Un mineral rar găsit pentru prima dată într-un organism viu

Partea critociton stelară care arată dinții duri și durabili ai radulei. Credit: Universitatea Northwestern

Un mineral rar din pietre găsite în dinții moluștelor

Universitatea Northwestern cercetătorii au găsit mai întâi un mineral rar ascuns în dinții chitonii ai unei moluste uriașe găsite pe malurile stâncoase. Înainte de această ciudată surpriză, un mineral de fier numit santabarbarit era documentat doar în pietre.

Noua descoperire ajută la înțelegerea modului în care întregul dinte chiton nu este doar extrem de dur și durabil, ci și rezistent la mestecat pentru a alimenta pietrele. Pe baza mineralelor găsite în dinții chiton, cercetătorii au dezvoltat o cerneală bio-inspirată pentru imprimarea 3D a materialelor ultra-dure, dure și durabile.

„Acest mineral a fost observat doar în cantități foarte mici în probe geologice și nu a fost niciodată observat în condiții biologice”, a spus Derk Joester, autor principal al studiului în nord-vest. „Are un conținut ridicat de apă, ceea ce îl face durabil cu densitate redusă. Credem că poate întări dinții fără a adăuga greutate. ”

Studiul va fi publicat săptămâna aceasta Materiale ale Academiei Naționale de Științe.

Scanarea dinților chiton este o imagine de microscopie electronică

Imagine cu microscopie electronică de scanare a dinților de balenă.

Hoester este profesor asociat de știința materialelor și inginerie la Școala de Inginerie Northwest McCormick și membru al Institutului de chimie a proceselor de viață. Linus Stegbauer, fost doctorand la laboratorul Joester, este primul autor al ziarului. În nord-vest, Stegbauer este în prezent cercetătorul șef la Institutul de Inginerie a Proceselor Interfaciale și Tehnologia Plasmei de la Universitatea din Stuttgart din Germania.

Capul dintelui unic și stylusul superior

Afișați partea virtuală a unui singur cap dentar și a creionului superior formate ca urmare a reconstrucției 3D detectate prin tomografie microcomputată cu sincrotron. Credit: Universitatea Northwestern

Unul dintre cele mai greu cunoscute materiale din natură, dinții chiton sunt atașați la o radulă moale, flexibilă, asemănătoare limbii, care este răzuită peste pietre pentru a colecta alge și alte alimente. Joester și echipa sa, care au studiat dinții chiton de multă vreme, s-au orientat recent către oțelurile Cryptochiton, un chiton gigant, maroniu-roșcat, care este uneori denumit cu afecțiune o „bucată de carne de mers”.

Pentru a examina un dinte obținut de la stellerul criptochiton, echipa Joester, în colaborare cu Ercan Alp, cercetător principal în surse de fotoni avansați la Laboratorul Național Argonne, a folosit spectroscopia sincrotronă Mosssbauer a instalației și Paul Smeets de la Northwestern Atomic University și un microscop de transmisie electronică . Descrierea și experimentul dimensiunii pâinii (NU)ANCE) Centru. Au descoperit că centipedul era răspândit pe partea superioară a chitonului, o structură lungă, goală, care conecta capul dintelui cu o membrană radulară flexibilă.

„Stiloul este ca rădăcina unui dinte uman, care ne leagă dinții de maxilar”, a spus Joester. “Este un material solid compus din nanoparticule foarte mici într-o matrice fibroasă compusă din biomacromolecule asemănătoare oaselor”.

Echipa lui Joester a încercat să recreeze acest material în cerneală conceput pentru imprimare 3D. Stegbauer a dezvoltat o cerneală reactivă care conține ioni de fier și fosfat amestecați într-un biopolimer derivat din chitină. Împreună cu Shay Wallace, un student absolvent din nord-vestul laboratorului lui Mark Hersam, Stegbauer a descoperit că cerneala era bine tipărită când era amestecată imediat înainte de tipărire.

Gura și capătul anterior al radulei

Capătul anterior al gurii și radula. Credit: Universitatea Northwestern

„Când nanoparticulele apar într-un biopolimer, devin mai puternice și mai lipicioase. Acest amestec poate fi apoi ușor utilizat pentru imprimare. Uscarea cu aer ulterioară are ca rezultat un material final din ce în ce mai dur ”, a spus Hoester.

„Structurile mecanice sunt similare doar cu cele mai slabe articulații, deci este interesant de știut cum un chiton rezolvă o problemă de inginerie cu privire la modul de conectare a dintelui cu ultrasunete la o structură pe bază de soft.”
Derk Joester, materialist

Joester crede că putem continua să studiem și să dezvoltăm materiale inspirate de stiloul chiton care conectează dinții ultra-duri la ridichi moi.

„Am fost uimiți de chiton de mult timp”, a spus el. „Structurile mecanice sunt capabile doar de cele mai slabe articulații, deci este interesant să știm cum un dinte cu ultrasunete chiton rezolvă o problemă de inginerie a modului de conectare la o structură pe bază de soft. Aceasta rămâne o problemă importantă în producția modernă, așa că ne străduim să înțelegem cum se realizează organisme precum chitonul în această natură.

Imprimarea 3D a compozițiilor bio-inspirate

Imprimarea 3D a compozitelor bio-inspirate. Credit: Universitatea Northwestern

Studiul „Poliamorfismul persistent în dinții chitoni: de la biomateriale noi la cerneluri pentru producția de aditivi” a fost susținut de Fundația Națională pentru Științe (numerele de atribuire DMR-1508399 și DMR-1905982), Institutele Naționale de Sănătate (numărul de atribuire NIH-) au fost consolidate . DE026952), Laboratorul de cercetare al forțelor aeriene (numărul de atribuire FA8650-15-2-5518) și Deutsche Forschungsgemeinschaft (numărul de atribuire STE2689 / 1-1).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.