پایان نامه رایگان درمورد صدف، توليد، چسب

دانلود پایان نامه ارشد

دريايي در دانشگاه کاليفرنيا در رابطه با بارناکلها ميگويد: “تمام مکانيزم گرايش و چسبندگي آنها در زير پايشان که نسبتاً کوچک ميباشد نهفته است، بعلاوه اگر اين موجود را براي مطالعه انتقال دهيد، آن را خواهيد کشت”
صدفهاي آبي مسير مطالعهي راحتتر و مفيدتري را براي دانشمندان فراهم کردهاند. يک صدف، يک جانور نرم تن دو کپهاي است که مادهاي چسبنده در اعضاي داخلي آن وجود دارد و به يک پوستهي مفصلي پيوسته است. از آنجائي که نخهاي بايسال در خارج از بدنه و پوستهي اين جانور قرار دارند، دسترسي و تحليل علم شيمي چسب سادهتر است.
علم شيمي چسب صدف آبي:
اگرچه بسياري از ويژگيهاي صدفها همچنان واضح نيستند، اما ويت متوجه شده است که مکانيک کلي آنها مشابه با چسبهاي اپوکسي دو بخشي موجود در مغازهها ميباشد. غدهي چسب اين صدف، شامل دو قسمت مجزا است،که يکي پروتئينهاي صمغ مانند و ديگري مواد شيميايي توليد ميکند. با ورود به آب پروتئينهاي چسبندهي صدف کهMAPs خوانده ميشوند با مواد شيميايي ترکيب شده و در عرض چند دقيقه عمل ميکند.
پليمرهاي پروتئين چيدمان بلندي از مولکولها هستند که ميتوان آنها را شبيه به رشتههاي ماکاروني تصور کرد. ويت ميگويد: “بياد آوريد که زماني که رشتههاي ماکاروني را ميپزيد چه اتفاقي رخ ميدهد، اگر بيدقت بوده و رشتهها را بسادگي بصورت دسته و بدون جداکردن به درون ديگ بريزيد در نهايت با ريسمانهاي ضخيم و خيس ماکاروني روبرو خواهيد شد. اين همان چيزي است که با اتصال عرضي پروتئينهاي چسبندهي صدف روي ميدهد و ما نميتوانيم يکرشته را بطور همزمان بدون چند رشتهي ديگر بيرون بکشيم.”
پروتئينهاي چسبندهي صدف شامل مجموعهاي از 5 تا 10 نوع متفاوت از رشتههاي پليمر بوده که هر يک داراي يک نقش نسبتاً متفاوت ميباشد. به بيان ويت: “ممکن است برخي کاتاليزور بوده و موجب افزايش سرعت فرآيند اتصال عرضي شوند و برخي ديگر رشتهها را اندکي جدا ميکنند. در تلاش براي ايجاد يک چسب قوي انواع مهارتها وجود دارد.”
ويت کشف کرد که برخي از رشتههاي کليدي شامل آمينواسيد دوپا44 (مخفف ديهيدراکسي فنيلالانين-L-3,4) ميباشند. (شکل 4)

شکل 4- پروتئينهاي چسبنده صدف
مسراسميت45 يک مهندس زيست پزشکي در دانشگاه نورت ويسترن با تکيه بر تحقيق ويت درخصوص صدفهاي آبي، در حال توسعهي چسبي است که به اعتقاد او تقريباً برابر با چسب واقعي ميباشد. او دوپا، جزء اصلي در پروتئينهاي چسبندهي صدف، را به پليمرهاي همساز و ساخته شده در آزمايشگاه اضافه کرده و ژلهاي چسب دار و چسبناکي را ايجاد کرده که حتي در شرايط مرطوب نيز ميچسبد و در دماي نسبتاً کم نيز ويژگي خود را حفظ ميکنند. اين ژلها بطور محکم به محدودهي وسيعي از سطوح از جمله شيشه، فلزات، اکسيدهاي فلز و نيمه رساناها ميچسبند. اگر اين ژلها غيرسمي شناخته شوند، گزينههاي ايدهآلي براي استفاده در جراحي و ديگر عملياتهاي زيست پزشکي خواهند بود.اگرچه اين چسب تقليدي در مرحلهي توسعه قرار دارد، اما محققان تصور ميکنند که اين اپوکسي براي نيروي دريايي، صنعت ساخت و زمينههاي پزشکي و دندانسازي مفيد خواهد بود. (شکل 5)(Burdick, Alan., 2003)

شکل 5- قدرت چسبندگي صدف
4- توليد مواد ساختماني کم وزن با الهام از آبالون (نوعي حلزون)
بر روي سطح زيرين پوست آبالون قرمز46 (هاليوتيس روفستر47) يک سراميک رنگينکماني قابل توجه وجود داشته که دو برابر محکمتر از سراميکهاي با تکنولوژي بالاي ما ميباشد. صدف مرواريد که مرواريد نيز خوانده ميشود، شامل لايههاي متناوبي از کلسيم کربنات (در شکل يک کريستال بخصوص به نام آراگونيت) و پروتئين لوسترين-A ميباشد. ترکيب لايههاي سخت و کشسان، سختي و استحکام قابل توجهي به اين مرواريد بخشيده و به مواد فرصت ميدهد تا در اثر نيروهاي فشاري بلغزند. (شکل 6) گروههاي زيادي با استفاده از موادي همچون آلياژ آلومينيوم و تيتانيوم از ساختار اين مرواريد تقليد کرده تا يک فلز چند لايه محکم براي ساخت سلاح را ايجاد کنند.
گروه دکتر جفري برنيکه در آزمايشگاههاي ملي سانديا براي ايجاد ساختارهايي که به لحاظ نوري روشن بوده اما سختتر از شيشه ميباشد از يک فرآيند خاص استفاده کردند. فرآيند کم دما و تبخيري برنيکه به عناصر اصلي ساختمان فرصت ميدهد تا در پوششهايي که ميتوانند به عنوان شيشههاي محافظ باد، بدنه ماشينهاي خورشيدي، هواپيماها يا هر چيزي که ميبايست سبک وزن اما در برابر شکستگي مقاوم باشد، بکار روند. محققاني به نام نيکلاس کوتو و همکاران او در دانشگاه اوکلاهما، يک ماده با مقياس نانو را توسعه دادهاند که داراي مشخصههايي با صدف مرواريد بوده و مانند آن قدرت و انعطافپذيري زيادي را داراست. توانايي در ساخت نانوي مرواريد مصنوعي، ترکيبهاي کم وزن و سختي را براي قطعات هواپيما، استخوان مصنوعي و کاربردهاي ديگر بوجود ميآورد. آنها اين کار را با تعويض لايههاي خاک رس و نوعي پليمر به نام پلي الکتروليت انجام ميدهند. (Kotov, Nicholas., 2004)

شکل 6- لايههاي متناوب پوست آبالون (حلزون)

1-6-1-3-از ديدگاه ساختار

1- توليد کفپوشهاي چسبنده با الگوگيري از ساختار ولکرو
کفپوشهاي چسبنده48 (ولکرو) نيز بوسيله قدم زدن با يک سگ الهامگيري شد. فردي به نام مسترال49 (1940) همرام با سگش براي تفريح از خانه بيرون رفت، وقتي برگشت مشاهده نمود که لباس و موهاي سگ از نوعي گياه چسبنده50 پوشيده شده است و به سختياز لباس کنده ميشوند.براي اولين بار براي او اين سوال پيش آمد که چگونه آنها به اين محکمي ميچسبنداو خارها را از لحاظ ميکروسکوپي مورد بررسي قرار داد و کشف نمود که آنها با تعدادي قلابهاي کوچک پوشيده شدهاند. اين موضوع ايدهاي براي ساخت محصولي به نام ولکرو شد. (شکل 7) (عليرضا منصوريان و سيد مهدي گلستان هاشمي، ص66 و 67)

شکل 7- کفپوشهاي چسبنده ولکرو
2- توليد ماده اَبَر آب گريز51 با الگوگيري از برگهاي لوتوس
پروفسور ويلهلم بارتلوت دريافت که بر روي سطح برگهاي لوتوس، ساختارهاي سطحي ريزبه اندازه چندين ميکرومتر وجود دارد. ترشح ترکيبات موم مانندبر روي سطح هر برآمدگي، سبب ايجاد ويژگي سوپر هيدروفوبيک شده که خود پاککننده است. بدليل اين ساختار در سطح برگ لوتوس است که خاصيت سوپرهيدروفوبيکي در سطح آن وجود دارد. اين خاصيت، تأثير لوتوس ناميده ميشود. (شکل 8)

شکل 8- سطح برگ لوتوس
همچنين دانشگاه بون با مشارکت چند شرکت، رنگي را که “لوتوسان” ناميده ميشد توسعه بخشيد در اين ماده، ذرات نانو براي مثال (سيليکاي هيدروفوبيک) در يک ماده چسبنده پراکنده ميشوند. اين مواد به ياري صنعت، علم مواد و بيولوژي بوجود آمده و کشف تأثير لوتوس را ميتوان به عنوان يکي از کلاسيکترين موفقيتها در پژوهشهاي بيونيکي برشمرد.
کشف تأثير لوتوس در اثر پژوهش در مورد ساختارهاي سطحي جانوران يا گياهان آبزي بوجود آمد. گلبرگهاي رزها، کليوياها52 و گلهاي آفتابگردانخاصيت سوپرهيدروفيليکي را در خود دارند.آنها نيروي بسيار کافي براي جذب آب دارند به طوري که قطرات آب را حتي اگر به صورت وارونه گرفته شوند، حفظ مينمايند. گلبرگهاي رز، ساختارهاي طبقهبندي شده دارندکه شامل برآمدگيهايي به اندازه (20-10) است نه فقط از طريق اين برآمدگيها، بلکه توسط يک سري چينخوردگيها که در سطح آنها وجود دارد جذب يا نگهداري آب صورت ميگيرد.اين چينخوردگيها منبع اصلي قدرت جذب دراين گياهان محسوب ميشوند و اين خاصيت يعني قابليت جذب سطحي “تأثير گلبرگهاي رز” ناميده ميشود، مادهاي به نام نانوفيبرپلياسترن53 با ساختار توخالياش مبين مادهاي است که اين تأثير را نشان ميدهد.
3- توليد ابزار جمعآوري شبنم با الگوگيري از ساختار سطح بدن سوسک صحراي ناميب
موادي که توسط تکههايي با خاصيتهاي مختلف پوشيده شدهاند. يکي با قابليت هيدروفوبيک و ديگري با قابليت هيدروفيليک، نيز از طريق بيولوژيستها ودانشمندان مواد، گسترش يافتند. پروفسور آندرو پارکر54 (يک بيولوژيست در موزه تاريخ طبيعي لندن) روي سوسکي55 که در صحراي ناميب ساکن است، مطالعه کرد و مکانيسم سوسک را که با جمع کردن قطرات کوچک آب شبنم صبحگاهي، آب مينوشيد، روشن نمود.اين سوسک با زندگي در صحراي نزديک دريا، در هر صبح و عصر بر روي سرش ميايستد. سطح بدنش از سطوح نامشابه، برآمدگيهاي هيدروفوبيک کوچک به اندازه ميکرومتر، و وصلههاي هيدروفوبيک به اندازه اين برآمدگيها در بين آنها، تشکيل يافته استکه در کل يک ساختار محدب- مقعر را تشکيل ميدهند.قطرات شبنم که در قطعات سطحي هيدروفيليک، جذب سطحي شدهاند، به تدريج رشد نموده و وزنشان سبب ميشود که آنها در طول سطوح هيدروفوبيک بغلطند و در دهان سوسک وارونه ايستاده بروي سرقرار گيرند. (شکل 9)

شکل 9- سوسک صحراي ناميب و سطح بدن آن
پروفسور رابنر و کوهن56در مؤسسه تکنولوژي ماساچوست، مواد جمعکننده آب را که از سطح پوست اين سوسکها الگوبرداري شدند را گسترش دادند. آنها تکنيک ساخت لايه نازکي را مورد استفاده قرار دادند که روش لايه به لايه ناميده ميشود.با اين روش شبنمها به دام ميافتند. آنها متوجه شدند که يک نسخه از اين نوع سطح را ميتوان به عنوان ابزاري براي جمعآوري شبنم به کار برد تا منابع آبي در نواحي خشک و مناطقي با منابع رودخانهاي ضعيف، تضمين شود. (شکل 10)

شکل 10- ابزار جمعآوري شبنم
در سالهاي اخير، کشور چين، يک ثبت درخشان رادر پژوهش وگسترش مواد سوپرهيدروفوبيک بيونيکي داشته است. پژوهشگران در چين در تلاشند تا وجود يک رابطه دروني را بين انواع مختلف ساختارهاي سطحي موجودات زنده و عملکردهايشان پيدا نمايند.اين شامل ماده جمعآوري کننده آب که از طريق شبکههاي عنکبوت الگوبرداري شده و خصوصيت دفع کنندگي آب کهاز چشم مگس و بالهاي پروانه الهام گرفته شده و غيره ميباشد.
4- توليد لباس شنا با الگوگيري از پوست کوسه
مسابقه توليد لباس شنا براي افرادي که مشتاق شناي رقابتي در سال 2008 درست قبل از المپيک پکن بودند، از نقطهنظر پيشرفت ماده، دستاورد عمدهاي براي مسابقات شناي سرعتي داشت و نمونه آزمايش اين لباس با استفاده از يک بافت فيبري تو خالي يک شناي پرسرعت را حاصل نمود و سبب ذخيره نيرو ميشد که اين مسئله از طريق روش سوپرهيدروفوبيک، به انجام رسيده است، زيرا يک سطح دافع آب، مقاومت کمتري را نسبت به جريان يکنواخت آب دارد.يک ويژگي لباس شناي سرعتي توليد شده که جلب توجه کرده است، اين است که آنها ساختار پوستماهي بروي سطحشان دارند. (شکل 11) اين ساختار مرتبط با پوست ماهي از طريق شيارهاي تکراري از چند ده ميکرومتر تا زير فواصل 1 ميليمتري، مشخص شده است و معرفي چنين ساختاري براي کاهش مقاومت سايشي با مايع از مدتها قبل شناخته شده است.اين نوارهاي دندهاي در سطوح خارجي قايقهاي بادي مسابقهاي و هواپيماهاي مسافربري ايرباس اعمال شده و آنها گزارش نمودند که سرعت حرکت اين وسايل تا چندين درصد افزايش يافته و مصرف سوخت را بهبود بخشيده است در سالهاي اخير، ساختار دندهاي نيز به خاطر تأثير ضد جرم گرفتگي و رسوبي، مورد توجه واقع شد. اين روش براي جلوگيري از اتصال ارگانيسمهاي دريايي (براي مثال ستارههاي دريايي و صدفها) به ته کشتي بوجود آمد و کانالهاي آب سرد از TBT (تري بوتيل تين57) بهره جستند. با اين حال به دليل اينکه TBT يکي از مواد مختل کننده هورمون (هورمون محيطي) ميباشد، سازمان دريايي بينالمللي تصميم گرفت تا يک منع کلي ايجاد نمايد که تا 2008 اجرا گرديد.از اين رو روشهاي ضد جرم گرفتگي و رسوبي TBT به ويژه استفاده مؤثر از ساختار سطحي، تحت بررسي ميباشند.

شکل 11- لباس شناي سرعتي با ساختار پوست ماهي
در سالهاي اخير، اين ساختار دندهاي توجهات را به کاربردهايي غير از ضدرسوبات دريايي به سمت خود معطوف نموده است.پروفسور آنتوني برينا در دانشگاه فلوريدا و ديگر پژوهشگران توجه خود را به ويژگيهاي ضدباکتريايي ساختار دندهاي، معطوف نمودهاند. آنها يک فيلم پزشکي58 را گسترش دادند و هدف آنها از گسترش اين نوار نشان دادن کاربرد اين ساختار در تجهيزات دارويي و قطعات پزشکي

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه درمورد امنیت ملی، ژئوپولیتیک، ژئوپولیتیکی Next Entries پایان نامه رایگان درمورد سلولهاي، توليد، الگوگيري