Körper voller Kristalle — Lektion, Niere Kristalle Menschen.

Körper voller Kristalle — Lektion, Niere Kristalle Menschen.

Körper voller Kristalle - Lektion, Niere Kristalle Menschen.

Copyright &# 169; 2001 NASA http://www.nasa.gov/centers/marshall/news/background/facts/renal.html

Zusammenfassung

Die Schüler lernen über verschiedene Kristalle, wie Nierensteine, innerhalb des menschlichen Körpers. Sie lernen auch, wie Kristalle wachsen und Möglichkeiten, ihr Wachstum zu hemmen. Sie lernen auch, wie Forscher wie Chemieingenieure Design Drogen mit der Absicht, das Kristallwachstum für die medizinische Behandlung Zwecke zu hemmen und die Faktoren, die sie beim Versuch, ihre Designs zu implementieren. Einen Tag vor, diese Lektion zu Studenten präsentieren, führen die damit verbundene Tätigkeit, Rock Candy Your Body.

Projektierung Anschluss

Bildungsstandards

Jeder TeachEngineering Lektion oder Aktivität wird an einen oder mehrere K-12 Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen oder Mathematik (STEM) Bildungsstandards korreliert.

Neue Generation Science Standards: Wissenschaft
  • Analysieren Sie eine große globale Herausforderung zu qualitativen und quantitativen Kriterien und Einschränkungen für die Lösungen an, die für gesellschaftliche Bedürfnisse berücksichtigen und will. (Klasse 9 bis 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
International Technology and Engineering Educators Association: Technologie
  • Die Studenten werden ein Verständnis der Funktion der Fehlersuche, Forschung und Entwicklung, von Erfindungen und Innovationen und Experimente in der Problemlösung entwickeln. (Klasse K — 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
  • Die Studenten werden ein Verständnis für und in der Lage zu entwickeln auszuwählen und medizinische Technologien. (Klasse K — 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Texas: Wissenschaft
  • bewerten Modelle nach ihren Grenzen in biologischen Objekten oder Ereignissen darstellt; und (Klasse 9 bis 11) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
  • in allen Bereichen der Wissenschaft, zu analysieren, zu bewerten und wissenschaftliche Erklärungen Kritik durch die Verwendung empirischer Evidenz, logisches Denken und experimentelle und beobachtende Tests, einschließlich aller Seiten der wissenschaftlichen Erkenntnisse dieser wissenschaftlichen Erklärungen zu prüfen, um so das kritische Denken der Schüler zu fördern; (Klasse 9 bis 12) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!

Pre-Req Wissen

Lernziele

Nach dieser Lektion sollten die Studierenden in der Lage:

  • Beschreiben Sie den Prozess der Kristallisation in den Körper und wie es wirkt sich auf die normalen Funktionen der Harnwege.
  • Liste andere Kristallisationsverfahren in den menschlichen Körper und die Probleme, die sie verursachen können.
  • Ermitteln Sie, wie Ingenieure Design Drogen und warum sie bestimmte diejenigen über andere wählen.
  • Erklären Wirksamkeit und Potenz und die Unterschiede zwischen den beiden.
  • Beschreiben Sie, warum Kristalle unterschiedliche Formen bilden können, wenn die Hemmung auftritt.

Einführung / Motivation

Jeder Kristall hat eine andere Form und Struktur, die einzigartig ist. Welche Moleküle sind in der Lage jeden Kristall zu binden? Was macht ein effektiver als ein anderes Molekül? Die Forscher, einschließlich der chemischen und biomedizinischen Ingenieuren, untersuchen eine Vielzahl von Faktoren zu bestimmen, welche Moleküle können oder nicht bei der Blockierung des Kristallwachstums wirksam sein können.

Lektion Hintergrund und Konzepte für Lehrer

(Schieber 1) Im Körper Kristalle werden in verschiedenen Systemen. Allerdings müssen Sie wissen: Wo sind Kristalle aus? Wie werden die Kristalle gebildet? Warum unser Körper diesen Prozess durchführen?

(Folie 2) Was sind Beispiele von Kristallen in der Natur zu finden? (Die Bilder zeigen Steinsalz, Diamanten, Schneeflocken.) Salz ist ein Kristall, einschließlich das Salz auf dem Essen setzen. Die meisten Edelsteine ​​sind Kristalle und lange Zeiträume bilden über. Schneeflocken sind Eiskristalle, die basierend auf den Bedingungen einzigartigen Formen bilden, die vorhanden sind, wenn sie auf den Boden fallen.

(Folie 4) Was ist ein Kristall? Ein Kristall ist ein festes Material, dessen Atome, Moleküle oder Ionen in einem geordneten Muster angeordnet sind, in alle Richtungen erstrecken. Kristalle bilden eine Vielzahl von Formen, je nachdem wie die Moleküle zusammen zu packen. Diese Diagramme zeigen die Vielfalt der Formen.

(Folie 6) Kristallisierung. Während des Prozesses der Kristallisation treten drei Phasen: In der ersten Phase, Clustering-Moleküle zusammen zu agglomerieren. Während der zweiten Phase, die Keimbildung, die Cluster von Molekülen sich zu einem stabilen Kerne und ordnen sich in einem geordneten Muster, das die grundlegende Gebäudestruktur des Kristalls ist. Wenn die Cluster instabil sind, die Moleküle wieder aufzulösen und die clustering Phase von neuem beginnen. Wenn die Keimbildung auftritt, dann beginnt die dritte Wachstumsphase; an diesem Punkt, bringen mehr Moleküle an die stabilen Kerne, so dass der Kristall in der Größe wächst. Die treibende Kraft dieses Prozesses ist Übersättigung. Übersättigung tritt auf, wenn mehr gelösten Stoff vorhanden ist als das Lösungsmittel auflösen kann. Ein Kristall wächst weiter, bis die Lösung gesättigt ist. Kristallkeimbildung und Wachstum können gleichzeitig auftreten, abhängig von den Bedingungen des Systems. Üblicherweise wird eine oder die andere überwiegt, verschiedene Kristallgrößen und Formen verursacht. Polymorphismus tritt auf, wenn eine Verbindung mit unterschiedlichen Kristallstrukturen kristallisieren kann.

(Folie 7) Kandiszucker zu machen ist ein gutes Beispiel für den Kristallisationsprozess. Zucker wird in Wasser, mit mehr Zucker Auflösen bei höheren Temperaturen gelöst. Übersättigung tritt auf, wenn die Lösung bei Raumtemperatur stehen gelassen wird, aufgrund von Unterschieden in der Löslichkeit. Je höher die Übersättigung ist, desto schneller das Wachstum. Impfkristalle bewirken, dass das Wachstum sofort zu starten und zu überspringen vorbei an der Keimbildungsphase.

(Folien 8-9) Wachstumshemmung und Formänderungen. Zu hemmen Wachstum Arzneimittelmoleküle an der Kristalloberfläche zu binden, ausgelegt sind. Die meisten Arzneimittelmoleküle einzubauen in die Knicke auf der Oberfläche, weiteres Wachstum zu blockieren. Jedoch manchmal auf die Knickstelle Bindung hat keine Auswirkung auf das Kristallwachstum zu stoppen; der Kristall kann um den gebundenen Wirkstoffmoleküls wachsen. In diesen Fällen kann mehr als ein Arzneimittelmolekül erforderlich sein Kristallwachstum zu blockieren. Als Analogie, denken Sie an einem Bach mit Steinen drin. Wenn ein großer Felsen im Strom ist, fließt das Wasser um ihn herum. Mehrere Felsen oder ein Damm sind erforderlich, um Wasserfluss vollständig zu blockieren. Arzneimittelmoleküle binden Regel nur auf eine bestimmte Fläche, die das Wachstum in einer Richtung hemmt; Dies bewirkt, dass der Kristall eine andere Form oder Morphologie haben, da das Wachstum in den anderen Richtungen fortsetzt, wie in 1 gezeigt ist 1. Wenn Inhibitoren auf bestimmte Flächen binden, sie beeinflussen die Gesamtkristallformen.

Copyright &# 169; Jeffrey D. Rimer, University of Houston

Vocabulary / Definitionen

Kalziumoxalat: Ein Molekül, das die häufigste Nierenstein umfasst.

clustering: Die erste Phase des Kristallbildungsverfahren, bei dem Moleküle agglomerieren.

Kristall: Ein festes Material, das in alle Richtungen von einem geordneten Muster besteht.

Cystin: Eine Aminosäure, die aufgrund einer Erbkrankheit overproduced ist, was zu Nierensteinen.

Dehydrierung: Das überschüssige Verlust von Körperwasser.

Wirksamkeit: Ein Maß dafür, wie viel ein Medikament in der Lage ist zu verhindern. Zum Beispiel, was 100% ige Hemmung ist eine hohe Wirksamkeit.

Gesicht: Eine Seite eines Kristalls.

Wachstum: Die dritte Phase der Kristallisation während der mehr Moleküle an die stabilen Kerne befestigen, den Kristall verursacht in der Größe zu wachsen.

Hemmung: Die Störung der normalen Kristallwachstum oder Blockierung des weiteren Wachstums.

Niere: Ein Organ in der Harnwege, die Abfallprodukte beseitigt, und regelt Elektrolytspiegel und Blutdruck.

Nierenstein: Eine kristalline Struktur, die aufgrund der Übersättigung in der Niere bildet, was zu Verstopfungen Entfernung zu verschwenden.

kink: eine Position auf einer Kristalloberfläche, wo Moleküle am ehesten zu befestigen.

Keimbildung: Die zweite Phase der Kristallisation während denen Cluster von Molekülen eine stabile Kerne werden. Die Moleküle ordnen sich in einem geordneten Muster, das die grundlegende Gebäudestruktur des Kristalls.

Potenz: Ein Maß dafür, wie viel eines Wirkstoffs, eine große Menge der Hemmung erzeugt.

Löslichkeit: Die maximale Menge des gelösten Stoffes, der in einem Lösungsmittel gelöst werden kann.

solute: In einer Lösung, die Komponente, die in die andere gelöst wird.

Lösungsmittel: In einer Lösung, die Komponente, die eine andere Komponente in aufgelöst wird.

Schritt: In einem Kristall, einer Schicht oder Lage von Molekülen auf die aufeinander gestapelt sind.

Struvit: Ein Phosphatmineral, das eine Art von Nierenstein bildet.

Übersättigung: Ein Zustand, in dem die Menge des gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel gelöst, über der Löslichkeit ist.

Terrasse: Auf einer Kristallfläche, die flache Oberfläche zwischen den einzelnen Schritten.

Toxizität: Ein Maß für den Grad der Schädlichkeit eines Moleküls für den Menschen.

Harnsäure: Ein Produkt von Nukleotid-Abbau im Körper, die Nierensteine ​​verursacht.

Harnwege: Das Organsystem, die Abfälle aus dem Körper entfernt und reguliert Elektrolyte, Blutdruck und Blut-pH.

Verwandte Aktivitäten

  • Rock Candy Your Body — Während Kandiszucker machen, Studenten bestimmen, wie Zuckerkristalle betroffen sind, wenn verschiedene Additive in eine Übersättigung Lösung einbezogen werden. Sie sagen voraus, die effektiver sein wird, auf der Grundlage ihrer Eigenschaften und Inhalte. Beginnen Sie mit dieser Aktivität einen Tag vor der Lektion Studenten gelehrt wird.
  • Nierenstein-Kristallisation — Student-Teams untersuchen, wie Kalziumoxalatkristallen durch Inhibitoren betroffen sind. Wie Chemieingenieure, bestimmen sie, welche Inhibitor die beste für die Blockierung der Kristallisation sein würde.

Lesson Closure

Zubehör

Bewertung

Diskussionsfragen. Fragen Sie die Schüler Kristalle zu nennen, die in der Natur gefunden werden kann. Haben sie verschiedene Formen voneinander bilden? Sprechen Sie über die Schneeflocken, die sind Eiskristalle; jede Schneeflocke bildet eine andere einzigartige Form aufgrund der Bedingungen steht es, wenn auf den Boden fallen. Fragen Sie die Schüler, wenn sie Ibuprofen oder Aspirin nehmen; diese sind Kristalle. Was sind diese Medikamente? Fast jedes Medikament ein Kristall.

Zusammenfassung der Lektion Bewertung

Arbeitsblatt. Lassen Sie die Schüler die sechs Frage Kristallisation Arbeitsblatt auf Nierensteine, Kristallisation, Hemmung und Wirkstoffdesign vervollständigen. Überprüfen Sie ihre Antworten ihre Beherrschung des Gegenstands zu beurteilen.

Lektion Erweiterung Aktivitäten

Zusätzliche Multimedia-Unterstützung

Timelapse Macro Video of Crystal Growth (1 Minute; Dendriten Verzweigung): https://www.youtube.com/watch?v=K297toCvHtY

Crystal Growth Zeitraffer durch Mikroskop (55 Sekunden): https://www.youtube.com/watch?v=7vb84ShuiJw

KDP Crystal Growth (55 Sekunden; Riesenwuchs für die industrielle Anwendung): https://www.youtube.com/watch?v=l_USYub3djY

Animation des Wachstumshemmers aktive Spirale Wachstumsstellen angreifen (

4 Sekunden Wiederholung): http://baso4scaling.wikispaces.com/Crystal+Growth

Referenzen

Chernov, A. A. Moderne Kristallographie III, Kristallzüchtung. Berlin, Deutschland: Springer, 1984. http://www.springer.com/materials/surfaces+interfaces/book/978-3-642-81837-0

Mitwirkende

Andrea Lee, Megan Ketchum

Copyright

Rahmenprogramm

National Science Foundation GK-12 und Forschungserfahrung für Lehrer (RET) Programme, University of Houston

Danksagungen

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