Schärferen Kurve, stärker Ei

(ISNS)--ein Ei zu brechen ist viel einfacher, an seiner Seite als an der Spitze, und Wissenschaftler können nun genau sagen warum-- und um wie viel.

Diese neue Information könnte dazu beitragen, dass englischsprachige besser zu verstehen, die biologische Struktur der eiförmigen Zellen – und wie diese Zellen auf Medikamente reagieren könnte.

Zwei verschiedene Forschergruppen unabhängig voneinander entwickelten eine Methode ableiten, wie stark eine Ei-ähnliches Objekt ist aufgrund seiner Form und woraus es gemacht ist.

Ei-förmige Objekte oder Eies, sind häufig in der gesamten Natur, und in Hühnereiern, die Organellen der Zellen und die äußeren Schalen einiger Viren zu sehen. Bis heute musste finden die Steifigkeit von beliebiger Größe Ei-förmige Schale entweder mit Schätzungen auf Grundlage der Eigenschaften von Kugeln und Zylindern, oder direkt mit spezialisierten Laborgeräten gemessen angenähert werden.

Es ist bekannt, dass der stärkste Teil einer eiförmig an seiner schmalen Spitze ist. Je schärfer die Kurve eine eiförmig, stärker und härter ist es an der Spitze.

"Neu ist, dass wir irgendwie versucht, eine Klasse von Formen, zu studieren", sagt Dominic Vella, ein Mathematiker an der Universität Oxford in Großbritannien und Hauptautor eines der Papiere.

In der Vergangenheit hatten Forscher studieren die Struktureigenschaften des Eies, ihre Berechnungen mit Formeln für andere Formen der Einfachheit halber anzugleichen.

Massachusetts Institute of Technology Engineer Arnaud Lazarus und Hauptautor des zweiten Blattes, sagte, dass die beiden Teams arbeiten verwendet werden, um die Eigenschaften einer eiförmig ableiten, ohne es aufbrechen.

"Unsere Formel ist, dass wenn Sie eine auf die Schale Kraft und es verformt sich, man vorhersagen kann, wie dick die Schale ist," sagte Lazarus.

Im Gegensatz dazu kann Forscher Innendruck der Zelle durch das wissen, die Dicke und Materialeigenschaften des äußeren Gehäuses einer Zelle ableiten. Dies ist wichtig, wenn neue Therapien zu entwickeln, denn wenn eine Zelle unter großem inneren Druck, es möglicherweise schwieriger für ein neues Medikament, innen zu sickern, aber anfälliger für platzen könnte.

"Dem Gebiet der zellulären Mechanik immer theoretischer Modelle durch die Materialparameter aus Experimenten, extrahieren sucht", sagte K.C. Huang, ein Lichteffekt an der Stanford University, die auf die Forschung nicht funktioniert hat. "Darüber hinaus wichtige Grundfragen des biologischen Materialeigenschaften, diese Studien auch Anwendungen in der Gestaltung der dünne Schale Geometrien mit spezifischen mechanischen Verhaltensweisen wie differenzielle Steifigkeit und Beulen finden."

Reis, sagte, dass ihre Arbeit auch auf eine Vielzahl von Anwendungen neben Biomechanik ausgedehnt werden könnte.

"Wenn du, die Materialeigenschaften und die Geometrie Ihrer Shell ganz gut weißt, und wenn Sie sicher sind, dass es nicht zu viele Mängel wie Mikro-Risse darin, die Ergebnisse von unserer Formel... vorhergesagt sind in der Tat sehr genau", sagte Pedro Reis Maschinenbau-Ingenieur am MIT, die mit Lazarus gearbeitet.

Ironischerweise begrenzen diese Mikrorisse die Formel Nützlichkeit für Hühnereier. Obwohl die perfekte Form und scheinbar glatt, Eiern haben eine Menge von kleinen Unvollkommenheiten entlang der Oberfläche der Schale und sind anfällig für an den schwächsten Stellen zu brechen. Ein hart gekochtes Ei wäre mehr im Einklang mit dem, was ihre Formel leicht vorhersagen kann.

"Wir habe nicht dargelegt, um die Form eines Eies zu verstehen, es war nur eine Inspiration," sagte Reis.

Obwohl die beiden Teams zu fast identischen Ergebnissen kamen, nahmen sie kostenlose Ansätze, sie zu erreichen. Lazarus Team verwendet ein 3D-Drucker Formen für Silikon Abgüsse von vier verschiedenen eiförmige Ei Formen zu machen. Mit einer Präzisionswaage Labor, das Team an der Spitze des Werkzeugs gedrückt und gemessen, wie viel jedes "Ei" zurückgedrängt. Das Team lief dem Experiment mehrere Male mit verschiedenen Formen mit unterschiedlichen Dichten und Formen um ein allgemeines Verständnis der Auswirkungen auf der Form eines Eies seine Stärke.

"Können Sie einstellen, dass die Steifigkeit, die Steifigkeit können Sie tune durch das Spiel mit der Form", sagte Reis.

Vellas Team startete von Grund auf mit Computermodellen Ei Formen. Sie bauten eine idealisierte Eierschale innerhalb eines Computer-Modellierung-Programms und lief Simulationen basierend auf verschiedenen möglichen Formen, Shell-Materialien und Innendrücken.

"Wir haben versucht, die mehr mathematisch Gleichungen basieren, die wir kennen, elastischen Schalen, regieren", sagte Vella.

"Dünne Schalen sind überall", sagte Yves Pomeau, Mathematikprofessor emeritus an der Universität von Arizona. "Ich erwarte Anwendungen in Biologie, kleinem Maßstab Elastizität zu messen, und vielleicht in anderen Bereichen auch."

Die beiden Papiere beide sollen in einer kommenden Ausgabe der Physical Review Letters veröffentlicht.