İnce Derimiz, Delinme Yaralanmalarını Önemli Ölçüde Azaltıyormuş

Tarih: 28 Ekim 2024
Kaynak: Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign, Haber Bürosu
Özet: İnce ve esnek cilt – domuz veya insan cildi gibi – delindiğinde alttaki dokularda oluşan hasarı önemli ölçüde azaltıyor. Yeni bir çalışma, domuz cildinin, cildi taklit etmek için tasarlanmış sentetik materyallerden bile daha iyi performans gösterdiğini ortaya koydu. Araştırmacılar, özellikle cildin delici bir nesnenin enerjisini dağıtma yeteneğinin, derin dokulardaki hasarı büyük ölçüde azalttığını bildiriyor.

Bulgular, Journal of the Royal Society Interface dergisinde yayımlandı.

Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign’da evrim, ekoloji ve davranış profesörü olan ve çalışmayı doktora sonrası araştırmacı Bingyang Zhang ile birlikte yöneten Philip Anderson, fizik yasalarının evrim üzerindeki etkilerinden büyüleniyor. Bu ilgi, doğada yaygın olan delici nesnelerin dinamiklerini keşfetmeye yol açtı.

“Dişler, pençeler, dikenler, iğneler ve diğer uzun, keskin aletler gibi delici yapılar, omurgalılar, omurgasızlar, bitkiler ve mantarlar dahil olmak üzere çok farklı organizmalarda, her ölçekte ve dinamik rejimde bulunur,” dedi Anderson.

Delinme ile ilgili tüm değişkenleri – örneğin delici nesnenin hızı, şekli ve keskinliği ya da hedefteki malzemenin mekanik başarısızlığı – ayırmak zor bir görev, diye belirtti. Anderson ve ekibi, delinmenin temel unsurlarını ölçerek başladı; farklı profillerde ve keskinlikte 3D baskılı koniler delici nesneler, çeşitli yoğunluklarda silikon jeller ise hedefler olarak kullanıldı. Delinmenin fiziksel yönleriyle ilgili bazı temel soruları yanıtladıktan sonra, Anderson’ın laboratuvarı şimdi biyolojik materyaller üzerine daha derinlemesine çalışmalar yürütüyor.

Yeni deneylerde Zhang, deri ile birlikte ve derisiz domuz eti parçalarının “delinme kolaylığını” test etti ve bu biyolojik materyallerin performansını sentetik bir taklit ile karşılaştırdı: Blubber’ın yaklaşık sertliğine sahip bir silikon jel ve cildi temsil eden daha ince, yüksek sertlikte bir jel. Malzeme sınırlamaları nedeniyle silikon deri yaklaşık 4 mm kalınlığındayken, hayvan derisi yaklaşık 2,5 mm kalınlığındaydı. Bu farka rağmen ekip, gerçek domuz derisinin, farklı hızlarda bir merminin materyallere ateşlenmesi ve dokuya ne kadar derin nüfuz ettiğinin ölçülmesiyle yapılan delinme testlerinde silikon deriden daha iyi performans gösterdiğini buldu.

“Dinamik delinme deneyleri ve teorik modelleme kombinasyonu kullanarak, hem doğal deri dokularının hem de sentetik çift katmanlı doku taklit materyallerin delinme direncini inceledik,” dedi Zhang. “İnce olmasına rağmen, alttaki dokuya bağlı domuz derisinin, derisiz aynı domuz dokusuna kıyasla daha düşük hızlarda delinmeden kaynaklanan hasarı yaklaşık %60, daha yüksek hızlarda ise %73 oranında azalttığını bulduk.”

Araştırmacılar, sentetik derinin daha az koruma sağladığını, düşük hızlarda alttaki jeldeki hasarı %40’tan az, yüksek hızlarda ise %30’dan az azalttığını tespit etti.

“Bu bulgular, doğal derinin üstün biyomekanik performansını gösteriyor,” dedi Zhang.

“Cilt katmanına sahip olmak, delinmeyi köreltmede gerçekten çok iyi,” dedi Anderson. “Aslında, düşük hızlarda alet deriyi bile delmeyi başaramadı.”

Araştırmacılar, cildin daha iyi performansının kısmen kolajen liflerinden oluşmasından kaynaklandığını düşünüyor; bu lifler bir arada örülmüş halde bulunuyor ve bazı lifler koptuğunda bile direnç sunuyor. Kolajen liflerinin kırılması ayrıca merminin enerjisinin bir kısmını dağıtarak yavaşlamasına ve dokuya daha derine nüfuz etme yeteneğini kaybetmesine neden oluyor. Silikon jel ise bu özelliğe sahip değil.

“Doğal cildin, kuvveti yeniden dağıtma ve enerjiyi dağıtma konusundaki eşsiz yeteneğini, dikkate değer bir savunma yapısı olarak gösterdik,” dedi Zhang. “Ayrıca, sentetik materyallerin birçok senaryoda faydalı olmasına rağmen, bu karmaşık biyolojik işlevleri taklit etmede hala yetersiz kaldığını öğrendik.”

Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi.

Bingyang Zhang şu anda Cornell Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacıdır.

Sizce doğal derinin bu koruyucu özelliği, gelecekteki malzeme tasarımlarında nasıl kullanılabilir? Sentetik materyallerin biyolojik dokuları taklit etmesi mümkün mü? Düşüncelerinizi paylaşın!

Dergi Referansı:
Bingyang Zhang, Bishal Baskota, Philip S. L. Anderson. “İnce Derili Olmak Dinamik Delinmeden Kaynaklanan Hasarı Hala Azaltabilir.” Journal of The Royal Society Interface, 2024; 21 (219) DOI: 10.1098/rsif.2024.0311

---