Hvordan guldsmedelarver kunne inspirere mere effektive kunstige hjerteklapper

Den måde, guldsmedelarver kontrollerer de vandstråler, de bruger til at bevæge sig og trække vejret på, kan have en række tekniske og medicinske anvendelser, ifølge ny forskning.

Udgivet i dag i Bioinspiration og biomimetik , undersøgelsen fra California Institute of Technology (Caltech), undersøgt, hvordan Anisopteran guldsmedelarver kontrollerer og justerer de gentagne vandstråler, der strømmer gennem deres bageste åbninger.

Larverne har aktive tri-blade ventiler, med uafhængig kontrol over hver enkelt folder. Forskerne opdagede, at denne funktion gør det muligt for larverne at ændre både størrelsen og asymmetrien af ​​jetudgangen.

Seniorforfatter professor Morteza Gharib sagde:"Den måde, guldsmedelarverne bruger deres unikke tilpasning til at kontrollere jetretningen på, er tidligere blevet overset.

"Larvernes asymmetrikontrol er en spændende jet-vektormekanisme, anderledes end blæksprutter eller salper, der blot peger deres tragte eller sifoner i en ønsket retning. Jet retninger, udmærket for åndedræt og fremdrift, har betydning for deres biologiske formål.

"Koblet med den ændrede ventilstørrelse, larvernes diagonale åndedrætsstråle ser ud til at hjælpe indåndingsprocessen og forhindre genindånding af den udåndede væske. Den ligefremdrivende jetting, imens, ser ud til at hjælpe med produktionen og udnyttelsen af ​​fremstødet."

Hovedforfatter Dr. Chris Roh sagde:"Ud over at give et større indblik i guldsmedelarverne, vores resultater har bredere implikationer, både på det tekniske og biomedicinske område. De mekanismer, vi har identificeret, kan anvendes på forskellige ingeniørområder, der bruger jetkontrol.

"For eksempel, syntetiske jetfly vinder popularitet inden for områder som flowkontrol, fremdrift og varmeoverførsel. Guldsmedens dynamiske asymmetrikontrol ved åbningen kunne inspirere til en ny måde at justere jetretningen på i syntetiske jetsystemer. Hvis den asymmetriske åbningskontrol er integreret i syntetiske dyser, systemerne kan muligvis opnå en mere forskelligartet flowprofil."

Larvernes bladventiler kan også have betydelige anvendelser i medicinsk udstyr, hvor flowkontrol er et afgørende element.

Professor Gharib forklarede:"Den jet-vektoring, vi observerede, kunne også anvendes i udviklingen af ​​protetiske hjerteklapper. De nuværende tri-folderprotese-hjerteklapper lider af protese-patient mismatch, som er forårsaget af den unaturlige blodgennemstrømning, der med tiden kan forårsage blodpropper eller infektion i væggene i aortastammen.

"I denne forbindelse en ventilasymmetri kunne vise sig nyttig som en justerbar parameter, som kan styre protesens blodgennemstrømning, så den matcher individuelle patienters naturlige blodgennemstrømning."