Materials World Network: Structural Design and Micromechanical Properties of Mechanotransducing Biological Materials

材料世界网络:力传导生物材料的结构设计和微机械性能

基本信息

  • 批准号:
    1209332
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-09-01 至 2016-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

TECHICAL SUMMARYThis Materials World Network project focuses on the understanding of principles found in natural vibrational receptors and on the mechanism of mechanical signal detection with the spider slit biosensory system at the material level. The investigation of the direct spatial correlation among cuticule morphology, hierarchical structural organization and spatial distribution of micromechanical properties in spider stress-sensing slit-sensilla as studied with a combination of microbeam small angle X-ray synchrotron scattering, dynamic nanoindentation, and surface force spectroscopy will be a crucial point of this highly cross-disciplinary biomaterial project. The PIs will explore the time-dependent micromechanical properties of these mechano-receptors embedded in the spider exoskeleton with high spatial resolution and relate the findings to the function of these organs as sensitive and selective vibration filters. The PIs consider the micromechanical properties of the cuticle, which are dependent on the protein fiber arrangement and orientation as key parameters for the mechanical response during slit compression and the efficient transmittance of external mechanical stimuli. Ultimately, this knowledge can be utilized in the future design and development of bio-inspired mechanoresponsive and adaptive nanostructured materials.NON-TECHNICAL SUMMARY The Materials World Network project focuses on deeper understanding of biological vibrational receptors found in large spiders from prospective of their morphology and physical mechanical properties. Ultimately, this knowledge can be utilized in the future biomimetic development of responsive and adaptive synthetic materials with tailored vibrational and elastic properties as smart mechanical filters, anti-vibrational pads, soft robotic arms, and pressure-sensitive glues. The broader impact of this project is anticipated through the enhanced training of graduate and undergraduate students with an emphasis on their early involvement in interdisciplinary research and invaluable international research experience which is facilitated by an intensive collaboration with researchers from Germany and Austria. To further enhance this education, the lead researcher will further develop an undergraduate course on advanced soft nanomaterials.This project is supported by the Biomaterials program and the Office of Special Programs in the Division of Materials Research.
技术摘要本材料世界网络项目的重点是对自然振动受体中发现的原理的理解以及在材料层面使用蜘蛛缝隙生物感觉系统的机械信号检测机理。 对蜘蛛形态,分层结构组织的直接空间相关的研究和微机械特性的空间分布在蜘蛛应力传感裂缝裂缝中与微孔小角度X射线X射线同步散射的结合进行了研究,这将是一个高度交叉的点数。 PI将探索这些机械受体的时间依赖性的微力特性,这些机械受体嵌入了具有高空间分辨率的蜘蛛外骨骼中,并将发现与这些器官的功能相关联,作为敏感和选择性的振动过滤器。 PI考虑了角​​质层的微力特性,这些特性取决于蛋白质纤维的排列和方向,作为在裂缝压缩过程中机械响应的关键参数以及外部机械刺激的有效透射率。 最终,可以将这些知识用于以生物启发的机械措施和自适应纳米结构材料的未来设计和开发。没有技术概述材料世界网络项目的重点是对生物振动受体的更深入了解,该材料从前瞻性的大蜘蛛中,其形态和物理机械性质的前瞻性。 最终,可以将这些知识用于响应性和适应性合成材料的未来仿生发展,并具有量身定制的振动和弹性特性,例如智能机械滤镜,防振动垫,软机器人臂和压力敏感性胶水。 通过加强研究生和本科生的培训,预计该项目的更广泛影响是他们早期参与跨学科研究和宝贵的国际研究经验的重点,这是由与德国和奥地利的研究人员进行密集的合作促进的。 为了进一步增强这种教育,首席研究人员将进一步开发有关高级软纳米材料的本科课程。该项目得到了生物材料计划和材料研究部特殊计划办公室的支持。

项目成果

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