üstyapı -Ultrastructure

Tek bir bakteri hücresinin üst yapısı ( Bacillus subtilis ). Ölçek çubuğu 200 nm'dir .

Üst yapı (veya ultra yapı ), standart bir optik ışık mikroskobunda bulunandan daha yüksek büyütmelerde görülebilen hücre ve biyomalzeme mimarisidir . Bu, geleneksel olarak, hücreler , dokular veya organlar gibi biyolojik örnekleri görüntülerken geleneksel bir transmisyon elektron mikroskobunun (TEM) çözünürlük ve büyütme aralığı anlamına geliyordu . Üst yapı, taramalı elektron mikroskobu ve süper çözünürlüklü mikroskopi ile de görüntülenebilir , ancak TEM, üst yapıyı görüntülemek için standart bir histoloji tekniğidir. Organeller gibi hücresel yapılarHücrenin belirtilen ortamında düzgün çalışmasını sağlayan , ultrastrüktürel düzeyde incelenebilir.

Moleküler filogeni ile birlikte üst yapı, organizmaları sınıflandırmanın güvenilir bir filogenetik yoludur. Üst yapının özellikleri, malzeme özelliklerini kontrol etmek ve biyouyumluluğu teşvik etmek için endüstriyel olarak kullanılır.

Tarih

1931'de Alman mühendisler Max Knoll ve Ernst Ruska ilk elektron mikroskobunu icat etti. Bu mikroskobun geliştirilmesi ve icadıyla, biyologlar hücrelerin mikroskobik altı organizasyonuyla giderek daha fazla ilgilenmeye başladıkça, keşfedilebilen ve analiz edilebilen gözlemlenebilir yapıların çeşitliliği son derece arttı. Bu yeni araştırma alanı, aynı zamanda üst yapı olarak da bilinen altyapı ile ilgiliydi.

Uygulamalar

Birçok bilim insanı, bunlarla sınırlı olmamak üzere aşağıdakileri incelemek için ultrastrüktürel gözlemler kullanır:

Biyoloji

Bitki hücrelerinde bulunan yaygın bir ultrastrüktürel özellik , kalsiyum oksalat kristallerinin oluşumudur . Bu kristallerin, büyüme veya gelişme için gerekli olana kadar hücre içinde kalsiyum depolamak üzere işlev gördüğü teorize edilmiştir.

Kalsiyum oksalat kristalleri hayvanlarda da oluşabilir ve böbrek taşları bu ultrastrüktürel özelliklerin bir şeklidir. Teorik olarak, nanobakteriler kalsiyum oksalat böbrek taşlarının oluşumunu azaltmak için kullanılabilir.

Mühendislik

Altyapıyı kontrol etmek, hücrelerin davranışını kontrol etmek için mühendislik kullanımlarına sahiptir. Hücreler, hücre dışı matrislerindeki (ECM) değişikliklere kolayca yanıt verir , bu nedenle ECM'yi taklit edecek üretim malzemeleri, hücre döngüsü ve protein ekspresyonu üzerinde daha fazla kontrol sağlar.

Bitkiler gibi birçok hücre kalsiyum oksalat kristalleri üretir ve bu kristaller genellikle bitki hücrelerinin ultrastrüktürel bileşenleri olarak kabul edilir. Kalsiyum oksalat, seramik sırları [6] üretmek için kullanılan bir malzemedir ve aynı zamanda biyomateryal özelliklere de sahiptir. Hücre kültürü ve doku mühendisliği için , bu kristal fetal sığır serumunda bulunur ve hücre kültürü için hücre dışı matrisin önemli bir yönüdür.  

Ultrastrüktür, dental implant mühendisliği yaparken dikkate alınması gereken önemli bir faktördür . Bu cihazlar doğrudan kemik ile arayüz oluşturduğundan, cihazın optimal işlevi için çevre dokuya dahil edilmeleri gereklidir. İyileşen bir diş implantına yük uygulamanın yüz kemikleri ile artan osseointegrasyona izin verdiği bulunmuştur . Bir implantı çevreleyen üst yapıyı analiz etmek, implantın ne kadar biyouyumlu olduğunu ve vücudun buna nasıl tepki verdiğini belirlemede faydalıdır. Bir çalışma, domuz kemiğinden elde edilen bir biyomateryalin granüllerinin implante edilmesinin, insan vücudunun malzemeyi üst yapısına dahil etmesine ve yeni kemik oluşturmasına neden olduğunu buldu.

Hidroksiapatit , tıbbi cihazları ultrastrüktür ile doğrudan kemiğe bağlamak için kullanılan bir biyomateryaldir. 𝛃-trikalsiyum fosfat ile birlikte greftler oluşturulabilir ve çevreleyen kemik dokusunun yeni materyali hücre dışı matrisine dahil ettiği gözlemlenmiştir. Hidroksiapatit, yüksek düzeyde biyouyumlu bir malzemedir ve kristal oryantasyon gibi ultrastrüktürel özellikleri, optimum biyouyumluluğu sağlamak için dikkatli bir şekilde kontrol edilebilir. Uygun kristal fiber oryantasyonu, hidroksiapatit gibi eklenen mineralleri, değiştirmeyi düşündükleri biyolojik materyallere daha çok benzetebilir. Ultrastrüktürel özelliklerin kontrol edilmesi, belirli malzeme özelliklerinin elde edilmesini mümkün kılar.

Referanslar

Dış bağlantılar