1. 배경
이 독특한 모양의 거북이는 단단한 껍데기 대신 가죽등이라는 부드러운 껍데기를 가지고 있습니다. 이 거북이는 가장 큰 킬론 거북이이자 네 번째로 큰 파충류입니다. 트리니다드의 북동쪽 해안은 "마투라"로 알려진 대서양 바다거북의 서식지입니다. 그것들은 수억 년 동안 존재해 왔으며 지구에는 몇 천 년 밖에 남지 않았습니다. 따라서 그들은 지금 심각한 멸종 위기에 처해 있습니다.
독특한 특성으로 인해 진화적 생존을 통해 큰 관심을 받았습니다. 그들은 2m 이상 자랄 수 있으며 무게는 500kg 이상입니다. 다른 거북이 종과 구별되는 한 가지 특징은 단단한 각질 껍질보다는 골격 조각을 덮고 있는 가죽 같은 피부로 보호된다는 것입니다. 그들의 피부는 신축성이 있고 신축성이 있으며 신축성이 있습니다. 그들은 1200m 깊이까지 잠수하는 것으로 알려져 있으며 변형 가능한 몸체로 인해 높은 정수압에서 약간의 유연성을 나타낼 수 있습니다.
골배엽 세포는 뼈와 같은 수산화인회석/콜라겐 조직으로 구성되며 주요 기능은 보호입니다. 두 가지 유형의 골세포가 갑골 및 플라스트론 영역에서 발견됩니다: 골세포 및 편평한 골세포. 봉합사는 섭취 단계에서 갑각이 팽창하고 깊은 잠수 중에 수축하여 폐활량을 증가시킵니다. 뼈는 피부 아래에 있으며 혈관계와 연결되어 있습니다. 혈관 네트워크는 뼈 상피 조직의 성장을 지원합니다. 거북이 껍질의 유연성은 단단한 껍질 사이의 제한된 상대적 움직임을 허용하는 봉합사에 의해 제공됩니다. Li는 주기적인 삼각파형을 갖는 봉합사가 강성과 강도 면에서 우수한 기계적 성질을 갖는다는 것을 발견했다. Leatherback 봉합사는 연동 및 굽힘 기능을 제공합니다. "유체 메커니즘"은 규정된 구조의 준수 및 유연성은 물론 기계적 안정성 및 상당한 인장 강도를 보장하는 방법입니다. 유연한 조인트로 지그재그 패턴으로 연결된 단단한 요소 세트는 치아가 쉽게 관통할 수 있는 영역이 없기 때문에 포식자로부터 보호합니다. 또한 기동성을 위해 유연한 표면을 제공합니다.
봉합사 디자인은 또한 균열이 한 뼈 조각에서 다른 뼈 조각으로 전파되는 것을 방지합니다. 다음은 두 가지 유형의 골격 조각이 있는 거북이 껍질의 계층 구조를 보여줍니다. 하나는 척추가 있는 동물의 등쪽에서, 다른 하나는 납작한 것입니다. 척추 피부의 정밀 CT 스캔은 상세한 봉합을 보여줍니다. 두 번째 유형의 골격 조각은 동물의 등쪽과 몸통 부분에 있습니다. Micro-CT 스캔은 또한 평평한 뼈 상피 세포 사이에 상호 연결된 봉합 디자인을 가진 매우 무작위적인 다공성 형태를 보여주었습니다. Terrapane Carolina의 Singman Rhee가 연구한 또 다른 단단한 껍질 거북이는 상대적인 세포내 다공성이 각각 7%와 66%인 두 개의 골층을 가진 샌드위치 합성물입니다. 해당 탄성 계수는 -20GPa 및 -1GPa입니다.
붉은귀거북의 뼈 사이의 봉합사는 뼈보다 장력이 약했지만 상대적으로 단단한 것으로 밝혀졌습니다. Acrai와 Wagner는 케라틴 표면층이 골절 에너지에 상당한 영향을 미치고 이를 2.5-3배 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 케이스의 무결성도 크게 향상되었습니다. 그들은 뼈/케라틴 층의 재료 및 합성 유사체를 개발했으며 PVB 코팅 알루미나에서 유사한 강도 및 파괴 저항 증가를 얻었습니다. 장수 거북이의 흉곽은 다른 고환과 달리 뼈 조각과 융합되지 않았습니다. 이것은 갑피에 추가적인 유연성을 제공합니다. 단단한 거북이 껍질의 역학에 대한 많은 연구가 수행되었지만 거북이 껍질의 구조는 연구되지 않았습니다.
2. 결과
2.1. 뼈 상피 세포의 미세 구조 및 구성
붉은 귀 거북과 유사하게 거북이의 골격은 다층 구조를 가지고 있습니다. 동물에서 두 가지 유형의 골격 조각이 발견되었습니다.
(1) 등쪽 조각. 장수거북의 등에는 5개의 능선이 있다. 5개의 등쪽 능선 외에도 가장자리를 따라 2개의 능선이 있습니다. 척추 피부의 마이크로 CT 스캔에서 봉합사가 두드러져 3D 레이어 효과를 생성하는 것으로 나타났습니다. 고배율에서 관찰된 조직은 과립입니다.
(2) 플래스트론에서 나온 평평한 뼈 조각. 마이크로 CT 스캔은 또한 평평한 뼈 층에서 매우 다공성 구조를 드러냈습니다. 이 조각의 가장자리에는 스티치 구조가 있습니다. 그림 1g는 인접 뼈에서 반대 맞물림이 있는 치아 봉합사를 보여줍니다. 여기서 2는 솔기 각도입니다. 비광물화된 콜라겐 섬유 구조로 구성된 봉합사 사이의 영역과 달리, 골피는 그림 1h에서와 같이 매끄러운 표면을 가진 광물화된 조직입니다. 봉합사 사이의 영역에는 인접한 뼈 상피 세포를 연결하는 콜라겐 섬유가 있습니다. 봉합 부위는 다른 뼈에 비해 약간 처져 있습니다. 성간 공간은 약 100-200 µm입니다. 여분의 공간은 봉합사가 외부 압력으로 인한 굽힘에 노출되었을 때 유연하고 순응할 수 있도록 합니다. 그림 2는 뼈 피부의 미네랄이 회절 데이터베이스의 피크와 일치하는 수산화인회석으로 식별되었음을 보여줍니다. 가죽을 포함한 7가지 스킨의 주성분은 미네랄 66%, 수분 21%, 단백질 13%입니다. 이 값은 붉은 귀 거북에 대한 Achrai 및 Wagner의 측정값과 잘 비교됩니다.
2.2. 골배엽의 역학적 특성 및 구조
조골세포의 기계적 성질 및 기계적 구조 이 밴드 구성은 다음과 같이 나타납니다. 다음은 개별 압축 응력-변형률 곡선과 대략적인 범위를 보여줍니다. 1. 우리는 갑각에서 3개의 스케치를 선택하고 섹션 2에 설명된 샘플 준비를 따랐습니다. 우리는 악성 종양 사이에 약간의 차이점이 있음을 알 수 있습니다. A 방향은 강성이 가장 낮고 B와 C 방향은 일관적입니다. 이러한 차이점으로 인해 나는 세 번째 시리즈로 이어졌는데, 그 결과 폴리싱된 표면 레이어를 제거하면 다공성이 중앙 레이어에 집중되기 때문에 A 방향의 전체 응답이 변경된다는 결론을 내렸습니다. 따라서 A 방향의 강성은 표면층이 제거됨에 따라 감소합니다. 뼈 조각은 샌드위치 구조를 가지며 기계적 특성이 다소 이질적입니다. A 방향의 압축은 먼저 다공성 영역을 변형시키는 반면 B와 C 방향의 두 위상은 평행하며 동시에 변형되는 것으로 간주할 수 있습니다. A 방향에서 곡선은 더 확장된 선형 탄성 영역 다음에 응력-변형률 응답의 기울기가 감소합니다.
이 두 번째 영역은 다공성 영역의 더 큰 기공의 기능 손실 및 내부 좌굴에 해당합니다. 또한 다른 광물화된 생체 재료와 마찬가지로 콜라겐 슬라이딩 활성을 가지고 있습니다. 그러나 leatherback 13 껍질은 뼈보다 뼈에 있는 콜라겐 섬유의 비율이 낮기 때문에 "가소성"이 좋지 않습니다. B방향과 C방향의 경우 직선영역을 구분할 수 없고 변형에 따른 하중으로부터 기울기가 단조롭게 감소한다. 이 구성의 경우 조밀한 스캐폴드와 다공성 스캐폴드 사이의 경계면은 막대의 방향과 평행했습니다. 그림 9는 A 방향 샘플의 순차 로드-언로드-재로드 특성을 보여줍니다. 6가지 테스트가 일관된 결과로 수행되었습니다. 이 순차 하중 실험은 영률의 감소를 확인하고 하중을 제거한 후 샘플의 손상을 관찰하는 두 가지 목적을 제공합니다. 두 번째 하중 주기 동안 변형률 곡선에서 측정한 영 값은 1.08에서 1.04GPa로 작은 변화를 유지했습니다.그러나 세 번째 하중 주기에서 강성은 ~0.84GPa로 크게 감소합니다. 제거 및 재설치의 경우 영구 부담은 2pct입니다. 이것은 미세 구조가 크게 변하지 않은 채로 남아 있음을 의미합니다. 첫 번째 하중에 대한 곡선이 선형성에서 약간만 벗어남을 알 수 있습니다. 주사전자현미경. 그러나 14MPa까지 하중을 가할 때 하중을 제거할 때 잔류 변형은 5pct입니다. 샘플을 다시 로드하면 영률이 0.84GPa로 감소합니다. 이는 14 MPa에서 미세 구조가 크게 손상되고 영률이 감소함을 의미합니다. 세 번째 하중은 강성의 현저한 감소에서 알 수 있듯이 구조에 손상을 일으킨 것으로 보입니다.