FORUM112

Wiezmann Enstitüsü Yapisal Biyoloji Bölümü’nden Prof. Steve Weiner Bogaziçi Ãœniversitesi Biyo-Medikal Mühendisligi Enstitüsü’nün davetlisi olarak “Disin Deformasyonu” baslikli bir konusma yapti

Biyo-mineralizasyon, minerallerin organizmalarca olusturulmasi konusunda uzman olan Weiner, On Biomineralization adli kitabin es-yazari. Weiner ve ark. nin uzun vadeli amaci biyo-mineralizasyonun degisik organizmalarca kullanilan mekanizmalarini ve mineralize olmus dokularin yapi-islev iliskilerini anlamak. Bu amaçla, kontrollü mineral olusumunu mollusk, ekinoderm, süngerler, bitkiler ve omurgalilar üzerinde yapi-islev iliskisi, matriks biyokimyasi ve dogal dokularin mineral süreçleri açisindan inceleyerek, biyolojik mekanizmalari aydinlatacak in-vitro deneyler yapiyorlar.

Dünyada organizmalarca olusturulan yaklasik 70 farkli mineral çesidi bulunuyor. Bu mineraller genetik olarak belirlenmis karmasik sekilleri alarak ve çogunlukla dizinler olusturarak organizmanin ekzo- ve endo- iskeletlerinin mekanik görevlerinin yerine getirilmesi, organizmanin dünyanin manyetik alaninda ilerlemesi, yer çekimi alaninda dogrultusunu bulmasi, geçici depolama yapabilmesi, yumusak dokularin sertlesmesi, vs. gibi farkli islevleri yerine getirmekteler. Mineralize olmus dokular siklikla mekanik islevleri olan grift hiyerarsik yapilar olusturuyorlar. Yasam boyu özellikle disler ve kemikler zorlu mekanik görevler yerine getirmek zorundalar. Bu nedenle bu organlarin yapi-islev ayarlari doga tarafindan hassasiyetle yapiliyor.

Akilli Malzeme Olarak Dis:

Disi olusturan mine ve dentin yapilari farkli malzemeler olmalarina ragmen birlikte çok basarili bir sekilde çalismaktalar. Dis minesinin çubuk demetleri halindeki kristallerinin agirliginin %1’i organik maddeden olusmaktayken, dentin, agirliginin %20’sini olusturan kolajen fibrillerinin içinde katmanlar halinde düzenlenmis küçük kristal plakalardan olusmaktadir. Dis minesinin ve dentinin içerdikleri maddeler disin farkli bölgelerinin malzeme özelliklerinin de birbirlerinden farklilasmasini saglamaktadir. Disin dikey kesitinin degisik noktalarinin sertligi incelendiginde, sertligin minede yüksek oldugunu, mine-dentin birlesim noktasinda düsüs gösterdigini, dentin bölgesinde sertligin yeniden arttigini görürüz.

Insan disinin yapi–islev iliskisi ve çigneme sirasinda disin maruz kaldigi basma kuvveti karsisinda olusan deformasyon ve gerinim haritasi holografik yöntemler ve Benek Örüntü Girisim Ölçer (ESPI) kullanarak nanometrik çözünürlükte görüntülenebiliyor. Bu çalismalar sonucunda disin degisik noktalarindaki elastik büyüklüklerin ayni ya da simetrik olmadigi, 3 boyutlu olarak incelenen nanometrik deformasyon haritalarinda disin anisotropisi, yani degisik eksenlerde disin sergiledigi malzeme özelliklerinin farkliligi görülmektedir. Örnegin, disin yanaga bakan yüzünün mine ve dentinden olusan kesitinin ortalama elastik büyüklügü 3.5GPa iken, dile bakan yüzünde ortalama elastik büyüklük 9.7GPa oluyor.

Ayrica, disin sert ve yumusak yiyecege verdigi yanit, yumusak yiyecegin disle temas ettigi alanin büyük olmasi, buna karsin sert yiyecegin disin sadece ufak bir bölgesiyle temasta olmasi nedeniyle farklilik gösteriyor. Diste herhangi bir yükleme sonucunda olusan deformasyon, bagil deplasman büyüklükleri saptanarak gösterilebiliyor. Yüklemeye verilen dönme (rotasyon) yaniti, koni seklinde bir büyüklük farki olustururken, eksen yönünde görülen deplasmanlar V seklinde görüntülenen büyüklük farki yaratiyor.

Deneyler sonucunda elde edilen bulgular disin yapisal özelliklerinin sergilenmesi açisindan çok ilginç: sert yiyecek deneylerinde dis minesinde daha çok dönme (rotasyon) hareketi oldugu, yumusak yiyecek deneylerindeyse dis etine yakin bir bölgede yüksek stres olustugu görülüyor ki, bunun dis hastaliklarinin çogunlukla basladigi noktada olmasi oldukça çarpici bir olgu. Deneylerde minimum miktarda hareketin görüldügü bir baska nokta var ki, bu da iki disin birbirlerine temas ettikleri noktaya denk geliyor; yani, bu özellik çigneme sirasinda disi korumaya yariyor. Bu özellikleriyle dis, uygulanan yükü yapisina zarar vermeden dagitabilmek üzere tasarlanmis akilli bir kompozit malzeme. Örnegin, dis minesi ile dentin bölgesi arasinda bulunan yumusak doku hem mineye hem de dentine göre daha çok deforme olarak soku adeta kendi içinde emiyor

Bu çalismalarin sonucunda, disin, malzeme özelliklerini bozmadan yükü dagitmak amaciyla gelistirdigi bir çok yapisal tasarimlari oldugu, dis minesinin yüksek elastik büyüklüge sahip ama deforme olabilen bir kapsül olarak düsünülebilecegi, çigneme sirasinda olusan yükün büyük kisminin mine ile dentin arasindaki yumusak bölgede deformasyona neden oldugu söylenebilir.

Derleyen: F. Sermin Utku, Arastirma Görevlisi, Bogaziçi Üniversitesi, Biyo-Medikal Mühendisligi Enstitüsü