Mątwa - Cuttlebone
Mątwa , znana również jako kość mątwy , jest twardą, kruchą strukturą wewnętrzną (wewnętrzną skorupą) znajdującą się u wszystkich członków rodziny Sepiidae , powszechnie znanych jako mątwy , w obrębie głowonogów . W innych rodzinach głowonogów nazywany jest gladiusem .
Mątwa składa się głównie z aragonitu . Jest to skorupa z komorami, wypełniona gazem, służąca do kontroli pływalności ; jego syfuncja jest wysoce zmodyfikowana i znajduje się po brzusznej stronie muszli. Mikroskopijna struktura mątwy składa się z wąskich warstw połączonych licznymi pionowymi filarami.
W zależności od gatunku, mątwy implodują na głębokości od 200 do 600 metrów (660 do 1970 stóp) . Z powodu tego ograniczenia większość gatunków mątwy żyje na dnie morskim w płytkiej wodzie, zwykle na szelfie kontynentalnym .
Największa kość mątwy należy do Sepia apamy , olbrzymiej mątwy australijskiej, która żyje między powierzchnią a maksymalną głębokością 100 metrów.
Zastosowania ludzkie
Dawniej mielono kości mątwy na proszek polerski, z którego korzystali złotnicy . Proszek był również dodawany do pasty do zębów i używany jako środek zobojętniający kwas w celach leczniczych lub jako absorbent . Były również używane jako artystyczne medium rzeźbiarskie w XIX i XX wieku.
Obecnie mątwy są powszechnie stosowane jako bogate w wapń suplementy diety dla ptaków w klatkach , szynszyli , krabów pustelników , gadów , krewetek i ślimaków . Nie są one przeznaczone do spożycia przez ludzi.
Produkcja wapna
Jako bogaty w węglan surowiec biogeniczny, mątwa ma potencjał do wykorzystania w produkcji wapna kalcytowego .
Robienie biżuterii
Ponieważ mątwa jest w stanie wytrzymać wysokie temperatury i łatwo ją rzeźbić, służy jako materiał do formowania małych odlewów metalowych do tworzenia biżuterii i małych obiektów rzeźbiarskich.
Może być również stosowany w procesie odlewania cyn, jako forma.
Struktura wewnętrzna
Mikrostruktura w sepii składa się z dwóch części, poziomą przegrodę i pionowych słupów. Oba składniki składają się głównie z aragonitu . Poziome przegrody dzielą mątwę na osobne komory. Komory te wsparte są na pionowych filarach o falistej (lub „falistej”) strukturze. Grubość tych filarów różni się w zależności od gatunku, ale zazwyczaj ma grubość kilku mikronów. Przegrody poziome są zwykle grubsze niż pionowe filary i składają się z dwuwarstwowej struktury. Górna warstwa przegrody i ścianek składa się z pionowo ustawionych kryształów, podczas gdy dolna warstwa podrzędna składa się z nanoprętów obróconych względem siebie, tworząc strukturę „ sklejki ”. Ogólnie rzecz biorąc, ta mikrostruktura komorowa powoduje, że kość mątwy ma porowatość ponad 90% objętości.
- Wizualizacja 3D mątwy w sepii za pomocą przemysłowej mikrotomografii komputerowej
Widok 3D części mątwy w niskiej rozdzielczości.
Przegląd części w wysokiej rozdzielczości, około 5 µm/woksel.
Większe powiększenie.
Widok szczegółowy przy bardzo dużym powiększeniu. Grubość ścian pionowych struktur wynosi około 10 µm.
- Lot przez odpowiednie stosy obrazów tomograficznych
Przelot przez odpowiedni stos obrazów µCT, kierunek przekroju około 30°, widok z boku.
Przelecieć przez odpowiedni stos obrazów µCT, kierunek przekroju około 30°, widok z góry.
Przelot przez wyrównany stos obrazów, widok z boku.
Przelatuj przez wyrównany stos obrazów, widok z góry.
Przelot przez wyrównany stos obrazów, widok z góry, powiększony przekrój.
Właściwości mechaniczne
| Część serii związanej z |
| Biomineralizacja |
|---|
 |
Kość mątwy została gruntownie przebadana ze względu na to, że jest jednocześnie lekka, sztywna i odporna na uszkodzenia. To połączenie właściwości mechanicznych doprowadziło do badań nad biomimetycznymi piankami ceramicznymi inspirowanymi mątwą . Ponadto, ze względu na swoje właściwości mechaniczne, mątwa znalazła zastosowanie jako rusztowanie w nadprzewodnikach i zastosowaniach inżynierii tkankowej . Niska waga mątwy wynika z jej wysokiej porowatości (ponad 90% objętości). Sztywność mątwy wynika ze składu struktury komorowej ok. 95% aragonitu (materiał sztywny) i 5% materiału organicznego . Ponieważ sztywność kompozytu będzie zdominowana przez materiał o największym udziale objętościowym, kość mątwy jest również sztywna. Specyficzne sztywność w sepii jednego gatunku mierzono być tak wysoka, jak 8,4 [(MN) m / kg]. Najbardziej intrygującą właściwością mątwy jest jej zdolność do znoszenia uszkodzeń, biorąc pod uwagę, że aragonit jest materiałem kruchym . Wysoka tolerancja na uszkodzenia może być powiązana z unikalną mikrostrukturą mątwy .
Proces deformacji
Ze względu na morski styl życia mątwy, kość mątwy musi być w stanie wytrzymać zarówno duże siły ściskające z wody, jak i uniknąć nagłego, łamliwego uszkodzenia . Mątwa niektórych gatunków poddanych ściskaniu wykazywała specyficzną energię porównywalną z niektórymi zaawansowanymi piankami wykonanymi z bardziej podatnych materiałów, takich jak metale i polimery . Wysoka absorpcja energii jest wynikiem kilku czynników.
Uszkodzenie mątwy następuje w trzech odrębnych etapach: miejscowe powstawanie pęknięć, rozszerzanie pęknięć i zagęszczanie. Tworzenie się pęknięć zwykle występuje w środku pionowych ścian w komorowej strukturze mątwy. Miejsce powstawania pęknięć jest kontrolowane przez falistość pofałdowanej struktury ścian. Falistość ścian w kości mątwy zapewnia optymalną równowagę między sztywnością a kruchością całej konstrukcji. Ta falista struktura hamuje propagację pęknięć, zwiększając nakład energii niezbędny do uszkodzenia. Po wystarczającym uszkodzeniu ścianek mątwy następuje proces znany jako zagęszczanie, w którym ściany stopniowo się zagęszczają, podczas gdy trwa pękanie. Znaczna energia jest rozpraszana w ciągłym pękaniu ścian podczas zagęszczania. Zaobserwowano również, że pod wpływem naprężeń ściskających ułożone poziomo komory kości mątwy będą kolejno uszkadzać się. Podczas gdy jedna komora ulega pękaniu i zagęszczaniu, inne komory nie odkształcą się, dopóki przegroda między komorami nie zostanie spenetrowana. Przegroda jest znacznie mocniejsza niż ściany pionowe ze względu na swoją strukturę „ sklejki ”, która dodatkowo zwiększa całkowitą energię potrzebną do całkowitego uszkodzenia strukturalnego kości mątwy.
Zobacz też
Przypisy
Bibliografia
- Neige, P. (2003). „Łączenie rozbieżności z różnorodnością w celu zbadania wzoru biogeograficznego Sepiidae” (PDF) . Berliner Paläobiologische Abhandlungen . 3 : 189-197.
