Immagine al microscopio elettronico di una sezione trasversale di un guscio di mollusco. L'organismo costruisce il suo guscio dall'interno verso l'esterno depositando strati di nanoparticelle di carbonato di calcio. Man mano che la densità delle particelle aumenta nel tempo, si fondono in grandi cristalli piatti incorporati in strati di materiale organico per formare la madreperla.
Madre natura ha molto da insegnarci su come fare le cose.
Con quello in mente, I ricercatori della Cornell hanno scoperto il processo mediante il quale i molluschi producono la madreperla, comunemente nota come "madreperla". Insieme alla sua bellezza cangiante, questo materiale che si trova all'interno delle conchiglie è incredibilmente forte. Sapere come è fatto potrebbe portare a nuovi metodi per sintetizzare una varietà di nuovi materiali con proprietà ancora incerte.
"Abbiamo tutte queste strutture ad alta tecnologia per produrre nuovi materiali, ma basta fare una passeggiata lungo la spiaggia e vedere cosa viene fatto, " ha detto il ricercatore post-dottorato Robert Hovden, SM. '10, dottorato di ricerca '14. "La natura sta facendo incredibili nanoscienze, e dobbiamo approfondire".
Hovden è l'autore principale di un articolo che descrive la scoperta pubblicato nell'edizione del 3 dicembre della rivista Comunicazioni sulla natura . Hovden ha lavorato con Lara Estroff, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali; David Muller, professore di fisica applicata e ingegneristica; e Stefano Lupo, uno scienziato in visita dalla Germania, nel gruppo di ricerca sui materiali bio-ispirati di Estroff.
Utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione a scansione ad alta risoluzione (STEM), i ricercatori hanno esaminato una sezione trasversale del guscio di un grande mollusco mediterraneo chiamato pinna nobile o cozza ventaglio (Pinna nobilis). Per rendere possibili le osservazioni, hanno dovuto sviluppare uno speciale processo di preparazione del campione. Usando una sega diamantata, tagliano una fetta sottile attraverso il guscio, poi in effetti lo ha levigato con un film sottile in cui sono stati incorporati frammenti di diamante di dimensioni micron, fino ad avere un campione di spessore inferiore a 30 nanometri, adatto per l'osservazione STEM. Come nella levigatura del legno, sono passati da grane più pesanti per un taglio veloce a una lucidatura finale fine per rendere una superficie priva di graffi che potrebbero distorcere l'immagine STEM.
Le immagini con risoluzione su scala nanometrica hanno rivelato che l'organismo costruisce la madreperla depositando una serie di strati di un materiale contenente nanoparticelle di carbonato di calcio. Muovendosi dall'interno verso l'esterno, si vedono queste particelle riunirsi in file e fondersi in cristalli piatti laminati tra strati di materiale organico. (Gli strati sono più sottili delle lunghezze d'onda della luce visibile, causando la dispersione che conferisce al materiale la sua iridescenza.)
Esattamente ciò che accade in ogni fase è un argomento per la ricerca futura. Per adesso, i ricercatori hanno detto nel loro articolo, "Non possiamo tornare indietro nel tempo" per osservare il processo. Ma sapere che sono coinvolte le nanoparticelle è una preziosa intuizione per gli scienziati dei materiali, ha detto Hovden.
