Mineral rar din rocile găsite în dinții moluștelor

Mineral rar din rocile găsite în dinții moluștelor

Cercetătorii de la Northwestern University au descoperit, pentru prima dată, un mineral rar ascuns în interiorul dinților unui chiton, o moluște mare găsită de-a lungul coastelor stâncoase. Înainte de această surpriză ciudată, mineralul de fier, numit santabarbaraite, fusese documentat doar în roci.

Noua descoperire ajută la înțelegerea modului în care întregul dinte chiton – nu doar cuspidul ultradur și durabil – este proiectat să reziste la mestecarea pietrelor pentru a se hrăni. Pe baza mineralelor găsite în dinții de chiton, cercetătorii au dezvoltat o cerneală bio-inspirată pentru imprimarea 3D a materialelor ultradure, rigide și durabile.

Derk Joester

„Acest mineral a fost observat doar în specimene geologice în cantități foarte mici și nu a fost niciodată văzut până acum într-un context biologic”, a spus Derk Joester de la Northwestern, autorul principal al studiului. „Are un conținut ridicat de apă, ceea ce îl face puternic cu densitate scăzută. Credem că acest lucru ar putea întări dinții fără a adăuga multă greutate.”

Studiul va fi publicat săptămâna aceasta în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Joester este profesor asociat de știința materialelor și inginerie la Școala de Inginerie McCormick din Northwestern și membru al Institutului de chimie a proceselor de viață. Linus Stegbauer, un fost bursier postdoctoral în laboratorul lui Joester, este primul autor al lucrării. La Northwestern în timpul cercetării, Stegbauer este acum investigator principal la Institutul de Inginerie a Proceselor Interfaciale și Tehnologia Plasmei de la Universitatea din Stuttgart din Germania.

Unul dintre cele mai dure materiale cunoscute din natură, dinții de chiton sunt atașați de o radulă moale, flexibilă, asemănătoare unei limbi, care se zgârie peste roci pentru a colecta alge și alte alimente. După ce au studiat de mult dinții de chiton, Joester și echipa sa s-au orientat cel mai recent către Cryptochiton stelleri, un chiton gigant, maro-roșcat, care este uneori denumit cu afecțiune „chitonul rătăcitor”.

Pentru a examina un dinte de la Cryptochiton stelleri, echipa lui Joester a colaborat cu Ercan Alp, un om de știință senior la Sursa avansată de fotoni a Laboratorului Național Argonne, pentru a utiliza spectroscopia Mössbauer cu sincrotron a instalației, precum și cu Paul Smeets pentru a utiliza microscopia electronică de transmisie la Universitatea Northwestern Atomic și Caracterizare și experiment la scară nanometrică (NUANCE) Centru. Ei au găsit santabarbaraite dispersat în stilul superior al chitonului, o structură lungă, goală, care leagă capul dintelui de membrana flexibilă a radulei.

„Stilus-ul este ca rădăcina unui dinte uman, care conectează vârful dintelui nostru de maxilarul nostru”, a spus Joester. „Este un material dur compus din nanoparticule extrem de mici într-o matrice fibroasă formată din biomacromolecule, asemănătoare cu oasele din corpul nostru”.

Grupul lui Joester s-a provocat să recreeze acest material într-o cerneală concepută pentru imprimarea 3D. Stegbauer a dezvoltat o cerneală reactivă care cuprinde ioni de fier și fosfat amestecați într-un biopolimer derivat din chitină. Împreună cu Shay Wallace, un student absolvent din Northwestern în laboratorul lui Mark Hersam, Stegbauer a descoperit că cerneala se imprima bine atunci când este amestecată imediat înainte de imprimare.

„Pe măsură ce nanoparticulele se formează în biopolimer, acesta devine mai puternic și mai vâscos. Acest amestec poate fi apoi utilizat cu ușurință pentru imprimare. Uscarea ulterioară în aer duce la materialul final dur și rigid”, a spus Joester.

Structurile mecanice sunt la fel de bune ca veriga lor cea mai slabă, așa că este interesant să învățăm cum rezolvă chitonul problema de inginerie sau cum să-și conecteze dintele ultradur la o structură moale subiacentă. ”

Derk Joester
om de stiinta materialelor

Joester crede că putem continua să învățăm și să dezvoltăm materiale inspirate de stylus-ul chitonului, care conectează dinții ultra-duri de o radula moale.

„Suntem fascinați de chiton de mult timp”, a spus el. „Structurile mecanice sunt la fel de bune ca veriga lor cea mai slabă, așa că este interesant să învățăm cum rezolvă chitonul problema de inginerie sau cum să-și conecteze dintele ultradur la o structură de bază moale. Aceasta rămâne o provocare semnificativă în producția modernă, așa că ne uităm la organisme precum chitonul pentru a înțelege cum se face acest lucru în natură, care a avut câteva sute de milioane de ani de timp pentru a se dezvolta.”

Studiul, „Polyamorphism persistent in the chiton tooth: From a new biomaterial to inks for additive manufacturing”, a fost susținut de Fundația Națională pentru Știință (numerele de premii DMR-1508399 și DMR-1905982), National Institutes of Health (numărul de premiu NIH-). DE026952), Laboratorul de Cercetare a Forțelor Aeriene (număr de premiu FA8650-15-2-5518) și Deutsche Forschungsgemeinschaft (număr de premiu STE2689 / 1-1).

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.