(PhysOrg.com) -- Gli scienziati hanno creato con successo cristalli sintetici le cui strutture e proprietà imitano quelle dei biominerali naturali come le conchiglie.

Le scoperte, pubblicato sulla rivista Materiali della natura , potrebbe essere un passo importante nello sviluppo di materiali ad alte prestazioni, che potrebbe essere prodotto in condizioni rispettose dell'ambiente.

I minerali biologici o "biominerali" si trovano ampiamente in natura in strutture come ossa, denti e conchiglie e spesso mostrano forme e proprietà notevoli rispetto alle loro controparti sintetiche.

Una caratteristica fondamentale dei biominerali è che sono materiali compositi, costituito da un minerale inorganico come il carbonato di calcio che contiene una piccola quantità di materiale organico, solitamente una proteina.

Le strutture risultanti sono incredibilmente dure e le loro proprietà meccaniche possono rivaleggiare con quelle di materiali artificiali come la ceramica, che sono tipicamente fabbricati ad alte temperature e pressioni, dando meno opportunità di controllo sulle proprietà del materiale.

Gli scienziati sono interessati a capire come la biologia sia in grado di eseguire tale ingegneria di precisione in acqua a temperatura ambiente in modo da poter applicare questo principio alla progettazione e alla produzione di materiali sintetici che sono molto più ecologici di quelli esistenti.

Ora un team guidato dalla Professoressa Fiona Meldrum, dalla Scuola di Chimica dell'Università di Leeds, è riuscita a creare biominerali artificiali che mostrano proprietà simili ai biominerali come le spine dei ricci di mare.

Lo hanno fatto coltivando cristalli di calcite in presenza di nanoparticelle polimeriche sintetiche che agiscono come proteine ​​artificiali. Queste nanoparticelle sono incorporate nell'architettura del cristallo man mano che cresce per creare un materiale composito.

I ricercatori hanno anche testato le proprietà meccaniche del materiale composito utilizzando un nanoindentatore, un piccolo strumento simile a uno scalpello che può pungolare un materiale e registrare la sua risposta a una forza.

Il professor Meldrum ha dichiarato:"Questo metodo per creare biominerali sintetici ci offre una visione unica della struttura di questi incredibili materiali e del modo in cui le molecole organiche sono incorporate nella struttura cristallina a livello microscopico. Possiamo quindi mettere in relazione questa struttura microscopica con la meccanica proprietà del materiale.

"Ciò che abbiamo scoperto è che il biominerale artificiale che abbiamo creato è in realtà molto più duro del minerale di calcite pura perché è un materiale composito, in cui si aggiunge qualcosa di morbido a una sostanza dura per creare qualcosa di ancora più duro di una delle parti costituenti".

Co-autore Professor Stephen Eichhorn, che si è appena trasferito all'Università di Exeter dall'Università di Manchester, ha dichiarato:"Esempi biologici di strutture a base di carbonato di calcio hanno una durezza maggiore rispetto al minerale puro senza proteine ​​presenti. È notevole che siamo stati in grado di ottenere lo stesso risultato utilizzando una proteina 'pseudo' sintetica".

"Quando ho iniziato a fare ricerche sulle proprietà meccaniche delle conchiglie a Manchester, il mio primo studente di dottorato e le ho letteralmente raccolte con secchio e paletta sulla spiaggia. Non immaginavo che saremmo arrivati ​​al punto di poter misurare proprietà simili per materiali realizzati in laboratorio."

I ricercatori ora cercheranno di replicare la loro tecnica utilizzando diversi minerali.