استفاده میکنند. این اجزاء نیمه هادی گذرگاه جمعآوری الکترودها میباشند و دنبال این هستند که با ترکیب عملگرهای بسیار پایین و مواد با ارزش یک ابداع رقابتی ایجاد کنند.(علیرضا منصوریان و سید مهدی گلستان هاشمی، ص70)
2- تولید حسگر مادون قرمز با الگوگیری از توانایی حسی حشرات
در سالهای اخیر پژوهش بر روی حسگرها با استفاده از مواد بیونیکی جدید گسترش یافته است. در این پژوهش بیولوژیستها نقش اصلی را ایفا نمودهاند. برای نمونه حشرهای به نام کاپدیدا74تخمهایش را در ویرانههای پس از آتشسوزی بوتهها به جا میگذارد. این حشره حسگر مادون قرمز بسیار حساسی دارد که میتواند تا چند ده کیلومتر دورتر محل آتشسوزی را تشخیص دهد. پروفسور اسکمیتز75 و دیگران در دانشگاه بن توضیح دادند که این یک نوع حسگر مکانیکی میباشد. ردیفهای متعدد سلولهای حسی کروی شکل سنسیلم76 بر پشت چشمهای این حشره واقع شدهاند و هر سلول موهای حسیای دارد که توسط دیوارههای پوششی مو به سلولهای عصبی متصل میشود. در قسمت داخلی هر سلول حسی یک کانال باریک قرار دارد که با مایع پر شده است. پرتوافکنی نور مادون قرمز سبب میشود که به طور موثری انبساط گرمایی مایع داخل کانال انجام گرفته و از این رو موهای حسی فشرده شود و از طریق سیستم عصبی محرکهای مکانیکی به کار افتد.(شکل 16) بر اساس این یافتهها دانشگاه بن یک حسگر مادون قرمز قوی ایجاد کرده که نیازمند هیچ قطعه سرمابخشی نمیباشد. این حسگر یک اصول اجرایی بسیار ساده دارد، انبساط حرارتی مایع (آب) که در یک فضای تنگ محدود شده و از طریق یک کندانسور ایجاد میشود.
( Masatsugu Shimomura, 2010 )

شکل 16- سلولهای حسی کروی شکل چشم کاپدیدا

1-6-1-5- از دیدگاه عملکرد

1- سوسمار خاردار77
استرالیا تا به امروز بدلیل جانوران و گیاهان خارقالعادهاش مشهور بوده است.سوسمارهای استرالیا در انواع مختلفی هستند.اما در این میان، گونهای از یک جنس منحصر به فرد وجود دارد که دانشمندان از سال 1841 این سوسمار را به عنوان مولوچهاریدوس78، یک دیو خاردار استرالیایی شناختهاند. این سوسمار در نواحی خشک استرالیا بسیار زیاد وجود دارد: استرالیای غربی، استرالیای جنوبی، سرزمین شمالی و کوئینزلند غربی. خشکی و شرایط خاک، عوامل اصلی در تعیین مکان زندگی مولوچهاریدوس بشمار میروند.
احاطه شده در خار:
تقریباً تمام ویژگیهای ظاهری این سوسمار حاکی از عجیب بودن آن است، به آسانی میتوان گفت که این غیر عادیترین سوسماری است که هر کس میتواند ببیند. این موجودات پوشیده از خارهای بلند و فلسهای کشیدهای هستند که در همه جهت میرویند.نوک این خارها، باریک، تیز و صاف هستند. در میان این فلسهای پراکنده با نوکهای بلند، قسمتهایی با فلسهای کوچک، لوزی و متفاوت وجود دارند.با این حال، ردیفهای زیادی از خارها که از پشت گردن تا انتهای دم امتداد یافتهاند، روی اعضای دیگر بدن این جانور نیز وجود دارند. حتی بر روی سطح شکم نیز خارهای کوچک، تیز و مخروطی شکلی وجود دارد که در سراسر این سطوح فلسدار پراکنده شدهاند. در قسمت سر، به نظر میرسد که هر یک از سوراخهای بینی از بالا توسط یک خار مخروطی کوچک محافظت شده و یک خار بزرگ با خارهای کوچکی در کنار آن از بالای هر چشم بیرون آمده است.
گردن کشیدهی این سوسمار دارای حلقههایی از خار مستقیماً در پشت سر بوده که بر روی یک برجستگی واقع شدهاند.
سطح قسمت پشت این سوسمار از لحاظ ظاهری بوسیلهی خارها و الگوهای رنگی با میزان روشنی متفاوت برجسته شده و ظاهر انبوهی از گیاهان خشکیده و چینخورده بیابان را به او بخشیده است. (شکل 17)

شکل 17- سوسمار خاردار
رنگها و طرحها
از نزدیک، این موجود میتواند دارای ظاهری درخشان و رنگی باشد، اگرچه از فاصلهی دور این رنگها از رنگهای یافت شده در طبیعت تقلید کرده و پیدا کردن این سوسمار را دشوار میسازد.پوست این سوسمار قادر به بالا کشیدن آب به سمت دهان از طریق شبکهای از کانالها که در میان فلسها قرار دارد میباشد. پوست آن دارای یک رنگ زمینهی زردفام، پوشیده از خالهای تابناک به رنگ قرمز، زرد یا قهوهای بوده که با خطوط سیاه باریک پررنگ پوشیده شده است.این سوسمار قادر به تغییر رنگ سریع بوده که این توانایی وابسته به واکنش سلولهای رنگ دانه در غشاء میانی پوست میباشد.
آشامیدن از پوست خود:
دو دانشمند در دانشگاه استرالیای غربی در پرت برای نشان دادن اینکه آب در حقیقت به بالا و در سراسر سطح پوست این سوسمار بسرعت و در تمام جهات حرکت میکند، از یک رنگ آبی کلوئیدی استفاده کردند اما این رنگ به سطح پوست نفوذ نکرد. تنها پس از آنکه این حیوان در آب رنگ شده ایستاده و بطور آهسته کمی فک خود را باز و بسته کرد، آب رنگ شدهی روی سطح پوست این سوسمار در معدهی او یافت شد.در حقیقت آب منتقل شده به پوست از طر
یق عملکرد مویی در سرتاسر سطح فلسها، به سمت کانالهای میان هر فلس پائین آمده و سپس از طریق این شبکه کانال به سمت دهان برای بلعیدن جریان مییابد.
بدلیل کمبود بارش باران در بیابانهای استرالیا، از نظر دانشمندان این مکانیزم در واقع برای جمعآوری شبنم غلیظ شدهی روی خارهای این سوسمار بویژه نوکهای صاف بکار میرود. آنگاه این شبنم به سمت فلسها جریان مییابد.
محققان از این سیستم استفاده کرده و دستگاهی را با الگوگیری از این روش جهت جمعآوری آب تولید کردند که برای مناطق خشک و کم باران بتوان از طریق آن آب را جمعآوری و سپس مورد استفاده قرار دارد. (شکل 18)
(Sherbrooke, Wade C.,2011)

شکل 18- طریقه آشامیدن سوسمار خاردار از طریق پوست
1-7- علم بیونیک در آینده

آیند? بیونیک بسیار ثمربخش است. بیونیک اصولاً یکعلم رابط است. بیونیک در همکاری با بسیاری از رشتهها نقش با ارزشی دارد، و انتظار میرود که در آینده نیز با توجه به کوششهای بسیاری که

Author: mitra5--javid

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *