Cercetătorii folosesc raze X pentru a găsi minerale rare în dinte sau moluște „rătăcitor”

Cercetătorii folosesc raze X pentru a găsi minerale rare în dinte sau moluște „rătăcitor”

Un mineral rar din dinții unei moluște mari găsite de-a lungul coastelor stâncoase a condus la o cerneală bio-inspirată pentru imprimarea 3D și ar putea fi, de asemenea, folosit într-o zi în domeniul emergent al roboticii moi, potrivit cercetătorilor care au făcut descoperirea în timp ce lucrau la Argonne. National Laboratory, un laborator național al Departamentului de Energie al SUA care este afiliat cu Universitatea din Chicago.

O echipă de cercetare de la Universitatea Northwestern a descoperit un mineral de fier, numit santabarbaraite, care anterior a fost documentat doar în roci, în interiorul dinților unui fel de moluște numită chiton. Descoperirea i-a ajutat pe cercetători să înțeleagă modul în care întregul dinte de chiton – nu doar cuspidul ultradur și durabil – este proiectat să reziste la pășunat pe stânci pentru a se hrăni.

Descoperirea a condus la utilizarea acestui mineral pentru a crea o cerneală care poate fi folosită pentru imprimarea 3D a materialelor durabile. Cerneala este pentru compozite care au duritate și rigiditate în gama de materiale precum beton, cărămidă, sticlă, materiale plastice armate cu fibră de carbon sau oțel inoxidabil. În viitor, ar putea fi folosit în domeniul emergent al roboticii soft, care include tehnologii noi, de la dispozitive spațiale pentru NASA până la proteze pentru oameni.

O surpriză în interiorul unei moluște

Mineralul rar a fost descoperit în interiorul chitonului de gumă (Cryptochiton stelleri) — Poreclit „chip de carne rătăcitor” — prin utilizarea sursei de fotoni avansate de la Argonne, un accelerator mare care produce raze X ultraluminoase care pot pătrunde în mostre groase de material.

Santabarbaritul fusese observat înainte doar în specimene geologice în cantități foarte mici și nu fusese niciodată văzut înainte într-un context biologic – așa că oamenii de știință au fost surprinși și suspicioși la început.

Dar grupul a folosit multe metode diferite de raze X la Advanced Photon Source și toți au indicat același mineral neobișnuit, a spus Matt Newville, profesor asociat de cercetare la Universitatea din Chicago și om de știință la consorțiul Geo Soil Enviro pentru radiații avansate al universității. Surse (GSECARS).

Ei au găsit santabarbaraite dispersat în stilul superior al chitonului, o structură lungă, goală, care leagă capul dintelui de membrana flexibilă a radulei. Stilul este ca rădăcina unui dinte uman, care conectează cuspidul dintelui nostru de maxilarul nostru. Este un material compozit dur compus din nanoparticule extrem de mici într-o matrice fibroasă formată din biomacromolecule, precum oasele din corpul uman, potrivit Northwestern.

Santabarbaraite are un conținut ridicat de apă, ceea ce îl face puternic cu densitate scăzută.

Linus Stegbauer din Northwestern, primul autor al studiului, s-a provocat să recreeze acest material, dar la o scară mai mare. În acest scop, el a proiectat o cerneală pentru imprimarea 3D. Stegbauer a dezvoltat o cerneală reactivă care cuprinde ioni de fier și fosfat amestecați într-un biopolimer derivat din chitină. Echipa Northwestern a descoperit că cerneala s-a imprimat bine atunci când este amestecată imediat înainte de imprimare.

Oamenii de știință cred că ar putea avea multe utilizări. „Folosește-ți doar imaginația”, a spus Derk Joester din Northwestern, unul dintre cercetători și profesor asociat de știința materialelor și inginerie la McCormick School of Engineering din Northwestern.


Razele X marchează mineralul

Două metode diferite cu raze X au oferit o determinare detaliată și precisă a proprietăților mineralului. A fost exact ceea ce echipa a cerut pentru a face descoperirea, a spus Joester.

„O altă parte uimitoare a acestei lucrări este că la Advanced Photon Source avem toate aceste instrumente foarte sofisticate care sunt rezultatul a decenii sau chiar secole de inovație științifică constantă”, a spus Newville.

„Pe măsură ce folosim cele mai recente realizări tehnologice, continuăm să descoperim lucruri noi și uimitoare în natură. Indiferent dacă aceasta este structura moleculară a proteinei spike din coronavirusul SARS sau că aceste moluște antice pot sintetiza aceste materiale foarte dure, încă învățăm chimia și știința materialelor”, a spus el.

Echipa lui Joester a colaborat cu Alp pentru a utiliza sursa avansată de fotoni și a lucrat cu Paul Smeets, un post-doctorat care lucrează cu Joester, pentru a utiliza microscopia electronică de transmisie la Centrul de caracterizare și experimente atomice și nano scară (NUANCE) Northwestern.

Citare: „Poliamorfism persistent în dintele de chiton: de la un nou biomineral la cerneluri pentru fabricarea aditivă.” Stegbauer și colab. Proceedings of the National Academy of Sciences9 iulie 2021.

Finanțarea: National Science Foundation, National Institutes of Health, Air Force Research Laboratory, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Departamentul de Energie al SUA.

—Adaptat după o poveste de Anna Marie Tomczyk și Amanda Morris publicată de Laboratorul Național Argonne.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.