La parte inferiore di un chitone di stivali di gomma nel laboratorio di David Kisailus.
(Phys.org)—Un assistente professore all'Università della California, Il Bourns College of Engineering di Riverside sta usando i denti di una lumaca marina trovata al largo della costa della California per creare materiali su scala nanometrica meno costosi e più efficienti per migliorare le celle solari e le batterie agli ioni di litio.
Le scoperte più recenti di David Kisailus, un assistente professore di ingegneria chimica e ambientale, dettagli su come crescono i denti del chitone. Il documento è stato pubblicato oggi (16 gennaio) sulla rivista Materiali funzionali avanzati . È stato co-autore di molti dei suoi attuali ed ex studenti e scienziati dell'Università di Harvard a Cambridge Mass., Chapman University di Orange, California e Brookhaven National Laboratory a Upton, New York.
L'articolo è incentrato sul chitone degli stivali di gomma, il più grande tipo di chitone, che può essere lungo fino a un piede. Si trovano lungo le rive dell'Oceano Pacifico dalla California centrale all'Alaska. Hanno una pelle superiore coriacea, che di solito è bruno-rossastro e occasionalmente arancione, portando alcuni a dargli il soprannome di "polpettone errante".
Col tempo, i chitoni si sono evoluti per mangiare le alghe che crescono sopra e all'interno delle rocce usando un organo raschiante specializzato chiamato radula, una struttura a nastro trasportatore nella bocca che contiene da 70 a 80 file parallele di denti. Durante il processo di alimentazione, le prime file di denti servono a macinare la roccia per arrivare alle alghe. si consumano, ma nuovi denti vengono prodotti continuamente ed entrano nella "zona di usura" alla stessa velocità con cui i denti vengono persi.
Una serie di immagini che mostrano i denti del chitone
Kisailus, che usa la natura come ispirazione per progettare prodotti e materiali di ingegneria di nuova generazione, ha iniziato a studiare i chitoni cinque anni fa perché era interessato ai materiali resistenti all'abrasione e agli urti. In precedenza ha determinato che i denti di chitone contengono il biominerale più duro conosciuto sulla Terra, magnetite, che è il minerale chiave che non solo rende duro il dente, ma anche magnetico.
Nel documento appena pubblicato, "Trasformazioni di fase e sviluppi strutturali nei denti radulari di Cryptochiton stelleri , " Kisailus si è proposto di determinare come si forma la regione esterna dura e magnetica del dente.
Il suo lavoro ha rivelato che ciò avviene in tre fasi. Inizialmente, cristalli di ossido di ferro idrato (ferriidrite) nucleano su un modello organico chitinoso (zucchero complesso) simile a una fibra. Queste particelle di ferriidrite nanocristallina si convertono in un ossido di ferro magnetico (magnetite) attraverso una trasformazione allo stato solido. Finalmente, le particelle di magnetite crescono lungo queste fibre organiche, producendo aste parallele all'interno dei denti maturi che li rendono così duri e duri.
"Incredibilmente, tutto questo avviene a temperatura ambiente e in condizioni favorevoli all'ambiente, " ha detto Kisailus. "Questo rende interessante utilizzare strategie simili per produrre nanomateriali in modo conveniente".
Kisailus sta usando le lezioni apprese da questo percorso di biomineralizzazione come ispirazione nel suo laboratorio per guidare la crescita dei minerali utilizzati nelle celle solari e nelle batterie agli ioni di litio. Controllando la dimensione del cristallo, forma e orientamento dei nanomateriali ingegneristici, crede di poter costruire materiali che consentiranno alle celle solari e alle batterie agli ioni di litio di funzionare in modo più efficiente. In altre parole, le celle solari saranno in grado di catturare una maggiore percentuale di luce solare e convertirla in elettricità in modo più efficiente e le batterie agli ioni di litio potrebbero richiedere molto meno tempo per ricaricarsi.
L'uso del modello a denti di chitone ha un altro vantaggio:i nanocristalli ingegneristici possono essere coltivati a temperature significativamente più basse, il che significa costi di produzione notevolmente inferiori.
Mentre Kisailus si concentra su celle solari e batterie agli ioni di litio, le stesse tecniche potrebbero essere utilizzate per sviluppare qualsiasi cosa, dai materiali per i telai delle auto e degli aeroplani agli indumenti resistenti all'abrasione. Inoltre, comprendere la formazione e le proprietà dei denti in chitone potrebbe aiutare a creare parametri di progettazione migliori per trapani petroliferi e punte per trapano dentali migliori.
