Madreperla, il materiale dai riflessi arcobaleno che riveste l'interno delle cozze e di altri gusci di molluschi, è conosciuto come il materiale più duro della natura. Ora, un team di ricercatori guidati dall'Università del Michigan ha rivelato esattamente come funziona, in tempo reale.

Più comunemente noto come madreperla, la combinazione di durezza e resilienza della madreperla ha sconcertato gli scienziati per più di 80 anni. Se gli umani potessero imitarlo, potrebbe portare a una nuova generazione di materiali sintetici ultra resistenti per strutture, impianti chirurgici e innumerevoli altre applicazioni.

"Noi esseri umani possiamo creare materiali più resistenti utilizzando ambienti innaturali, per esempio calore e pressione estremi. Ma non possiamo replicare il tipo di nanoingegneria raggiunta dai molluschi. La combinazione dei due approcci potrebbe portare a una spettacolare nuova generazione di materiali, e questo documento è un passo in quella direzione, " ha detto Robert Hovden, assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali.

I ricercatori conoscono da decenni le basi del segreto della madreperla:è fatta di microscopici "mattoni" di un minerale chiamato aragonite, legati insieme con una "malta" di materiale organico. Questa disposizione di mattoni e malta conferisce chiaramente forza, ma la madreperla è molto più resistente di quanto suggeriscano i suoi materiali.

La squadra di Hovden, che includeva l'assistente di ricerca laureato in scienze dei materiali U-M Jiseok Gim e geochimici della Macquarie University australiana e altrove, hanno lavorato insieme per svelare il mistero.

Presso il Michigan Center for Materials Characterization di UM, i ricercatori hanno utilizzato minuscoli micro-penetratori piezoelettrici per esercitare forza sui gusci di Pinna nobilis, comunemente noto come il guscio della penna nobile, mentre erano al microscopio elettronico. Hanno visto cosa è successo in tempo reale.

Hanno scoperto che i "mattoni" sono in realtà compresse a più lati di solo poche centinaia di nanometri. ordinariamente, queste compresse rimangono separate, disposti a strati e imbottiti da un sottile strato di "malta" organica. Ma quando lo stress viene applicato alle conchiglie, il "mortaio" si schiaccia e le pastiglie si incastrano, formando ciò che è essenzialmente una superficie solida. Quando la forza viene rimossa, la struttura balza indietro, senza perdere forza o resistenza.

Questa resilienza distingue la madreperla anche dai materiali più avanzati progettati dall'uomo. plastica, Per esempio, può balzare indietro da un impatto, ma perdono un po' della loro forza ogni volta. La madreperla non ha perso nulla della sua resilienza in impatti ripetuti fino all'80% della sua resistenza allo snervamento.

Cosa c'è di più, se si forma una crepa, la madreperla confina la fessura in un unico strato piuttosto che permetterne la diffusione, mantenendo intatta la struttura del guscio.

"È incredibile che un mollusco, che non è la creatura più intelligente, sta fabbricando così tante strutture su così tante scale, " Ha detto Hovden. "Sta fabbricando singole molecole di carbonato di calcio, disponendoli in fogli nanostrati che vengono incollati insieme con materiale organico, fino alla struttura del guscio, che combina la madreperla con molti altri materiali."

Hovden crede che gli esseri umani potrebbero utilizzare i metodi della cozza per creare superfici composite nano-ingegnerizzate che potrebbero essere notevolmente più leggere e resistenti di quelle disponibili oggi.

"La natura ci sta consegnando queste strutture altamente ottimizzate con milioni di anni di evoluzione alle spalle, " ha detto. "Non potremmo mai eseguire abbastanza simulazioni al computer per ottenere questi - sono solo lì per noi da scoprire".

Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .